JPH0476047B2 - - Google Patents

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JPH0476047B2
JPH0476047B2 JP59027655A JP2765584A JPH0476047B2 JP H0476047 B2 JPH0476047 B2 JP H0476047B2 JP 59027655 A JP59027655 A JP 59027655A JP 2765584 A JP2765584 A JP 2765584A JP H0476047 B2 JPH0476047 B2 JP H0476047B2
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JP
Japan
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resistance
bridge
physical quantity
output
resistance value
Prior art date
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Application number
JP59027655A
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English (en)
Other versions
JPS60216213A (ja
Inventor
Nobuo Myaji
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Publication of JPS60216213A publication Critical patent/JPS60216213A/ja
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <発明の属する技術分野> 本発明は、圧力、差圧等の被測定物理量に応じ
て抵抗値が変化する抵抗を有する抵抗ブリツジを
用いた測定装置に関するものである。
<従来技術> 例えば、半導体のピエゾ抵抗効果を利用したシ
リコン圧力センサは、被測定圧力を受けるシリコ
ンダイヤフラム上に4個の拡散抵抗をブリツジ結
合して設け、測定抵抗ブリツジを構成している。
ところでシリコン圧力センサにおいては、拡散抵
抗およびピエゾ抵抗変化の温度依存性が大きいた
め、温度変動により影響を受ける欠点がある。こ
のため一般には、サーミスタ、ポジスタ、トラン
ジスタ等の感温素子を用い、温度変動に応じて測
定抵抗ブリツジの電源電圧を制御することによつ
て補償を行つている。この方法で精度よく補償を
行うには、拡散抵抗およびピエゾ抵抗変化の温度
依存性と補償用感温素子の温度特性を一致させる
必要があるが、しかしながらこれらを一致させる
ことは容易でなく、高精度な補償は困難であつ
た。
<発明の目的> 本発明は、温度変動の影響を受けず、高精度に
被測定物理量を測定できる抵抗ブリツジを用いた
測定装置を実現するにある。
<発明の構成> 本発明は、物理量に応じて抵抗値が変化する抵
抗を含み被測定物理量を検出する測定抵抗ブリツ
ジと、物理量に応じて抵抗値が変化する抵抗を含
み一定物理量を検出する基準抵抗ブリツジと、こ
れらのブリツジの電源端子に共通に電源を印加す
る制御電源と、これらのブリツジの一方の出力端
に生じる出力電圧が予め決定された一定電圧に等
しくなるように前記制御電源を制御する誤差増幅
器とを具備し、これらのブリツジの他方の出力端
から前記被測定物理量に応じた測定抵抗ブリツジ
の抵抗値の変化分と一定物理量に応じた基準抵抗
ブリツジの抵抗値の変化分との比に関連した出力
信号を得ることを特徴としたものである。
<実施例> 第1図は本発明装置の一実施例を示す接続図、
第2図は本発明装置に用いるセンサの一例を示す
断面図である。両図において、10はセンサ部、
20は信号処理回路である。
センサ部10において、ガラス等の絶縁体11
に接着等で取付けられたシリコン基板12に2個
のダイヤフラム13,14が形成されている。ダ
イヤフラム13には測定抵抗ブリツジ15の4個
の拡散抵抗15a,15b,15c,15dが設
けられており、またダイヤフラム14には基準抵
抗ブリツジ16の4個の拡散抵抗16a,16
b,16c,16dが設けられている。ダイヤフ
ラム13には絶縁体11の開口11aを介して被
測定圧力PMが与えられ、ダイヤフラム14には
絶縁体11の開口11bを介して一定圧力PSが与
えられている。またダイヤフラム13,14の外
側は大気圧(または真空)とされている。したが
つて、測定抵抗ブリツジ15の拡散抵抗15a,
15b,15c,15dの抵抗値R11,R12,
R13,R14は被測定圧力PMに応じて変化し、PMに
よる抵抗変化分をΔRM、PMが零のときの初期抵
抗値をRMとするとそれぞれ次式で与えられる。
R11=R13=RM+ΔRM R12=R14=RM−ΔRM (1) また基準抵抗ブリツジ16の拡散抵抗16a,
16b,16c,16dの抵抗値R21,R22,
R23,R24は一定圧力PSによつて決まり、PSによ
る抵抗変化分をΔRS、PSが零のときの初期抵抗値
をRSとするとそれぞれ次式で与えられる。
R21=R23=RS+ΔRS R22=R24=RS−ΔRS (2) (1)式および(2)式において、拡散抵抗の初期抵抗
値RM、RSには温度係数αがあり、また抵抗変化
分ΔRM、ΔRSにはピエゾ抵抗係数πに基づく温度
係数βがある。よつてΔRMおよびΔRSは基準温度
のときの初期抵抗値をRMOおよびRSO、基準温度
のときのピエゾ抵抗係数をπO、比例定数をK、温
度変化をΔTとするとそれぞれ次式で与えられ
る。
ΔRM=KRMOπO(1+αΔT)(1+
βΔT)PM ΔRS=KRSOπO(1+αΔT)(1+βΔT)PS(3) 次に信号処理回路20において、21測定用抵
抗ブリツジ15の出力EMを検出し、出力電圧EO
を得る出力回路で、演算増幅器21aと抵抗値の
等しい4個の演算抵抗21b,21c,21d,
21eとからなつている。22は基準抵抗ブリツ
ジ16の出力ESを検出する回路で、演算増幅器2
2aと抵抗値の等しい4個の演算抵抗22b,2
2c,22d,22eとからなつている。23は
誤差増幅器で、検出回路22で検出した基準抵抗
ブリツジ16の出力ESと基準電圧源24からの一
定電圧ERとの差を増幅する。25はブリツジ電
源で、誤差増幅器23の出力で出力電流ICが制御
され、センサ部10の測定抵抗ブリツジ15と基
準抵抗ブリツジ16に共通に供給するものであ
る。
このように構成した本発明装置において、測定
抵抗ブリツジ15の出力EMと基準抵抗ブリツジ
16の出力ESとは、電源電流ICが拡散抵抗15a
と15dの直列回路と拡散抵抗15bと15cの
直列回路側とに(IC/2)として分流することを
考慮すると、それぞれ次式で与えられる。
EM=ΔRM・IC ES=ΔRS・IC (4) そして、誤差増幅器23により、基準抵抗ブリ
ツジ16の出力ESが一定電圧ERと等しくなるよ
うに、両ブリツジの電源電流ICが制御されるの
で、 ΔRS・IC=ER (5) が成立し、測定抵抗ブリツジ15の出力ERは、 EM=ΔRM/ΔRSER (6) となる。よつて、(6)式に(3)式を代入すると、測定
抵抗ブリツジ15の出力EMは、 EM=MO/RSO・PM/PS・ER (7) となり、温度係数αとβの項を含まないので、温
度変動による影響を受けない。したがつて、測定
抵抗ブリツジ15の出力EMを検出して得た出力
電圧EOも温度変動による影響を受けない。
第3図は本発明装置の他の実施例を示す接続図
である。第3図において第1図の実施例と異ると
ころは、測定抵抗ブリツジ15と基準抵抗ブリツ
ジ16に共通にブリツジ電源25の出力電圧EC
を与えるようにした点である。よつて第3図にお
いては、測定抵抗ブリツジ15の出力EMと基準
抵抗ブリツジ16の出力ESは、電源電圧ECを拡
散抵抗15aと15dの直列抵抗で割つた電流に
抵抗変化分を掛けた電圧と、電源電圧ECを拡散
抵抗15bと15cの直列抵抗で割つた電流に抵
抗変化分を掛けた電圧との差であることを考慮し
て、 EM=ΔRMEC/RM ES=ΔRSEC/RS (8) となり、ES=ERとなるように誤差増幅器23で
ECが制御されるので、EMは EM=ΔRM/ΔRS・RS/RM・ER (9) となる。よつて、(3)式を代入すると、 EM=PM/PSER (10) となり、温度変動の影響を受けない。なお第3図
においては、誤差増幅器23の帰還回路にコンデ
ンサ23bを接続して、誤差増幅器23に積分特
性を持たせてある。また誤差増幅器23の出力電
圧をブリツジの電源電圧ECとしても用いてもよ
く、第1図の場合には誤差増幅器23の出力電圧
を電圧/電流変換器により電流に変換することに
よりブリツジの電源電流ICとして用いることがで
きる。
なお上述の実施例では、測定抵抗ブリツジ15
の4個の抵抗および基準抵抗ブリツジ16の4個
の抵抗がそれぞれ被測定圧力PMと一定圧力PSに
応じて抵抗値が変化するものを例示したが、測定
抵抗ブリツジ15では抵抗15a,15dを抵抗
値がRMの固定抵抗とし、基準抵抗ブリツジ16
では抵抗16a,16dを抵抗値がRSの固定抵
抗としても同様にできる。また上述では基準抵抗
ブリツジ16に一定物理量を作用させるために、
一定圧力PSをダイヤフラム14に与える場合を例
示したが、第4図に示すようにダイヤフラム14
をネジ18で調整できる恒弾性ばね合金である
Ni−SpaoC等のバネ17によつて押圧して一定物
理量を与える等必要に応じて種々の手段を用いる
ことができる。さらに上述では、センサ部10と
して半導体のピエゾ抵抗効果を利用したものを例
示したが、ストレンゲージのように変位によつて
抵抗値が変るもので同様にできる。
<発明の効果> 本発明においては、温度変動の影響を受けず、
高精度に被測定物理量を測定できる抵抗ブリツジ
を用いた測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の一実施例を示す接続図、
第2図は本発明装置に用いるセンサ部の構成の一
例を示す断面図、第3図は本発明装置の他の実施
例を示す接続図、第4図は本発明装置に用いるセ
ンサ部の構成の他の例を示す断面図である。 10……センサ部、11……絶縁体、12……
シリコン基板、13,14……ダイヤフラム、1
5……測定抵抗ブリツジ、16……基準抵抗ブリ
ツジ、15a,15b,15c,15d,16
a,16b,16c,16d……拡散抵抗、20
……信号処理回路、21,22……検出回路、2
3……誤差増幅器、24……基準電圧源、25…
…ブリツジ電源。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 物理量に応じて抵抗値が変化する抵抗を含み
    被測定物理量を検出する測定抵抗ブリツジと、物
    理量に応じて抵抗値が変化する抵抗を含み一定物
    理量を検出する基準抵抗ブリツジと、これらのブ
    リツジの電源端子に共通に電源を印加する制御電
    源と、これらのブリツジの一方の出力端に生じる
    出力電圧が予め決定された一定電圧に等しくなる
    ように前記制御電源を制御する誤差増幅器とを具
    備し、これらのブリツジの他方の出力端から前記
    被測定物理量に応じた測定抵抗ブリツジの抵抗値
    の変化分と一定物理量に応じた基準抵抗ブリツジ
    の抵抗値の変化分との比に関連した出力信号を得
    ることを特徴とする抵抗ブリツジを用いた測定装
    置。
JP59027655A 1984-02-16 1984-02-16 抵抗ブリツジを用いた測定装置 Granted JPS60216213A (ja)

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JP59027655A JPS60216213A (ja) 1984-02-16 1984-02-16 抵抗ブリツジを用いた測定装置

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JPS60216213A JPS60216213A (ja) 1985-10-29
JPH0476047B2 true JPH0476047B2 (ja) 1992-12-02

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JPS60216213A (ja) 1985-10-29

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