JPH0615997B2 - 温度圧力検出装置 - Google Patents
温度圧力検出装置Info
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- JPH0615997B2 JPH0615997B2 JP57179277A JP17927782A JPH0615997B2 JP H0615997 B2 JPH0615997 B2 JP H0615997B2 JP 57179277 A JP57179277 A JP 57179277A JP 17927782 A JP17927782 A JP 17927782A JP H0615997 B2 JPH0615997 B2 JP H0615997B2
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- JP
- Japan
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- temperature
- pressure
- output
- piezoelectric vibrator
- composite sensor
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
- G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
- G01K7/24—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
- G01L9/0022—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば半導体製造室の温度及び気圧を自動的
に制御する装置に適用して好適な温度圧力検出装置に関
する。
に制御する装置に適用して好適な温度圧力検出装置に関
する。
従来において、温度及び圧力を検出するには、夫々のセ
ンサが必要であった。従って、夫々のセンサからの出力
によって温度及び圧力を別々に表示・検知しているのが
実状である。
ンサが必要であった。従って、夫々のセンサからの出力
によって温度及び圧力を別々に表示・検知しているのが
実状である。
そのため、温度及び圧力を検出するには夫々専用のセン
サを設置箇所に取付けなければならず、場所の選定及び
作業工数に難点がある。また夫々のセンサは互いに影響
を受けて誤差を生ずる。すなわち温度センサは圧力の変
化に対して有害であり、また圧力センサは温度に対して
有害である。従って、夫々の変化値を相互に補償されて
いないため、連続的にかつ自動的に精度良好な温度及び
圧力の検出をすることができない。
サを設置箇所に取付けなければならず、場所の選定及び
作業工数に難点がある。また夫々のセンサは互いに影響
を受けて誤差を生ずる。すなわち温度センサは圧力の変
化に対して有害であり、また圧力センサは温度に対して
有害である。従って、夫々の変化値を相互に補償されて
いないため、連続的にかつ自動的に精度良好な温度及び
圧力の検出をすることができない。
本発明はかかる点に鑑み、温度を主として検出する圧電
振動子と圧力を主として検出するシリコン圧力センサと
を一体化することにより、相互の悪い影響を相殺すると
共に、温度補償回路を挿入することにより圧力の検出値
の精度の向上を図ったこの種検出装置を提案することを
主たる目的とする。
振動子と圧力を主として検出するシリコン圧力センサと
を一体化することにより、相互の悪い影響を相殺すると
共に、温度補償回路を挿入することにより圧力の検出値
の精度の向上を図ったこの種検出装置を提案することを
主たる目的とする。
以下本発明の一実地例について図面を参照しながら詳細
に説明する。
に説明する。
第１図は本発明の一例を示す回路構成図である。９は発
振器を示し、これからの出力が複合センサ２に印加され
る。
振器を示し、これからの出力が複合センサ２に印加され
る。
複合センサ２は、第２図に示す如く、圧電振動子３及び
シリコン素子４とを貼合せた構成となっている。すなわ
ち圧電振動子３の半田付面にペースト状銀を塗布し、シ
リコン素子４にはニッケル等の金属を蒸着又はスパッタ
リングで付着し、双方を電極及び半田付面として加熱処
理して密着一体化したものである。尚、複合センサの使
用環境によっては合成樹脂接着剤を使用し得る。そして
第３図に示す如く、中央に圧力導入箇所５ａが設けられ
たケース５に複合センサ２が実装される。図中、Ａ，Ｂ
は圧電振動子３のリード線、はシリコン素子４
のリード線を示す。
シリコン素子４とを貼合せた構成となっている。すなわ
ち圧電振動子３の半田付面にペースト状銀を塗布し、シ
リコン素子４にはニッケル等の金属を蒸着又はスパッタ
リングで付着し、双方を電極及び半田付面として加熱処
理して密着一体化したものである。尚、複合センサの使
用環境によっては合成樹脂接着剤を使用し得る。そして
第３図に示す如く、中央に圧力導入箇所５ａが設けられ
たケース５に複合センサ２が実装される。図中、Ａ，Ｂ
は圧電振動子３のリード線、はシリコン素子４
のリード線を示す。
圧電振動子３は、第４図に示す如く、周波数を変えるこ
とによって最大値及び最小値を示すインピーダンス特性
を示す。この最小インピーダンス点をｆｒ、最大インピ
ーダンス点をｆａとし、圧電振動子３の静電容量ＣＤと
ほぼｆｒ，ｆａの中間の周波数ｆｏで共振するインダク
タンスＬを、第５図に示す如く、並列接続することによ
り、第６図に示す如く、中間の周波数ｆｏで最大となる
インピーダンス特性を示す構成を得ることができる。こ
のインピーダンス特性は温度及び圧力によって変化す
る。すなわち第７図に示す如く、温度Ｔが上昇するに従
ってｆｏが低下する特性を示し、第８図に示す如く、圧
力Ｐの増加に従ってインピーダンスＺの値が低下する特
性を示す。圧電振動子はＰＺＴ系の厚み０．５〜１mm程
度のセラミック板状のものが利用し得る。圧電振動子の
特性はバイモルフ振動素子の共振周波数特性と共通す
る。上記の材料を使用すると、温度周波数の関係は、−
２０℃〜＋６０℃の範囲でほぼ直線状に変化する特性を
有する。
とによって最大値及び最小値を示すインピーダンス特性
を示す。この最小インピーダンス点をｆｒ、最大インピ
ーダンス点をｆａとし、圧電振動子３の静電容量ＣＤと
ほぼｆｒ，ｆａの中間の周波数ｆｏで共振するインダク
タンスＬを、第５図に示す如く、並列接続することによ
り、第６図に示す如く、中間の周波数ｆｏで最大となる
インピーダンス特性を示す構成を得ることができる。こ
のインピーダンス特性は温度及び圧力によって変化す
る。すなわち第７図に示す如く、温度Ｔが上昇するに従
ってｆｏが低下する特性を示し、第８図に示す如く、圧
力Ｐの増加に従ってインピーダンスＺの値が低下する特
性を示す。圧電振動子はＰＺＴ系の厚み０．５〜１mm程
度のセラミック板状のものが利用し得る。圧電振動子の
特性はバイモルフ振動素子の共振周波数特性と共通す
る。上記の材料を使用すると、温度周波数の関係は、−
２０℃〜＋６０℃の範囲でほぼ直線状に変化する特性を
有する。
以上のような圧電振動子３の温度特性を利用すると温度
検出が可能である。圧電振動子３は僅かな温度変化があ
ると第７図に示すように、中間周波数値ｆｏが増減す
る。したがって、第５図に示すように、圧電振動子３の
出力端から圧電定数値の変化分を得て、検出することが
できる。
検出が可能である。圧電振動子３は僅かな温度変化があ
ると第７図に示すように、中間周波数値ｆｏが増減す
る。したがって、第５図に示すように、圧電振動子３の
出力端から圧電定数値の変化分を得て、検出することが
できる。
一方、シリコン素子４はシリコンウエハ上に拡散法によ
って設けられた電気低抗体Ｒ１〜Ｒ４をブリッジ状に接
続して構成されたものである。第９図はシリコン素子４
の構成を示す回路図であるが、この場合、端子は入
力端子、端子は出力端子を夫々示している。入力端
子に所定の電圧を印加することにより、Ｒ１〜Ｒ４の全
抵抗体が平衡しているときは出力が生じないが、シリコ
ン素子４に圧力歪が加わると、Ｒ１〜Ｒ４の抵抗バラン
スがくずれて出力を生ずる。この出力は圧力に比例して
表われ、第１０図に示す如き特性曲線を示すことにな
る。
って設けられた電気低抗体Ｒ１〜Ｒ４をブリッジ状に接
続して構成されたものである。第９図はシリコン素子４
の構成を示す回路図であるが、この場合、端子は入
力端子、端子は出力端子を夫々示している。入力端
子に所定の電圧を印加することにより、Ｒ１〜Ｒ４の全
抵抗体が平衡しているときは出力が生じないが、シリコ
ン素子４に圧力歪が加わると、Ｒ１〜Ｒ４の抵抗バラン
スがくずれて出力を生ずる。この出力は圧力に比例して
表われ、第１０図に示す如き特性曲線を示すことにな
る。
ところが、第２図及び第３図に示す如く、圧電振動子３
及びシリコン素子４が貼合わされているためシリコン素
子４は圧電振動子３と共にバイモルフ振動することにな
り、圧電振動子３に一定の圧力歪が加わっているときは
シリコン素子の出力端子から圧電振動子３が振動し
ている周波数と同じ周波数の交流が検出され、この周波
数は中間周波数ｆｏと一致する。またこのときの出力端
子に生ずる出力電圧レベルは、中間周波数ｆｏのと
きのインピーダンス値Ｚ０に対応することになる。従っ
て、圧電振動子３の中間周波数ｆｏの最大値を採用する
ことにより振動振幅は大きくなり、更にシリコン素子４
の出力間電圧も大きくなる。そして第３図におい
て、圧力導入箇所５ａから僅かな圧力の変化があると、
圧電振動子３及びシリコン素子４より成る複合センサ２
の振動新幅（第６図中Ｚｏ値）が変化し、よって出力端
間電圧も変化することになる。しかし、この電圧は
圧力歪が一定であっても温度が変化するとこれに伴って
変化してしまう（第７図参照）。
及びシリコン素子４が貼合わされているためシリコン素
子４は圧電振動子３と共にバイモルフ振動することにな
り、圧電振動子３に一定の圧力歪が加わっているときは
シリコン素子の出力端子から圧電振動子３が振動し
ている周波数と同じ周波数の交流が検出され、この周波
数は中間周波数ｆｏと一致する。またこのときの出力端
子に生ずる出力電圧レベルは、中間周波数ｆｏのと
きのインピーダンス値Ｚ０に対応することになる。従っ
て、圧電振動子３の中間周波数ｆｏの最大値を採用する
ことにより振動振幅は大きくなり、更にシリコン素子４
の出力間電圧も大きくなる。そして第３図におい
て、圧力導入箇所５ａから僅かな圧力の変化があると、
圧電振動子３及びシリコン素子４より成る複合センサ２
の振動新幅（第６図中Ｚｏ値）が変化し、よって出力端
間電圧も変化することになる。しかし、この電圧は
圧力歪が一定であっても温度が変化するとこれに伴って
変化してしまう（第７図参照）。
そこで、第１図において、複合センサ２の出力端を
検波器５を介して温度補償回路６に供給し、一方、圧電
振動子３からの温度検出出力を比較基準電圧として温度
補償回路６に温度補償信号の供給をするように構成す
る。温度補償回路６は作動増幅器で構成される。シリコ
ン素子４の出力は、圧電振動子３の中間周波数ｆｏの成
分と振動振幅Ｚｏ成分とが合成されている。そのため圧
電振動子３よりの温度検出出力を比較基準電圧として差
動増幅器に入力することにより、シリコン素子４の出力
のうち温度変化に寄与する中間周波数成分が比較基準電
圧によって打ち消されることになるので、振動振幅成分
のみが取り出されることになり、温度補償回路６の出力
は増幅器７で増幅され、圧力表示部８に出力される。従
って、複合センサ２の出力段階においては、第１１図に
示す如く、圧力一定のとき温度の変化によって出力電圧
が変化していても、圧力表示部８における出力電圧は、
第１２図に示す如く、温度の変化があっても出力電圧に
変化が表われなくなり、温度補償がなされたことにな
る。
検波器５を介して温度補償回路６に供給し、一方、圧電
振動子３からの温度検出出力を比較基準電圧として温度
補償回路６に温度補償信号の供給をするように構成す
る。温度補償回路６は作動増幅器で構成される。シリコ
ン素子４の出力は、圧電振動子３の中間周波数ｆｏの成
分と振動振幅Ｚｏ成分とが合成されている。そのため圧
電振動子３よりの温度検出出力を比較基準電圧として差
動増幅器に入力することにより、シリコン素子４の出力
のうち温度変化に寄与する中間周波数成分が比較基準電
圧によって打ち消されることになるので、振動振幅成分
のみが取り出されることになり、温度補償回路６の出力
は増幅器７で増幅され、圧力表示部８に出力される。従
って、複合センサ２の出力段階においては、第１１図に
示す如く、圧力一定のとき温度の変化によって出力電圧
が変化していても、圧力表示部８における出力電圧は、
第１２図に示す如く、温度の変化があっても出力電圧に
変化が表われなくなり、温度補償がなされたことにな
る。
また上記の複合センサ２の構成とすると、発振器の出力
レベルを上げることにより、圧電振動子３における第６
図に示す、中間周波数値ｆｏのピーク値Ｚｏを上げられ
るため、第１０図におけるＰ１点を中心になるように圧
電振動子３によってバイアス圧力を適切に加えることが
できる。したがって、第１０図に示す特性曲線を急峻に
改良することができ、よって圧力検出の感度を高めるこ
とが可能となる。
レベルを上げることにより、圧電振動子３における第６
図に示す、中間周波数値ｆｏのピーク値Ｚｏを上げられ
るため、第１０図におけるＰ１点を中心になるように圧
電振動子３によってバイアス圧力を適切に加えることが
できる。したがって、第１０図に示す特性曲線を急峻に
改良することができ、よって圧力検出の感度を高めるこ
とが可能となる。
第１図において、複合センサ２は発振器９によって駆動
され、その出力は弁別検波器１０を介することによって
直流成分と出力とし、増幅器１１によって増幅され、温
度表示部１２に出力される。尚、発振器９はその周波数
ｆｏの電圧を制御することにより出力一定とし、かつ出
力が最大となるように周波数を制御する構造を採用して
いる。シリコン素子４の駆動は発振器９からの出力を整
流回路１３及び安定化回路１４で処理して印加される。
第１３図は複合センサ２の出力端電圧と圧力との関係を
示す図である。
され、その出力は弁別検波器１０を介することによって
直流成分と出力とし、増幅器１１によって増幅され、温
度表示部１２に出力される。尚、発振器９はその周波数
ｆｏの電圧を制御することにより出力一定とし、かつ出
力が最大となるように周波数を制御する構造を採用して
いる。シリコン素子４の駆動は発振器９からの出力を整
流回路１３及び安定化回路１４で処理して印加される。
第１３図は複合センサ２の出力端電圧と圧力との関係を
示す図である。
第１４図は本発明の他の例を示す回路図である。本例に
おいては、第７図及び第１１図を参照して明らかな如
く、複合センサ２の出力電圧は温度の関数であるため、
この出力から直接に共振周波数成分を取り出して温度表
示部１２に加えられる構成としたものである。尚、第１
図例と同じ要素には同一符号を付して説明する。従っ
て、本例においても第１図例と同様の作用をすることが
できる。
おいては、第７図及び第１１図を参照して明らかな如
く、複合センサ２の出力電圧は温度の関数であるため、
この出力から直接に共振周波数成分を取り出して温度表
示部１２に加えられる構成としたものである。尚、第１
図例と同じ要素には同一符号を付して説明する。従っ
て、本例においても第１図例と同様の作用をすることが
できる。
以上述べた如く本発明によれば、圧電素子の静電容量と
最大最小インピーダンスのほぼ中間の周波数で共振する
インダクタンスを並列接続すると共に中間周波数での最
大インピーダンス値を得るためのバイアス圧力が加えら
れた圧電振動子と、圧力歪が加わると出力を出すシリコ
ン圧力素子とを密着一体とした複合センサを設け、複合
センサの出力の温度の関数である共振周波数成分を利用
して温度を検出すると共に、圧力の関数である振動振幅
成分及び共振周波数成分を入力とした作動増幅器を介し
て温度補償された出力を利用して圧力を検出するように
構成したので、圧力検出値の感度を向上せしめることが
でき、温度補償された検出値を得ることができる。
最大最小インピーダンスのほぼ中間の周波数で共振する
インダクタンスを並列接続すると共に中間周波数での最
大インピーダンス値を得るためのバイアス圧力が加えら
れた圧電振動子と、圧力歪が加わると出力を出すシリコ
ン圧力素子とを密着一体とした複合センサを設け、複合
センサの出力の温度の関数である共振周波数成分を利用
して温度を検出すると共に、圧力の関数である振動振幅
成分及び共振周波数成分を入力とした作動増幅器を介し
て温度補償された出力を利用して圧力を検出するように
構成したので、圧力検出値の感度を向上せしめることが
でき、温度補償された検出値を得ることができる。
従って、例えば半導体製造室の温度及び圧力を検出する
ときに採用して実益がある。
ときに採用して実益がある。
第１図は本発明の一例を示す回路図、第２図は複合セン
サの一例を示す図、第３図は複合センサの実装状態を示
す図、第４図は圧電振動子の特性図、第５図はコイルは
組込んだ圧電振動子の例を示す回路図、第６図は第５図
例の特性図、第７図は圧電振動子の特性たる室温付近の
周波数と温度との関係を示す図、第８図は同じく圧力と
インピーダンスとの関係を示す図、第９図はシリコン素
子の構成を示す図、第１０図は第９図例の特性図、第１
１図は複合センサの特性図、第１２図は本発明装置の出
力電圧の説明に供する曲線図、第１３図は同じく出力電
圧と圧力との関係を表わす曲線図、、第１４図は本発明
の他の例を示す回路図である。 ２……複合センサ、３……圧電振動子、４……シリコン
素子、６……温度補償回路。
サの一例を示す図、第３図は複合センサの実装状態を示
す図、第４図は圧電振動子の特性図、第５図はコイルは
組込んだ圧電振動子の例を示す回路図、第６図は第５図
例の特性図、第７図は圧電振動子の特性たる室温付近の
周波数と温度との関係を示す図、第８図は同じく圧力と
インピーダンスとの関係を示す図、第９図はシリコン素
子の構成を示す図、第１０図は第９図例の特性図、第１
１図は複合センサの特性図、第１２図は本発明装置の出
力電圧の説明に供する曲線図、第１３図は同じく出力電
圧と圧力との関係を表わす曲線図、、第１４図は本発明
の他の例を示す回路図である。 ２……複合センサ、３……圧電振動子、４……シリコン
素子、６……温度補償回路。
Claims (3)
- 【請求項１】圧電素子の静電容量と最大最小インピーダ
ンスのほぼ中間の周波数で共振するインダクタンスを並
列接続すると共に中間周波数での最大インピーダンス値
を得るためのバイアス圧力が加えられた圧電振動子と、
圧力歪が加わると出力を出すシリコン圧力素子とを密着
一体とした複合センサを設け、 複合センサの出力の温度の関数である共振周波数成分を
利用して温度を検出すると共に、圧力の関数である振動
振幅成分及び共振周波数成分を入力とした作動増幅器を
介して温度補償された出力を利用して圧力を検出するよ
うにしたことを特徴とする温度圧力検出装置。 - 【請求項２】複合センサの出力の温度の関数である共振
周波数成分を圧電振動子より取り出した出力により温度
検出するようにした特許請求の範囲第１項記載の温度圧
力検出装置。 - 【請求項３】複合センサの出力の温度の関数である共振
周波数成分を圧力センサより取り出した出力により温度
検出するようにした特許請求の範囲第１項記載の温度圧
力検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57179277A JPH0615997B2 (ja) | 1982-10-12 | 1982-10-12 | 温度圧力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57179277A JPH0615997B2 (ja) | 1982-10-12 | 1982-10-12 | 温度圧力検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5967433A JPS5967433A (ja) | 1984-04-17 |
| JPH0615997B2 true JPH0615997B2 (ja) | 1994-03-02 |
Family
ID=16063022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57179277A Expired - Lifetime JPH0615997B2 (ja) | 1982-10-12 | 1982-10-12 | 温度圧力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0615997B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61239135A (ja) * | 1985-04-16 | 1986-10-24 | Yokogawa Electric Corp | 差圧伝送器 |
| JPH0640042B2 (ja) * | 1985-04-16 | 1994-05-25 | 横河電機株式会社 | 圧力検出装置 |
| KR100435318B1 (ko) * | 2001-07-03 | 2004-06-10 | 현대자동차주식회사 | 자동차의 파워 스티어링 오일 온도 및 압력 시험 장치 |
| JP5779487B2 (ja) * | 2011-11-30 | 2015-09-16 | 株式会社フジクラ | 圧力センサモジュール |
| CN119147146B (zh) * | 2024-11-18 | 2025-01-28 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | 压力扫描阀温振交联耦合补偿方法、系统及介质 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3781829A (en) * | 1972-06-16 | 1973-12-25 | Ibm | Test pattern generator |
| IT1121122B (it) * | 1979-01-08 | 1986-03-26 | Cise Spa | Circuito elettrico e struttura per sonde di pressione e temperatura dotato di accorgimenti adatti per la correzione dell errore di temperatura sul segnale di pressione e per eliminare l influenza della resistenza elettrica dei conduttori del cavo |
| JPS5631336U (ja) * | 1979-08-20 | 1981-03-26 |
-
1982
- 1982-10-12 JP JP57179277A patent/JPH0615997B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5967433A (ja) | 1984-04-17 |
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