JPS6046661B2 - 圧力変換器 - Google Patents
圧力変換器Info
- Publication number
- JPS6046661B2 JPS6046661B2 JP53118389A JP11838978A JPS6046661B2 JP S6046661 B2 JPS6046661 B2 JP S6046661B2 JP 53118389 A JP53118389 A JP 53118389A JP 11838978 A JP11838978 A JP 11838978A JP S6046661 B2 JPS6046661 B2 JP S6046661B2
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- Japan
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- circuit
- switch
- voltage
- sensor
- bridge
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- Expired
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-
- 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
- G01L9/02—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
- G01L9/04—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges
- G01L9/045—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges with electric temperature compensating means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は圧力変換器に係り、特に信号処理回路系て
の温度ドリフトの補償を考慮した圧力変換器に関する。
の温度ドリフトの補償を考慮した圧力変換器に関する。
圧力変換器の温度特性は、圧力センサ自体の温度特性
とセンサの出力を電気的に処理する信号処理回路系の温
度特性とに分けて考えることができる。従来、圧力変換
器の温度補償を行うには、圧力センサ自体の温度特性（
零点変動、感度変動など）にまず着目し、センサを駆動
する回路と合体させ、総合したものの温度特性を向上さ
せるという方法がとられていた。これはいままで、セン
サ自体の温度特性が信号処理回路のそれに比べて１桁〜
２桁大きい変動を示していたためで、信号処理回路系の
温度的信頼性はセンサの信頼性のなさによりマスクされ
ていた。しかし、最近のセンサ技術の進歩により、セン
サ自体の信頼性は飛躍的に向上した。特に、従来、温度
による変動が大きく、ある程度以上の改善は望めないと
目されていた半導体圧力センサの信頼性向上は目ざまし
く、最近のＳｉ圧力センサを用いた圧力変換器の温度特
性をセンサ部と信号処理回路部とて比較してみると、セ
ンサ部の特性が回路部のそれをはるかにしのいでいる。
例えば零点温度傾斜についてみると、Ｓｉ圧力センサは
６μＶ／℃以下であるのに対し、センサ出力を増幅する
出力の初段の演算増幅器では約２０μＶ／℃である。つ
まり、最近では、圧力変換器の温度的信頼性は信号処理
回路系のそれによつて制約されているといえる。 この
発明は上記の点に鑑みてなされたもので、回路的に効果
的な温度補償を施した圧力変換器を提供するものである
。
とセンサの出力を電気的に処理する信号処理回路系の温
度特性とに分けて考えることができる。従来、圧力変換
器の温度補償を行うには、圧力センサ自体の温度特性（
零点変動、感度変動など）にまず着目し、センサを駆動
する回路と合体させ、総合したものの温度特性を向上さ
せるという方法がとられていた。これはいままで、セン
サ自体の温度特性が信号処理回路のそれに比べて１桁〜
２桁大きい変動を示していたためで、信号処理回路系の
温度的信頼性はセンサの信頼性のなさによりマスクされ
ていた。しかし、最近のセンサ技術の進歩により、セン
サ自体の信頼性は飛躍的に向上した。特に、従来、温度
による変動が大きく、ある程度以上の改善は望めないと
目されていた半導体圧力センサの信頼性向上は目ざまし
く、最近のＳｉ圧力センサを用いた圧力変換器の温度特
性をセンサ部と信号処理回路部とて比較してみると、セ
ンサ部の特性が回路部のそれをはるかにしのいでいる。
例えば零点温度傾斜についてみると、Ｓｉ圧力センサは
６μＶ／℃以下であるのに対し、センサ出力を増幅する
出力の初段の演算増幅器では約２０μＶ／℃である。つ
まり、最近では、圧力変換器の温度的信頼性は信号処理
回路系のそれによつて制約されているといえる。 この
発明は上記の点に鑑みてなされたもので、回路的に効果
的な温度補償を施した圧力変換器を提供するものである
。
以下図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
第１図は一実施例の概略構成を示すものである。図にお
いて１はセンサブリッジ回路で、圧力により抵抗値変化
を示すゲージ抵抗Ｒ、、Ｒ２と固定抵抗Ｒ３、Ｒ、とか
ら構成されている。センサブリッジ回路１の出力電圧は
演算増幅器ＯＰ、、帰還抵植只，からなる増幅回路２で
増幅され、結合コンデンサＣ１を介して演算増幅器０Ｐ
２からなるインピーダンス変換回路３に入力され、出力
電圧に応じた出力電流を取出すようになつている。セン
サブリッジ回路１の駆動電圧源４は、スイッチＳ１（第
１のスイッチ回路）により所定周期で断続されるように
なつている。
いて１はセンサブリッジ回路で、圧力により抵抗値変化
を示すゲージ抵抗Ｒ、、Ｒ２と固定抵抗Ｒ３、Ｒ、とか
ら構成されている。センサブリッジ回路１の出力電圧は
演算増幅器ＯＰ、、帰還抵植只，からなる増幅回路２で
増幅され、結合コンデンサＣ１を介して演算増幅器０Ｐ
２からなるインピーダンス変換回路３に入力され、出力
電圧に応じた出力電流を取出すようになつている。セン
サブリッジ回路１の駆動電圧源４は、スイッチＳ１（第
１のスイッチ回路）により所定周期で断続されるように
なつている。
駆動電圧源４が切離されたとき、センサブリッジ１の電
源端子は短絡される。そして、結合コンデンサＣ１の後
にはスイッチＳ１と同期して駆動されるスイッチＳ２，
Ｓ３（第２のスイッチ回路）が設けられている。スイッ
チＳ１〜Ｓ３の動作は第２図のとおりである。即ち、ス
イッチＳ１に，より駆動電圧源４をセンサブリッジ回路
１に供給したとき、スイッチＳ２をオンとして増幅回路
２の出力をインピーダンス変換回路３に伝え、駆動電圧
源４の供給を断としたとき、スイッチＳ２をオフ、スイ
ッチＳ３をオンとして、結合コンデンサＣ１の端子を接
地する。なお、スイッチＳ３をオフにするタイミングを
ΔＴだけ遅らせているのは、過渡雑音の重畳をさけるた
めである。こうして、第１図の圧力変換器ではスイッチ
Ｓ１〜Ｓ３によりチョッパ動作を行わせている。
源端子は短絡される。そして、結合コンデンサＣ１の後
にはスイッチＳ１と同期して駆動されるスイッチＳ２，
Ｓ３（第２のスイッチ回路）が設けられている。スイッ
チＳ１〜Ｓ３の動作は第２図のとおりである。即ち、ス
イッチＳ１に，より駆動電圧源４をセンサブリッジ回路
１に供給したとき、スイッチＳ２をオンとして増幅回路
２の出力をインピーダンス変換回路３に伝え、駆動電圧
源４の供給を断としたとき、スイッチＳ２をオフ、スイ
ッチＳ３をオンとして、結合コンデンサＣ１の端子を接
地する。なお、スイッチＳ３をオフにするタイミングを
ΔＴだけ遅らせているのは、過渡雑音の重畳をさけるた
めである。こうして、第１図の圧力変換器ではスイッチ
Ｓ１〜Ｓ３によりチョッパ動作を行わせている。
インピーダンス変換回路３の前に設けられた抵抗Ｒ、コ
ンデンサＣ２からなる平滑回路５は、このようなチョッ
パ動作による出力電圧を平滑化するためのものである。
以上のような構成により、効果的に温度ドリフトの補償
が行われることを次に説明する。
ンデンサＣ２からなる平滑回路５は、このようなチョッ
パ動作による出力電圧を平滑化するためのものである。
以上のような構成により、効果的に温度ドリフトの補償
が行われることを次に説明する。
いま、増幅回路２のドリフトをΔ■Ｔ利得をＧとする。
スイッチＳ１が断でブリッジ回路１に電圧が供給されて
いない間、ブリッジ出力はＶｉ＝０で、このときスイッ
チＳ２がオフ、スイッチＳ３がオンであるので、結合コ
ンデンサＣ１にドリフトΔ■ァの利得Ｇ倍を電圧Δ■Ｔ
ＸＧが充電される。次に、スイッチＳ１によりブリッジ
回路１に電圧が供給されると、ブリッジ出力Ｖｉは増幅
回路２でドリフト分Δ■Ｔが加算されて利得Ｇ倍され（
Ｖｉ＋Δ■Ｔ）Ｇとなる。この状態ではスイッチＳ２が
オン、スイッチＳ３は僅かに遅れてオフとなる。スイッ
チＳ３がオフ状態では、インピーダンス変換回路３の入
力インピーダンスは非常に大きく、増幅回路２の負荷は
結合コンデンサＣｌ，Ｃ２、抵抗Ｒとなる。この場合、
増幅回路２の出より流れる電流はコンデンサＣ１の電荷
の変化が無視できる程度のものであるため、コンデンサ
Ｃ１はΔＶＴＧの電源として働く。この電源電圧ΔＶ，
Ｇは、ブリッジ出力電圧と同時に増幅されるドリフト成
分Δ■ＴＧに対して逆極性に直列に入るため、結局ドリ
フト成分の影響が除かれたＶｉＧがインピーダンス変換
回路３に伝えられることになる。なお、インピーダンス
変換回路３もドリフトを持つているが、増幅回路２と異
なり利得が１〜２倍と小さいため、その影響は無視でき
る。
スイッチＳ１が断でブリッジ回路１に電圧が供給されて
いない間、ブリッジ出力はＶｉ＝０で、このときスイッ
チＳ２がオフ、スイッチＳ３がオンであるので、結合コ
ンデンサＣ１にドリフトΔ■ァの利得Ｇ倍を電圧Δ■Ｔ
ＸＧが充電される。次に、スイッチＳ１によりブリッジ
回路１に電圧が供給されると、ブリッジ出力Ｖｉは増幅
回路２でドリフト分Δ■Ｔが加算されて利得Ｇ倍され（
Ｖｉ＋Δ■Ｔ）Ｇとなる。この状態ではスイッチＳ２が
オン、スイッチＳ３は僅かに遅れてオフとなる。スイッ
チＳ３がオフ状態では、インピーダンス変換回路３の入
力インピーダンスは非常に大きく、増幅回路２の負荷は
結合コンデンサＣｌ，Ｃ２、抵抗Ｒとなる。この場合、
増幅回路２の出より流れる電流はコンデンサＣ１の電荷
の変化が無視できる程度のものであるため、コンデンサ
Ｃ１はΔＶＴＧの電源として働く。この電源電圧ΔＶ，
Ｇは、ブリッジ出力電圧と同時に増幅されるドリフト成
分Δ■ＴＧに対して逆極性に直列に入るため、結局ドリ
フト成分の影響が除かれたＶｉＧがインピーダンス変換
回路３に伝えられることになる。なお、インピーダンス
変換回路３もドリフトを持つているが、増幅回路２と異
なり利得が１〜２倍と小さいため、その影響は無視でき
る。
第１図の構成ではドリフト補償の他、次のような効果も
ある。
ある。
通常のチョッパ増幅器は信号入力端で微小信号をスイッ
チングすることになるため、スイッチング雑音が大きく
問題となる。この点第１図の場合、増幅回路２の直接の
信号入力端でスイッチングをせず、ブリッジ回路１の電
源のオン、オフによりチョッピングを行つているため、
スイッチング雑音は殆んど問題にならない。また、第１
図の構成ではブリッジ出力の零点遷移も容易である。通
常、ブリッジ回路の出力にある一定電圧を加えたい場合
、ブリッジの構成抵抗に可変抵抗を入れておく方法がと
られる。しかし、圧力センサのようにブリッジ回路の扱
う信号が数ｍ■と小さい場合には、可変抵抗により高精
度の遷移電圧を与えることは難しい。これに対し、第１
図においては、スイッチＳ３の後に破線で示すように零
点遷移用電圧源Ｅを入れることで、ブリッジ出力に容易
に零点遷移電圧を加えることができる。このように増幅
回路２の出力側で零点“遷移電圧を加えるようにすると
、電圧精度が１／Ｇであつても入力側で加える従来の方
式と同等の精度となるので設計が楽になる。この発明の
より具体化した実施例を第３図に示す。
チングすることになるため、スイッチング雑音が大きく
問題となる。この点第１図の場合、増幅回路２の直接の
信号入力端でスイッチングをせず、ブリッジ回路１の電
源のオン、オフによりチョッピングを行つているため、
スイッチング雑音は殆んど問題にならない。また、第１
図の構成ではブリッジ出力の零点遷移も容易である。通
常、ブリッジ回路の出力にある一定電圧を加えたい場合
、ブリッジの構成抵抗に可変抵抗を入れておく方法がと
られる。しかし、圧力センサのようにブリッジ回路の扱
う信号が数ｍ■と小さい場合には、可変抵抗により高精
度の遷移電圧を与えることは難しい。これに対し、第１
図においては、スイッチＳ３の後に破線で示すように零
点遷移用電圧源Ｅを入れることで、ブリッジ出力に容易
に零点遷移電圧を加えることができる。このように増幅
回路２の出力側で零点“遷移電圧を加えるようにすると
、電圧精度が１／Ｇであつても入力側で加える従来の方
式と同等の精度となるので設計が楽になる。この発明の
より具体化した実施例を第３図に示す。
１１はセンサブリッジ回路、１２は増幅回路、１３はリ
ニアライズ回路、１４は零点遷移回路、１５は定電圧発
生回路、１６は感度温度調節回路、１７は基準電圧発生
回路、１８は電源回路、１９は電圧電流変換回路である
。
ニアライズ回路、１４は零点遷移回路、１５は定電圧発
生回路、１６は感度温度調節回路、１７は基準電圧発生
回路、１８は電源回路、１９は電圧電流変換回路である
。
端子Ａｌ，〜間に２４Ｖが供給されると、これにより励
起され易た電源回路１８は基準電圧発生回路１７を駆動
する。定電圧発生回路１５からの安定化電圧はセンサブ
リッジ回路１１に供給され、ブリッジ回路１１の出力は
増幅回路１２で増幅される。圧力入力によるブリッジ出
力の直線性はリニアライズ回路１３により補償される。
増幅回路１２で増幅された出力信号は零点遷移回路１４
によつて一定電圧のゲタをはき、最終的に電圧電流変換
回路１９により端子Ａｌ，Ａ２から４〜２０ｒｎＡの電
流出力として取出される。第３図で温度ドリフトを除く
ためのチョッピングはスイッチＳｌｌ９Ｓｌ２９Ｓｌ３
？Ｓｌ４によつて行われる。
起され易た電源回路１８は基準電圧発生回路１７を駆動
する。定電圧発生回路１５からの安定化電圧はセンサブ
リッジ回路１１に供給され、ブリッジ回路１１の出力は
増幅回路１２で増幅される。圧力入力によるブリッジ出
力の直線性はリニアライズ回路１３により補償される。
増幅回路１２で増幅された出力信号は零点遷移回路１４
によつて一定電圧のゲタをはき、最終的に電圧電流変換
回路１９により端子Ａｌ，Ａ２から４〜２０ｒｎＡの電
流出力として取出される。第３図で温度ドリフトを除く
ためのチョッピングはスイッチＳｌｌ９Ｓｌ２９Ｓｌ３
？Ｓｌ４によつて行われる。
これらのスイッチの動作波形は第４図のとおりである。
スイッチＳｌｌがオン、スイッチ，２がオフのときブリ
ッジ回路１１に電圧が供給され出力が出る。このときス
イッチＳｌ４はオフである。スイッチＳｌ３は、スイッ
チＳｌｌをオンしたことによる過渡雑音が充分減衰する
時間ΔＴをまつてオンとなり、ブリッジ出力を電圧電流
変換回路１９に伝える。スイッチＳｌｌ，Ｓｌ３がオフ
になると同時にスイッチＳｌ２，Ｓｌ４がオンになり、
回路系のドリフト分を結合コンデンサＣに充電し、この
とき同時に所定の遷移電圧が与えられる。以上詳細に説
明したように、この発明によれば、スイッチング雑音の
影響の少ないチョッピング方式を採用して回路系の温度
ドリフトを補償すると共に、零点遷移電圧を容易にかつ
高精度に与えることを可能とした圧力変換器が実現でき
る。
スイッチＳｌｌがオン、スイッチ，２がオフのときブリ
ッジ回路１１に電圧が供給され出力が出る。このときス
イッチＳｌ４はオフである。スイッチＳｌ３は、スイッ
チＳｌｌをオンしたことによる過渡雑音が充分減衰する
時間ΔＴをまつてオンとなり、ブリッジ出力を電圧電流
変換回路１９に伝える。スイッチＳｌｌ，Ｓｌ３がオフ
になると同時にスイッチＳｌ２，Ｓｌ４がオンになり、
回路系のドリフト分を結合コンデンサＣに充電し、この
とき同時に所定の遷移電圧が与えられる。以上詳細に説
明したように、この発明によれば、スイッチング雑音の
影響の少ないチョッピング方式を採用して回路系の温度
ドリフトを補償すると共に、零点遷移電圧を容易にかつ
高精度に与えることを可能とした圧力変換器が実現でき
る。
第１図はこの発明の一実施例の概略構成を示す図、第２
図は第１図におけるスイッチＳ１〜Ｓ２の動作波形を示
す図、第３図はより具体化した実施例の構成を示す図、
第４図は第３図におけるスイッチＳｌｌ〜Ｓｌ４の動作
波形を示す図である。 １・・・・・・センサブリッジ回路、２・・・・・・増
幅回路、３・・・・・・インピーダンス変換回路、４・
・・・・・駆動電圧源、Ｃ１・・・・・・結合コンデン
サ、Ｓ１・・・・・スイッチ（第１のスイッチ回路）、
Ｓ２，Ｓ３・・・・・スイッチ（第２のスイッチ回路）
、Ｅ・・・・・・零点遷移用電圧源。
図は第１図におけるスイッチＳ１〜Ｓ２の動作波形を示
す図、第３図はより具体化した実施例の構成を示す図、
第４図は第３図におけるスイッチＳｌｌ〜Ｓｌ４の動作
波形を示す図である。 １・・・・・・センサブリッジ回路、２・・・・・・増
幅回路、３・・・・・・インピーダンス変換回路、４・
・・・・・駆動電圧源、Ｃ１・・・・・・結合コンデン
サ、Ｓ１・・・・・スイッチ（第１のスイッチ回路）、
Ｓ２，Ｓ３・・・・・スイッチ（第２のスイッチ回路）
、Ｅ・・・・・・零点遷移用電圧源。
Claims (1)
- １ 外部からの圧力を抵抗変化として感じるセンサブリ
ッジ回路と、このブリッジ回路の出力電圧を増幅する演
算増幅器を用いた増幅回路と、この増幅回路に結合コン
デンサを介して接続され出力電圧を電流に変換するイン
ピーダンス変換回路と、前記センサブリッジ回路への駆
動電圧の供給を所定の周期で断続する第１のスイッチ回
路と、前記結合コンデンサとインピーダンス変換回路と
の間に設けられ結合コンデンサ端子をインピーダンス変
換回路に接続する動作と接地電位または零点遷移用電圧
源に接続する動作とを前記第１のスイッチ回路の動作と
同期して繰返す第２のスイッチ回路とを備えたことを特
徴とする圧力変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53118389A JPS6046661B2 (ja) | 1978-09-26 | 1978-09-26 | 圧力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53118389A JPS6046661B2 (ja) | 1978-09-26 | 1978-09-26 | 圧力変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5544943A JPS5544943A (en) | 1980-03-29 |
| JPS6046661B2 true JPS6046661B2 (ja) | 1985-10-17 |
Family
ID=14735466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53118389A Expired JPS6046661B2 (ja) | 1978-09-26 | 1978-09-26 | 圧力変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6046661B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4747296A (en) * | 1985-09-27 | 1988-05-31 | Design Team Partners | Electronic tonometer with baseline nulling system |
| CN109374192B (zh) * | 2018-11-30 | 2021-05-25 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种用于微压测量的压力传感器 |
-
1978
- 1978-09-26 JP JP53118389A patent/JPS6046661B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5544943A (en) | 1980-03-29 |
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