JP2018132433A - Pressure change measuring apparatus, altitude measuring apparatus, and pressure change measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力変化測定装置、高度測定装置、及び圧力変化測定方法に関する。 The present invention relates to a pressure change measuring device, an altitude measuring device, and a pressure change measuring method.
従来、測定対象の圧力変化を抵抗の変化として検出し、圧力変化に応じた抵抗の変化を、例えば、ホイートストンブリッジ回路などの検出回路により検出する圧力変化測定装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, a pressure change measuring device that detects a pressure change of a measurement object as a change in resistance and detects a change in resistance corresponding to the pressure change by a detection circuit such as a Wheatstone bridge circuit is known (for example, patent Reference 1).
特許文献１に記載されている圧力変化測定装置では、温度ドリフト補償用の抵抗を用いて、温度変化によるオフセット電圧のドリフトを補償している。
しかしながら、圧力変化測定装置の温度変化による測定誤差は、オフセット電圧のドリフトと、感度の温度による変動とが要因として同時に発生する。そのため、測定対象の圧力変化を高精度に測定するためには、オフセット電圧とセンサ感度との両方の温度補償を高精度に行う必要があり、上述した従来の圧力変化測定装置では、測定対象の圧力変化を高精度に測定することが困難であった。
In the pressure change measuring device described in
However, the measurement error due to the temperature change of the pressure change measuring device occurs simultaneously due to the drift of the offset voltage and the fluctuation of the sensitivity due to temperature. Therefore, in order to measure the pressure change of the measurement target with high accuracy, it is necessary to perform temperature compensation of both the offset voltage and the sensor sensitivity with high accuracy. In the conventional pressure change measurement apparatus described above, It was difficult to measure the pressure change with high accuracy.
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、測定対象の圧力変化を高精度に測定することができる圧力変化測定装置、高度測定装置、及び圧力変化測定方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a pressure change measuring device, an altitude measuring device, and a pressure change measuring method capable of measuring a pressure change of a measurement object with high accuracy. There is.
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、測定対象圧力を伝達する圧力伝達媒体が流入するキャビティと、前記圧力伝達媒体を前記キャビティの内外に流通させる連通孔と、を有し、前記キャビティの内部圧力と前記測定対象圧力との差圧に応じた差圧検出値を検出する差圧センサと、前記差圧センサの温度に応じた検出値を検出する温度センサと、前記温度センサによって検出された前記検出値に基づいて、前記差圧センサの温度が所定の温度になるように、前記差圧センサに供給する電力を変更する供給制御部と、前記供給制御部によって前記所定の温度になるように変更された前記電力が供給されて、前記差圧センサによって検出された前記差圧検出値と、前記所定の温度における前記差圧センサの特性情報とに基づいて、前記測定対象圧力の変化を示す情報を生成する演算処理部とを備えることを特徴とする圧力変化測定装置である。 In order to solve the above problem, an aspect of the present invention includes a cavity into which a pressure transmission medium that transmits a measurement target pressure flows, and a communication hole that allows the pressure transmission medium to flow inside and outside the cavity. A differential pressure sensor that detects a differential pressure detection value corresponding to a differential pressure between the internal pressure of the cavity and the pressure to be measured; a temperature sensor that detects a detection value corresponding to the temperature of the differential pressure sensor; and the temperature sensor A supply control unit that changes power supplied to the differential pressure sensor so that the temperature of the differential pressure sensor becomes a predetermined temperature based on the detection value detected by the control unit; and Based on the differential pressure detection value detected by the differential pressure sensor and the characteristic information of the differential pressure sensor at the predetermined temperature, supplied with the electric power changed to be a temperature, Further comprising a processing unit for generating information indicating a change in the constant target pressure is a pressure change measuring device according to claim.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記供給制御部は、前記温度センサによって検出された前記検出値に対応する温度が、前記所定の温度になるように前記温度センサに供給する第１の電圧又は第１の電流を変更し、前記差圧センサに供給する第２の電圧又は第２の電流を、変更した前記第１の電圧又は前記第１の電流と等しい電圧又は電流に変更し、前記演算処理部は、変更された前記第２の電圧又は前記第２の電流が供給されて、前記差圧センサによって検出された前記差圧検出値と、前記所定の温度における前記差圧センサの特性情報とに基づいて、前記測定対象圧力の変化を示す情報を生成することを特徴とする。 Further, according to one aspect of the present invention, in the pressure change measurement device, the supply control unit may be configured such that the temperature corresponding to the detected value detected by the temperature sensor is the predetermined temperature. The first voltage or the first current supplied to the differential pressure sensor is changed, and the second voltage or the second current supplied to the differential pressure sensor is changed to a voltage equal to the changed first voltage or the first current. Alternatively, the calculation processing unit is supplied with the changed second voltage or the second current, and the differential pressure detection value detected by the differential pressure sensor and the predetermined temperature are changed. The information indicating the change in the measurement target pressure is generated on the basis of the characteristic information of the differential pressure sensor.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記供給制御部は、予め定められた第１の電圧又は第１の電流を前記温度センサに供給して検出された前記検出値に基づいて、前記差圧センサの温度が前記所定の温度になるように、前記差圧センサに供給する第２の電圧又は第２の電流を変更し、前記演算処理部は、変更された前記第２の電圧又は前記第２の電流が供給されて、前記差圧センサによって検出された前記差圧検出値と、前記所定の温度における前記差圧センサの特性情報とに基づいて、前記測定対象圧力の変化を示す情報を生成することを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, in the pressure change measurement apparatus, the supply control unit supplies the predetermined first voltage or first current to the temperature sensor and detects the detected value. The second voltage or the second current supplied to the differential pressure sensor is changed so that the temperature of the differential pressure sensor becomes the predetermined temperature, and the arithmetic processing unit is changed Based on the differential pressure detection value detected by the differential pressure sensor supplied with the second voltage or the second current and the characteristic information of the differential pressure sensor at the predetermined temperature, the measurement object Information indicating a change in pressure is generated.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記供給制御部は、前記検出値と、前記第１の電圧又は前記第１の電流における前記温度センサの温度特性情報と、前記差圧センサの発熱特性情報とに基づいて、前記差圧センサの温度が前記所定の温度になるように、前記第２の電圧又は前記第２の電流を変更することを特徴とする。 Further, according to one aspect of the present invention, in the pressure change measurement device, the supply control unit includes the detection value, temperature characteristic information of the temperature sensor at the first voltage or the first current, Based on the heat generation characteristic information of the differential pressure sensor, the second voltage or the second current is changed so that the temperature of the differential pressure sensor becomes the predetermined temperature.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記供給制御部は、前記温度センサによって検出された前記検出値に対応する温度が、前記所定の温度になるように前記温度センサに供給する第１の電圧又は第１の電流を変更し、変更した前記第１の電圧又は前記第１の電流を、前記温度センサの発熱特性情報と、前記差圧センサの発熱特性情報とに基づいて、補正した電圧又は電流に、前記差圧センサに供給する第２の電圧又は第２の電流を変更し、前記演算処理部は、変更された前記第２の電圧又は前記第２の電流が供給されて、前記差圧センサによって検出された前記差圧検出値と、前記所定の温度における前記差圧センサの特性情報とに基づいて、前記測定対象圧力の変化を示す情報を生成することを特徴とする。 Further, according to one aspect of the present invention, in the pressure change measurement device, the supply control unit may be configured such that the temperature corresponding to the detected value detected by the temperature sensor is the predetermined temperature. The first voltage or the first current to be supplied is changed, and the changed first voltage or the first current is converted into the heat generation characteristic information of the temperature sensor and the heat generation characteristic information of the differential pressure sensor. Based on the corrected voltage or current, the second voltage or the second current supplied to the differential pressure sensor is changed, and the arithmetic processing unit changes the changed second voltage or the second current. Is generated, and information indicating a change in the measurement target pressure is generated based on the detected differential pressure value detected by the differential pressure sensor and the characteristic information of the differential pressure sensor at the predetermined temperature. It is characterized by.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記所定の温度は、使用温度範囲の最大値に、前記差圧センサを動作させる最小電力による発熱分を加算した温度以上に定められていることを特徴とする。 Further, according to one aspect of the present invention, in the pressure change measurement apparatus, the predetermined temperature is set to be equal to or higher than a temperature obtained by adding a heat generated by a minimum power for operating the differential pressure sensor to a maximum value in a use temperature range. It is characterized by being.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記差圧センサは、前記キャビティを有するセンサ本体と、前記連通孔を除く前記キャビティの開口面を塞ぐように基端部から先端部に向けて一方向に延びる板状であり、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、前記カンチレバーの撓み変形に応じた前記基端部の抵抗変化に基づいて、前記差圧検出値を検出する差圧検出回路部とを備えることを特徴とする。 One embodiment of the present invention is the pressure change measuring apparatus according to the first aspect, wherein the differential pressure sensor includes a sensor body having the cavity and a distal end from the proximal end so as to close an opening surface of the cavity excluding the communication hole. A cantilever that is unidirectionally extending toward the portion and bends and deforms according to a pressure difference between the inside and the outside of the cavity, and a resistance change of the base end portion according to the bending deformation of the cantilever. And a differential pressure detection circuit section for detecting the differential pressure detection value.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記差圧センサは、前記カンチレバーと同一材質及び同一形状になるように構成されたレバー部を有するレファレンス部を有し、前記差圧検出回路部は、前記カンチレバーの基端部の抵抗を含む検出抵抗と、前記レバー部の基端部の抵抗を含む参照抵抗とを有するホイートストンブリッジ回路を備えることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, in the pressure change measuring apparatus, the differential pressure sensor includes a reference portion having a lever portion configured to have the same material and shape as the cantilever, and the difference The pressure detection circuit unit includes a Wheatstone bridge circuit having a detection resistance including a resistance of a proximal end portion of the cantilever and a reference resistance including a resistance of a proximal end portion of the lever portion.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記温度センサは、キャビティを有する本体部と、前記カンチレバーと同一材質及び同一形状になるように、且つ、前記本体部のキャビティを覆うように構成された温度検出抵抗部と、前記温度検出抵抗部の抵抗変化に基づいて、前記検出値を検出する温度検出回路部とを備えることを特徴とする。 One embodiment of the present invention is the pressure change measuring apparatus according to the first aspect, wherein the temperature sensor includes a body portion having a cavity, the same material and the same shape as the cantilever, and the cavity of the body portion. A temperature detection resistor unit configured to cover and a temperature detection circuit unit that detects the detection value based on a resistance change of the temperature detection resistor unit.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置と、前記圧力変化測定装置から得られた前記測定対象圧力の変化を高度情報に変換する高度変換部とを備えることを特徴とする高度測定装置である。 An aspect of the present invention includes the pressure change measuring device described above, and an altitude converting unit that converts the change in the measurement target pressure obtained from the pressure change measuring device into altitude information. It is a measuring device.
また、本発明の一態様は、測定対象圧力を伝達する圧力伝達媒体が流入するキャビティと、前記圧力伝達媒体を前記キャビティの内外に流通させる連通孔と、を有し、前記キャビティの内部圧力と前記測定対象圧力との差圧に応じた差圧検出値を検出する差圧センサを利用した圧力変化測定方法であって、供給制御部が、前記差圧センサの温度に応じた検出値を検出する温度センサによって検出された前記検出値に基づいて、前記差圧センサの温度が所定の温度になるように、前記差圧センサに供給する電力を変更する供給制御ステップと、演算処理部が、前記供給制御ステップによって前記所定の温度になるように変更された前記電力が供給されて、前記差圧センサによって検出された前記差圧検出値と、前記所定の温度における前記差圧センサの特性情報とに基づいて、前記測定対象圧力の変化を示す情報を生成する演算処理ステップとを含むことを特徴とする圧力変化測定方法である。 Another aspect of the present invention includes a cavity into which a pressure transmission medium that transmits a pressure to be measured flows, and a communication hole that allows the pressure transmission medium to flow inside and outside the cavity. A pressure change measurement method using a differential pressure sensor that detects a differential pressure detection value according to a differential pressure with respect to the measurement target pressure, wherein a supply control unit detects a detection value according to the temperature of the differential pressure sensor A supply control step for changing the power supplied to the differential pressure sensor based on the detection value detected by the temperature sensor so that the temperature of the differential pressure sensor becomes a predetermined temperature, and an arithmetic processing unit, The differential pressure detected by the differential pressure sensor when the electric power changed to the predetermined temperature is supplied by the supply control step, and the differential pressure at the predetermined temperature Based on the capacitors of the characteristic information, a pressure change measuring method characterized by comprising a processing step of generating information indicating a change of the measurement target pressure.
本発明によれば、測定対象の圧力変化を高精度に測定することができる。 According to the present invention, it is possible to measure a pressure change of a measurement object with high accuracy.
以下、本発明の一実施形態による圧力変化測定装置、及び高度測定装置について図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態による圧力変化測定装置１の一例を示す機能ブロック図である。
図１に示すように、圧力変化測定装置１は、差圧センサ１１０と、温度センサ１２０と、基準電圧生成部３０と、電圧制御部６０と、演算処理部７０とを備えている。
Hereinafter, a pressure change measuring device and an altitude measuring device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a functional block diagram showing an example of a pressure change measuring
As shown in FIG. 1, the pressure
差圧センサ１１０は、測定対象媒体（例えば、空気などの流体）の圧力（測定対象圧力）の変化を検出するものであり、後述するキャビティ１０（図３参照）の内部圧力と測定対象圧力（外部圧力）との差圧に応じた差圧検出値を検出する。差圧センサ１１０は、差圧検出値を検出する差圧検出回路部４０を備えている。
The
差圧検出回路部４０は、ホイートストンブリッジ回路４１と、差動増幅回路４２とを備えている。
ホイートストンブリッジ回路４１は、後述する差圧センサ部１１１が有する抵抗Ｒ１（検出抵抗Ｒｓｅｎ）と、後述するレファレンス部１１２が有する抵抗Ｒ２（参照抵抗Ｒｒｅｆ）と、抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ４とを備えている。
The differential pressure
The
抵抗Ｒ１（検出抵抗Ｒｓｅｎ）は、第１端が電圧Ｖｂの供給線に、第２端がノードＮ１に接続されており、キャビティ１０内外の差圧に応じて抵抗が変化する。抵抗Ｒ２（参照抵抗Ｒｒｅｆ）は、第１端がノードＮ１に、第２端が電源線ＧＮＤに接続されており、差圧検出値の温度依存及び抵抗値バラツキによる検出誤差を低減するための参照抵抗である。
また、抵抗Ｒ３は、第１端が電圧Ｖｂの供給線に、第２端がノードＮ２に接続され、抵抗Ｒ４は、第１端がノードＮ２に、第２端が電源線ＧＮＤに接続されている。抵抗Ｒ１及びＲ２は、後述するセンサチップ１００内に構成されており、抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４は、センサチップ１００の外部に備えられた外付け抵抗である。
The resistor R1 (detection resistor Rsen) has a first end connected to the supply line of the voltage Vb and a second end connected to the node N1, and the resistance changes according to the differential pressure inside and outside the
The resistor R3 has a first end connected to the supply line of the voltage Vb, a second end connected to the node N2, and a resistor R4 has a first end connected to the node N2 and a second end connected to the power supply line GND. Yes. The resistors R1 and R2 are configured in a
差動増幅回路４２は、例えば、計測アンプ（インスツルメンテーションアンプ）であり、ノードＮ１とノードＮ２との電位差を増幅して出力信号Ｖｏとして出力する。差動増幅回路４２は、反転入力端子（−端子）がノードＮ１に接続され、非反転入力端子（＋端子）がノードＮ２に接続されている。
The
温度センサ１２０は、例えば、差圧センサ１１０の温度（例えば、周辺温度）に応じた検出値を検出する。なお、温度センサ１２０は、差圧センサ１１０と温度特性が等しくなるように構成されている。温度センサ１２０は、検出値を検出する温度検出回路部５０を備えている。
温度検出回路部５０は、ホイートストンブリッジ回路５１と、差動増幅回路５２とを備えている。
ホイートストンブリッジ回路５１は、後述する温度センサ部１２１が有する抵抗Ｒ５（検出抵抗Ｒｔｍｐ）と、抵抗Ｒ６と、抵抗Ｒ７と、抵抗Ｒ８とを備えている。
For example, the
The temperature
The
抵抗Ｒ５（検出抵抗Ｒｔｍｐ）は、第１端がブリッジ印加電圧Ｖｂの供給線に、第２端がノードＮ３に接続されており、差圧センサ１１０の温度に応じて抵抗値が変化する。抵抗Ｒ６は、第１端がノードＮ３に、第２端が電源線ＧＮＤに接続されている。
また、抵抗Ｒ７は、第１端がブリッジ印加電圧Ｖｂの供給線に、第２端がノードＮ４に接続され、抵抗Ｒ８は、第１端がノードＮ４に、第２端が電源線ＧＮＤに接続されている。抵抗Ｒ５は、後述するセンサチップ１００内に構成されており、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ７、及びＲ８は、センサチップ１００の外部に備えられた外付け抵抗である。
The resistor R5 (detection resistor Rtmp) has a first end connected to the supply line of the bridge applied voltage Vb and a second end connected to the node N3, and the resistance value changes according to the temperature of the
The resistor R7 has a first end connected to the supply line of the bridge applied voltage Vb, a second end connected to the node N4, and a resistor R8 has a first end connected to the node N4 and a second end connected to the power supply line GND. Has been. The resistor R5 is configured in the
差動増幅回路５２は、例えば、計測アンプ（インスツルメンテーションアンプ）であり、ノードＮ３とノードＮ４との電位差を増幅して出力信号Ｖｔとして出力する。差動増幅回路５２は、反転入力端子（−端子）がノードＮ３に接続され、非反転入力端子（＋端子）がノードＮ４に接続されている。
なお、センサチップ１００は、差圧センサ部１１１、レファレンス部１１２、及び温度センサ部１２１を備えており、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、及び抵抗Ｒ５は、センサチップ１００内の同一の半導体基板上に構成されている。ここで、図２〜４を参照して、センサチップ１００の構成の詳細について説明する。
The
The
図２は、本実施形態におけるセンサチップ１００の一例を示す平面図である。また、図３は、図２に示すＡ−Ａ線に沿ったセンサチップ１００の断面図である。また、図４は、図２に示すＢ−Ｂ線に沿ったセンサチップ１００の断面図である。
図２〜４に示すように、本実施形態のセンサチップ１００は、ＳＯＩ基板５を利用して形成された直方体状の外形を有するセンサ本体２を備え、差圧センサ部１１１と、レファレンス部１１２と、温度センサ部１２１とを備えている。
FIG. 2 is a plan view showing an example of the
As shown in FIGS. 2 to 4, the
差圧センサ部１１１は、所定の周波数帯域（例えば、１Ｈｚ以下の低周波帯域）の圧力変動を検出するセンサであり、圧力伝達媒体（例えば空気等の気体）が存在する空間等に配置されて使用される。差圧センサ部１１１は、キャビティ１０を有するセンサ本体２と、先端部３ａが自由端とされ、基端部３ｂが片持ち支持されたカンチレバー３とを備えている。
The differential
なお、本実施形態では、センサチップ１００の厚み方向（Ｚ軸方向）に沿ったカンチレバー３側を上方、その反対側を下方といい、センサチップ１００の平面視で長手方向をＸ軸方向、センサチップ１００の平面視で長手方向（Ｘ軸方向）に直交する短手方向をＹ軸方向として説明する。
また、ＳＯＩ基板５は、図３に示すように、シリコン支持層５ａ、シリコン酸化膜等の電気的絶縁性を有する絶縁層５ｂ、及びシリコン活性層５ｃを熱的に張り合わせた基板とされている。
In the present embodiment, the
As shown in FIG. 3, the
センサ本体２は、例えばＳＯＩ基板５におけるシリコン支持層５ａで形成されている。
具体的には、センサ本体２は底壁部２ａ及び周壁部２ｂを有し、上方に開口する中空の有底筒状に形成されている。センサ本体２の内部空間は、キャビティ（空気室）１０として機能し、上方に開口した部分がキャビティ１０の内部と外部とを連通する連通開口１１として機能する。すなわち、中空のセンサ本体２は、内部にキャビティ１０が形成され、キャビティ１０の内部と外部とを連通する連通開口１１を有する。
The
Specifically, the
絶縁層５ｂは、例えば、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）により形成された酸化層であり、センサ本体２の周壁部２ｂの開口端縁上に全周に亘って環状に形成されている。
シリコン活性層５ｃは、センサ本体２を上方から塞ぐように絶縁層５ｂ上に形成されている。このシリコン活性層５ｃには、該シリコン活性層５ｃを厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する平面視コ形状（Ｃ形状）のギャップＧ１（区画溝）が形成されている。これにより、シリコン活性層５ｃには、環状の枠部１３とカンチレバー３とが形成されている。
ギャップＧ１は、平面視で連通開口１１の内側に位置する領域内（キャビティ１０の内部に連通する領域内）に形成され、圧力伝達媒体をキャビティ１０の内外に流通させる連通孔として機能する。
The insulating
The silicon
The gap G <b> 1 is formed in a region located inside the
カンチレバー３は、基端部３ｂが枠部１３を介してセンサ本体２における周壁部２ｂの開口端の内側に一体的に接続され、且つ先端部３ａが自由端とされた片持ち梁構造とされ、連通開口１１を覆うように配置されている。すなわち、カンチレバー３は、ギャップＧ１（連通孔）を除くキャビティ１０の開口面を塞ぐように基端部３ｂから先端部３ａに向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ１０の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形する。また、カンチレバー３は、レバー本体２０と、レバー本体２０とセンサ本体２とを接続するとともにレバー本体２０を片持ち状態で支持する複数のレバー支持部２１とを有し、連通開口１１を覆うように配置される。
The
カンチレバー３の基端部３ｂには、該カンチレバー３を厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する平面視コ形状（Ｃ形状）のギャップＧ２（区画溝）が形成されている。このギャップＧ２は、カンチレバー３の基端部３ｂにおいてセンサチップ１００の短手方向（Ｙ軸方向）の中央部に配置されている。これにより、カンチレバー３は基端部３ｂを中心として撓み変形し易い構造とされている。
At the
２つのレバー支持部２１は、ギャップＧ２を挟んで短手方向（Ｙ軸方向）に並ぶように配置され、レバー本体２０と枠部１３とを接続するとともにレバー本体２０を片持ち状態で支持している。従って、カンチレバー３は、これらレバー支持部２１を中心に撓み変形する。
なお、２つのレバー支持部２１の短手方向（Ｙ軸方向）に沿った支持幅は、同等とされている。従って、カンチレバー３が撓み変形した際、一方のレバー支持部２１に作用する単位面積当たりの応力と、他方のレバー支持部２１に作用する単位面積当たりの応力とは同等とされている。
The two
Note that the support widths along the short direction (Y-axis direction) of the two
上述したカンチレバー３が形成されたシリコン活性層５ｃには、ピエゾ抵抗（抵抗素子）であるドープ層６（不純物半導体層）がシリコン活性層５ｃの全面に亘って形成されている。このドープ層６は、例えばリン等のドープ材（不純物）がイオン注入法や拡散法等の各種の方法によりドーピングされることで形成されている。
In the silicon
ドープ層６のうち、カンチレバー３が形成された部分（レバー支持部２１に形成されている部分を含む）は、上述した抵抗Ｒ１（検出抵抗Ｒｓｅｎ）として機能する。抵抗Ｒ１は、レバー支持部２１の撓み量に応じて抵抗値が変化する。
また、ドープ層６の上面には、ドープ層６よりも電気抵抗率が小さい導電性材料（例えば、Ａｕ（金）等）からなる電極（Ｄ１、Ｄ２）が形成されている。この電極（Ｄ１、Ｄ２）は、平面視でカンチレバー３を囲む枠状に形成され、ギャップＧ１及びギャップＧ５によって、電極Ｄ１と、電極Ｄ２に分離されている。なお、電極Ｄ１は、抵抗Ｒ１（検出抵抗Ｒｓｅｎ）の第１端として機能し、ブリッジ印加電圧Ｖｂの供給線が接続され、電極Ｄ２は、抵抗Ｒ１（検出抵抗Ｒｓｅｎ）の第２端として機能し、差動増幅回路４２の反転入力端子（−端子）が接続される。
Of the doped
On the top surface of the doped
レファレンス部１１２は、カンチレバー３と同一材質及び同一形状になるように構成されたレバー部４と、を有している。なお、本実施形態では、レファレンス部１１２は、センサチップ１００の短手方向（Ｙ軸方向）の中央線を中心に、差圧センサ部１１１と対称に構成されており、レバー部４と、ギャップＧ３と、ギャップＧ４と、電極（Ｄ２、Ｄ３）を有している。なお、レファレンス部１１２は、図３に示すように、キャビティを有していない点を除いて同一材質及び同一形状になるように構成されている。
The
レバー部４は、カンチレバー３と同様に、ドープ層６を備え、当該ドープ層６が、上述した抵抗Ｒ２（参照抵抗Ｒｒｅｆ）として機能するが、キャビティがない状態で固定されて生成されているため、抵抗Ｒ２の抵抗値は、測定対象圧力の変動に影響されない。
なお、レファレンス部１１２において、電極（Ｄ２、Ｄ３）は、ギャップＧ３及びギャップＧ５によって、電極Ｄ２と、電極Ｄ３に分離されている。なお、電極Ｄ２は、抵抗Ｒ２（参照抵抗Ｒｒｅｆ）の第１端として機能し、差動増幅回路４２の反転入力端子（−端子）が接続され、電極Ｄ３は、抵抗Ｒ２（参照抵抗Ｒｒｅｆ）の第２端として機能し、電源線ＧＮＤが接続される。
Like the
In the
温度センサ部１２１は、図２及び図４に示すように、電極Ｄ４と、電極Ｄ５と、ピエゾ抵抗としてのドープ層６と、キャビティ１０ａとを有している。なお、ドープ層６は、上述した抵抗Ｒ５として機能し、ドープ層６（抵抗Ｒ５）は、ギャップＧ５とギャップＧ６との間に形成されており、長手方向（Ｘ軸方向）長い長方形として形成されている。また、ドープ層６（抵抗Ｒ５）及びシリコン活性層５ｃの下には、キャビティ１０ａが形成され、ドープ層６（抵抗Ｒ５）の熱容量が抵抗Ｒ１（検出抵抗Ｒｓｅｎ）と等しくなるように構成されている。
なお、電極Ｄ４は、抵抗Ｒ５（検出抵抗Ｒｔｍｐ）の第１端として機能し、ブリッジ印加電圧Ｖｂの供給線が接続され、電極Ｄ５は、抵抗Ｒ５（検出抵抗Ｒｔｍｐ）の第２端として機能し、差動増幅回路５２の反転入力端子（−端子）が接続される。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
The electrode D4 functions as a first end of the resistor R5 (detection resistor Rtmp), is connected to a supply line of the bridge applied voltage Vb, and the electrode D5 functions as a second end of the resistor R5 (detection resistor Rtmp). The inverting input terminal (− terminal) of the
図１の説明に戻り、基準電圧生成部３０は、差圧センサ１１０及び温度センサ１２０に供給する電圧（ブリッジ印加電圧Ｖｂ）を生成するための基準電圧を生成する。
電圧制御部６０（供給制御部の一例）は、温度センサ１２０によって検出された検出値Ｖｔに基づいて、差圧センサ１１０の温度が所定の温度（例えば、測定温度Ｔｓｅｎ０）になるように、差圧センサ１１０に供給する電力（例えば、ブリッジ印加電圧Ｖｂ）を変更する。電圧制御部６０は、例えば、温度センサ１２０によって検出された検出値Ｖｔに対応する温度Ｔｔｍｐが、所定の温度（例えば、測定温度Ｔｓｅｎ０）になるように温度センサ１２０に供給する電圧Ｖｂｔｍｐ（第１の電圧）を変更する。
Returning to the description of FIG. 1, the reference
The voltage control unit 60 (an example of a supply control unit) performs a difference based on the detection value Vt detected by the
すなわち、電圧制御部６０は、基準電圧生成部３０が生成した基準電圧を基に、温度センサ１２０によって検出された温度Ｔｔｍｐが予め定められた測定温度Ｔｓｅｎ０と一致するブリッジ印加電圧Ｖｂ（＝Ｖｂｔｍｐ０）に変更する。電圧制御部６０は、差圧センサ１１０に供給する電圧Ｖｂｓｅｎ（第２の電圧）を、変更した電圧Ｖｂｔｍｐ０と等しい電圧に変更する。なお、本実施形態では、電圧制御部６０が出力するブリッジ印加電圧Ｖｂは、同一の電圧が差圧センサ１１０及び温度センサ１２０に供給される。そのため、電圧制御部６０は、ブリッジ印加電圧Ｖｂを電圧Ｖｂｔｍｐ０に変更することで、差圧センサ１１０にも同一のブリッジ印加電圧Ｖｂ（＝Ｖｂｔｍｐ０＝Ｖｂｓｅｎ０）を供給する。
ここで、図５を参照して、ブリッジ印加電圧Ｖｂを変更することにより、差圧センサ１１０を温度補償する本実施形態の原理について説明する。
That is, the
Here, with reference to FIG. 5, the principle of the present embodiment in which the
図５は、本実施形態における差圧センサ１１０の温度補償の原理を説明する図である。
図５（ａ）は、ブリッジ印加電圧Ｖｂと、温度センサ１２０の温度との関係（温度センサの発熱特性）を示している。
図５（ａ）において、グラフの縦軸は、温度センサ１２０の温度を示し、横軸は、ブリッジ印加電圧Ｖｂを示している。
FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of temperature compensation of the
FIG. 5A shows the relationship between the bridge applied voltage Vb and the temperature of the temperature sensor 120 (heat generation characteristics of the temperature sensor).
In FIG. 5A, the vertical axis of the graph indicates the temperature of the
また、波形Ｗ１は、周辺温度が圧力変化測定装置１の使用温度範囲の下限温度Ｔａｍｉｎである場合における温度センサ１２０の発熱特性を示し、波形Ｗ２は、周辺温度が圧力変化測定装置１の使用温度範囲の上限温度Ｔａｍａｘである場合における温度センサ１２０の発熱特性を示している。また、波形Ｗ３は、周辺温度が温度Ｔａである場合における温度センサ１２０の発熱特性を示している。
A waveform W1 shows the heat generation characteristics of the
また、差圧センサ１１０の測定温度Ｔｓｅｎ０は、差圧センサ１１０及び温度センサ１２０の発熱特性を考慮して、下記の式（１）のように設定されている。
The measured temperature Tsen0 of the
すなわち、測定温度Ｔｓｅｎ０（所定の温度）は、使用温度範囲の最大値（上限温度Ｔａｍａｘ）に、差圧センサ１１０を動作させる最小電力（例えば、最小のブリッジ印加電圧）による発熱分αを加算した温度以上に定められている。
また、周辺温度が下限温度Ｔａｍｉｎである場合に、差圧センサ１１０を測定温度Ｔｓｅｎ０（＝Ｔｔｍｐ０）にするためには、波形Ｗ１に示すように、ブリッジ印加電圧Ｖｂを電圧Ｖｍａｘにする必要がある。また、周辺温度が上限温度Ｔａｍａｘである場合に、差圧センサ１１０を測定温度Ｔｓｅｎ０（＝Ｔｔｍｐ０）にするためには、波形Ｗ２に示すように、ブリッジ印加電圧Ｖｂを電圧Ｖｍｉｎにする必要がある。
That is, the measured temperature Tsen0 (predetermined temperature) is obtained by adding a heat generation amount α due to the minimum power (for example, the minimum bridge applied voltage) for operating the
Further, when the ambient temperature is the lower limit temperature Tamin, in order to set the
また、図５（ｂ）は、温度センサ１２０の検出値Ｖｔと温度Ｔｔｍｐとの関係を示している。
図５（ｂ）において、グラフの縦軸は、温度センサ１２０の検出値Ｖｔを示し、横軸は、温度センサ１２０の温度Ｔｔｍｐを示している。また、波形Ｗ４は、温度センサ１２０の検出値Ｖｔと温度Ｔｔｍｐとの関係（温度特性）を示している。
FIG. 5B shows the relationship between the detection value Vt of the
In FIG. 5B, the vertical axis of the graph indicates the detection value Vt of the
まず、周辺温度が温度Ｔａである場合に、電圧制御部６０は、ブリッジ印加電圧Ｖｂを電圧Ｖｍｉｎから電圧Ｖｍａｘの範囲を変化させて、温度センサ１２０の検出値Ｖｔを取得する。ここで、図５（ｂ）に示す温度センサ１２０の検出値Ｖｔと温度Ｔｔｍｐとの温度特性から、電圧制御部６０は、温度センサ１２０の温度Ｔｔｍｐを得ることが可能である。電圧制御部６０は、図５（ｂ）に示す温度センサ１２０の温度特性に基づいて、温度センサ１２０の検出値Ｖｔに対応する温度センサ１２０の温度Ｔｔｍｐが、測定温度Ｔｓｅｎ０（＝Ｔｔｍｐ０）になるブリッジ印加電圧Ｖｂ（＝Ｖ０）を判定する。ここで、測定温度Ｔｓｅｎ０と温度Ｔａとの差分ΔＴが、ブリッジ印加電圧Ｖｂが電圧Ｖ０である場合の温度センサ１２０の自己発熱分の温度である。
First, when the ambient temperature is the temperature Ta, the
なお、差圧センサ１１０と温度センサ１２０とは、発熱特性を含む温度特性が等しくなるように構成されており、ブリッジ印加電圧Ｖｂが電圧Ｖ０である場合の差圧センサ１１０の温度Ｔｓｅｎは、測定温度Ｔｓｅｎ０（＝Ｔｔｍｐ０）となる。
The
そのため、電圧制御部６０は、ブリッジ印加電圧Ｖｂを電圧Ｖ０に変更することで、差圧センサ１１０及び温度センサ１２０の温度を測定温度Ｔｓｅｎ０にすることができる。この状態で、差圧センサ１１０による差圧検出値ΔＶを検出することにより、差圧センサ１１０は、常に同一の温度で差圧検出値ΔＶを検出することになり、差圧センサ１１０の差圧検出値の温度による変化を考慮する必要がなくなる。
また、差圧センサ１１０による差圧検出値ΔＶは、下記の式（２）で表すことができる。
Therefore, the
Also, the differential pressure detection value ΔV by the
ここで、感度ΔＲ／Ｒは、測定温度Ｔｓｅｎ０における差圧センサ１１０の感度を示し、アンプゲインＧは、差動増幅回路４２の電圧利得を示している。また、差圧値ΔＰは、例えば、後述する外圧（Ｐｏｕｔ）と内圧（Ｐｉｎ）との差分であり、圧力変化を示している。
Here, the sensitivity ΔR / R indicates the sensitivity of the
上述した式（２）を変形すると、下記の式（３）になり、差圧センサ１１０による差圧検出値ΔＶから、差圧値ΔＰを算出することができる。
When the above equation (2) is modified, the following equation (3) is obtained, and the differential pressure value ΔP can be calculated from the differential pressure detection value ΔV by the
ここで、感度ΔＲ／Ｒ（Ｔｓｅｎ０）は、測定温度Ｔｓｅｎ０における差圧センサ１１０の感度を示し、電圧Ｖ０は、ブリッジ印加電圧Ｖｂとして差圧センサ１１０に供給される電圧を示している。
Here, the sensitivity ΔR / R (Tsen0) indicates the sensitivity of the
再び、図１の説明に戻り、電圧制御部６０は、温度特性記憶部６１と、電圧変更部６２とを備えている。
温度特性記憶部６１は、ブリッジ印加電圧Ｖｂを決定（変更）するために利用される差圧センサ１１０及び温度センサ１２０の各種温度特性情報を記憶する。温度特性記憶部６１は、例えば、図５（ａ）に示す差圧センサ１１０及び温度センサ１２０の発熱特性情報、及び図５（ｂ）に示す温度センサ１２０の温度特性情報（温度Ｔｔｍｐと検出値Ｖｔとの関係を示す特性情報）などを記憶する。
Returning to the description of FIG. 1 again, the
The temperature
電圧変更部６２は、基準電圧生成部３０によって生成された基準電圧を基に、ブリッジ印加電圧Ｖｂを電圧Ｖｍｉｎから電圧Ｖｍａｘの範囲で変更し、温度特性記憶部６１が記憶する温度センサ１２０の温度特性情報に基づいて、温度センサ１２０の温度Ｔｔｍｐが、測定温度Ｔｓｅｎ０（＝Ｔｔｍｐ０）になる電圧Ｖ０を決定する。電圧変更部６２は、決定した電圧Ｖ０をブリッジ印加電圧Ｖｂとして、差圧センサ１１０及び温度センサ１２０に供給する。
The
演算処理部７０は、電圧制御部６０によって所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）になるように変更された電力が供給されて、差圧センサ１１０によって検出された差圧検出値ΔＶを取得する。演算処理部７０は、取得した差圧検出値ΔＶと、所定の温度における差圧センサ１１０の特性情報（例えば、測定温度Ｔｓｅｎ０における差圧センサ１１０の感度ΔＲ／Ｒ）とに基づいて、測定対象圧力の変化を示す情報（例えば、外圧値Ｐｏｕｔ）を生成する。
また、演算処理部７０は、センサ特性記憶部７１と、内圧値記憶部７２と、圧力算出部７３とを備えている。
The
The
センサ特性記憶部７１は、差圧センサ１１０の温度特性などの特性情報を記憶する。センサ特性記憶部７１は、例えば、上述した式（３）における各種パラメータを記憶する。センサ特性記憶部７１は、具体的に、測定温度Ｔｓｅｎ０における差圧センサ１１０の感度ΔＲ／Ｒ、アンプゲインＧなどの情報、及び式（３）に関する情報などを記憶する。
内圧値記憶部７２は、次回の測定時の推定値である内圧値Ｐｉｎを記憶する。
The sensor
The internal pressure
圧力算出部７３は、差圧センサ１１０によって検出された測定温度Ｔｓｅｎ０における差圧検出値ΔＶを、センサ特性記憶部７１が記憶する差圧センサ１１０の特性情報と、上述した式（３）とに基づいて、差圧値ΔＰに変換する。そして、圧力算出部７３は、内圧値記憶部７２が記憶する内圧値Ｐｉｎと、差圧検出値ΔＶから変換した差圧値ΔＰと、下記の式（４）とに基づいて、外圧値Ｐｏｕｔを算出する。圧力算出部７３は、算出した外圧値Ｐｏｕｔを圧力変化測定装置１の外部に出力する。
The
圧力算出部７３は、算出した外圧値Ｐｏｕｔを新たな内圧値Ｐｉｎとして内圧値記憶部７２に記憶させる。
The
次に、図面を参照して、本実施形態のよる圧力変化測定装置１の動作について説明する。
まず、図６及び図７を参照して、本実施形態による差圧センサ１１０の動作について説明する。
Next, the operation of the pressure
First, the operation of the
図６は、本実施形態による差圧センサ１１０の出力信号の一例を示す図である。また、図７は、本実施形態による差圧センサ１１０の動作の一例を示す図である。
図６（ａ）は、外圧（Ｐｏｕｔ）及び内圧（Ｐｉｎ）の経時変化を示し、図６（ｂ）は差圧センサ１１０の出力信号の経時変化を示している。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an output signal of the
6A shows changes with time in the external pressure (Pout) and the internal pressure (Pin), and FIG. 6B shows changes in the output signal of the
まず、図６（ａ）における期間Ａのように、外圧（Ｐｏｕｔ）と内圧（Ｐｉｎ）とが等しく、差圧（ΔＰ）がゼロである場合には、図７（ａ）に示すように、カンチレバー３は、撓み変形しない。ここで、図６（ａ）における時刻ｔ１以降の期間Ｂのように、例えば、外圧（Ｐｏｕｔ）がステップ状に上昇すると、内圧（Ｐｉｎ）は急激に変化できず、差圧（ΔＰ）が生じるため、図７（ｂ）に示すように、カンチレバー３はキャビティ１０内部に向けて撓み変形する。すると、当該カンチレバー３の撓み変形に応じてドープ層６（抵抗Ｒ１）に応力が加わり、抵抗値が変化するので、図６（ｂ）に示すように、差圧センサ１１０の出力信号がカンチレバー３の撓み量（変位量）に応じて増大する。
First, as shown in FIG. 7A, when the external pressure (Pout) is equal to the internal pressure (Pin) and the differential pressure (ΔP) is zero as in the period A in FIG. The
また、外圧（Ｐｏｕｔ）の上昇以降（時刻ｔ１以降）において、ギャップＧ１を介してキャビティ１０の外部から内部へと圧力伝達媒体が徐々に流動する。このため、図６（ａ）に示すように、内圧（Ｐｉｎ）は、時間の経過とともに外圧（Ｐｏｕｔ）に遅れながら、且つ、外圧（Ｐｏｕｔ）の変動よりも緩やかな応答で上昇する。
その結果、内圧（Ｐｉｎ）が外圧（Ｐｏｕｔ）に徐々に近づくので、カンチレバー３の撓みが徐々に小さくなり、差圧センサ１１０は、図６（ｂ）に示すように、徐々に低下する出力信号を出力する（期間Ｃ）。
Further, after the increase of the external pressure (Pout) (after time t1), the pressure transmission medium gradually flows from the outside to the inside of the
As a result, since the internal pressure (Pin) gradually approaches the external pressure (Pout), the bending of the
そして、図６（ａ）に示す時刻ｔ３以降の期間Ｄのように、内圧（Ｐｉｎ）が外圧（Ｐｏｕｔ）と同じになると、図７（ｃ）に示すように、カンチレバー３の撓み変形が解消され、図７（ａ）に示す初期状態に復帰する。さらに、図６（ｂ）に示すように、差圧センサ１１０の出力信号も期間Ａの初期状態と同値に戻る。ここで、図６（ｂ）の差圧センサ１１０の出力信号の電圧差が、差圧検出値ΔＶに対応する。
When the internal pressure (Pin) becomes the same as the external pressure (Pout) as in the period D after time t3 shown in FIG. 6 (a), the bending deformation of the
なお、差圧センサ１１０の出力信号は、初期状態における基準電圧と、ドープ層６（抵抗Ｒ１）の抵抗変化に基づいて増幅された信号との加算となる。初期状態における基準電圧は、カンチレバー３に加わる差圧（ΔＰ）がゼロの場合の、図１に図示したホイートストンブリッジ回路４１のノードＮ１とノードＮ２との電圧差（電位差）を差動増幅回路４２で増幅した電圧値となる。
The output signal of the
次に、図８を参照して、本実施形態における圧力変化測定装置１の動作について説明する。
図８は、本実施形態における圧力変化測定装置１の動作の一例を示すフローチャートである。
Next, with reference to FIG. 8, operation | movement of the pressure
FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of the pressure
図８に示すように、圧力変化測定装置１は、まず、温度が測定温度Ｔｓｅｎ０になるように、ブリッジ印加電圧Ｖｂを変更する（ステップＳ１０１）。すなわち、電圧制御部６０の電圧変更部６２は、温度センサ１２０の温度Ｔｔｍｐが、測定温度Ｔｓｅｎ０になるブリッジ印加電圧Ｖｂ（＝Ｖ０）を決定する。具体的に、電圧変更部６２は、ブリッジ印加電圧Ｖｂを上述した電圧Ｖｍｉｎから電圧Ｖｍａｘの間で変化させて、温度センサ１２０の検出値Ｖｔを取得し、温度特性記憶部６１が記憶する温度センサ１２０の温度特性情報に基づいて、温度センサ１２０の温度Ｔｔｍｐを算出する。電圧変更部６２は、算出した温度Ｔｔｍｐが測定温度Ｔｓｅｎ０になるように、ブリッジ印加電圧Ｖｂを変化させて、測定温度Ｔｓｅｎ０になるブリッジ印加電圧Ｖｂ（＝Ｖ０）を決定する。なお、電圧変更部６２は、決定したブリッジ印加電圧Ｖｂ（＝Ｖ０）を、差圧センサ１１０と温度センサ１２０との両方に供給する。これにより、差圧センサ１１０は、ジュール熱による自己発熱により、温度が測定温度Ｔｓｅｎ０になる。
As shown in FIG. 8, the pressure
次に、演算処理部７０は、温度が測定温度Ｔｓｅｎ０（＝Ｔｔｍｐ０）における差圧センサ１１０の差圧検出値ΔＶを取得する（ステップＳ１０２）。差圧センサ１１０の差圧検出回路部４０が、キャビティ１０の内圧と外圧との差圧に応じた検出値（差圧検出値ΔＶ）を検出し、演算処理部７０の圧力算出部７３が、差圧検出値ΔＶを取得する。
Next, the
次に、演算処理部７０の圧力算出部７３は、差圧検出値ΔＶと、温度が測定温度Ｔｓｅｎ０における差圧センサ１１０の感度ΔＲ／Ｒとに基づいて、差圧値ΔＰを生成する（ステップＳ１０３）。圧力算出部７３は、差圧検出値ΔＶを、センサ特性記憶部７１が記憶する差圧センサ１１０の特性情報と、上述した式（３）とに基づいて、差圧値ΔＰに変換する。
Next, the
次に、圧力算出部７３は、内圧値Ｐｉｎと差圧値ΔＰとに基づいて測定対象圧力の変化を示す情報（外圧値Ｐｏｕｔ）を算出する（ステップＳ１０４）。圧力算出部７３は、例えば、内圧値記憶部７２が記憶する内圧値Ｐｉｎと、差圧検出値ΔＶから変換した差圧値ΔＰと、下記の式（４）とに基づいて、外圧値Ｐｏｕｔを算出する。圧力算出部７３は、算出した外圧値Ｐｏｕｔを圧力変化測定装置１の外部に出力する。圧力算出部７３は、算出した外圧値Ｐｏｕｔを新たな内圧値Ｐｉｎとして内圧値記憶部７２に記憶させる。圧力算出部７３は、ステップＳ１０４の処理後に、処理を終了する。
Next, the
圧力変化測定装置１は、ステップＳ１０１からステップＳ１０４の処理を定期的に実行し、圧力変化を示す情報（外圧値Ｐｏｕｔ）を測定し、当該圧力変化を示す情報（外圧値Ｐｏｕｔ）を出力する。
The pressure
なお、上述した本実施形態では、供給制御部（電圧制御部６０）が、差圧センサ１１０及び温度センサ１２０に供給する電力の一例として、電圧Ｖｂを変更する例を説明したが、これに限定されるものではい。例えば、供給制御部は、差圧センサ１１０及び温度センサ１２０に供給する電流Ｉｂ（第１の電流Ｉｂｔｍｐ０及び第２の電流Ｉｂｓｅｎ０）を変更するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the supply control unit (voltage control unit 60) changes the voltage Vb as an example of the power supplied to the
以上説明したように、本実施形態による圧力変化測定装置１は、差圧センサ１１０と、温度センサ１２０と、電圧制御部６０（供給制御部）と、演算処理部７０とを備える。差圧センサ１１０は、測定対象圧力を伝達する圧力伝達媒体（例えば、空気）が流入するキャビティ１０と、圧力伝達媒体をキャビティ１０の内外に流通させるギャップＧ１（連通孔）と、を有し、キャビティ１０の内部圧力と測定対象圧力との差圧（ΔＰ）に応じた差圧検出値ΔＶを検出する。温度センサ１２０は、差圧センサ１１０の温度に応じた検出値Ｖｔを検出する。電圧制御部６０は、温度センサ１２０によって検出された検出値Ｖｔに基づいて、差圧センサ１１０の温度が所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）になるように、差圧センサ１１０に供給する電力（例えば、ブリッジ印加電圧Ｖｂ）を変更する。演算処理部７０は、電圧制御部６０によって所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）になるように変更された電力（例えば、ブリッジ印加電圧Ｖｂ）が供給されて、差圧センサ１１０によって検出された差圧検出値ΔＶと、所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）における差圧センサ１１０の特性情報（例えば、感度ΔＲ／Ｒ）とに基づいて、測定対象圧力の変化を示す情報（例えば、外圧値Ｐｏｕｔ）を生成する。
As described above, the pressure
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置１は、周辺温度（Ｔａ）に関係なく、測定温度Ｔｓｅｎ０を一定にして、測定対象圧力の変化を示す情報（例えば、外圧値Ｐｏｕｔ）を測定するため、オフセット電圧のドリフト及び感度の温度による変動を要因とした温度変化による測定誤差を低減することができる。すなわち、本実施形態による圧力変化測定装置１は、測定温度Ｔｓｅｎ０を一定にすることで、オフセット電圧とセンサ感度との両方の温度補償を行うことができる。よって、本実施形態による圧力変化測定装置１は、測定対象の圧力変化を高精度に測定することができる。
Thereby, the pressure
また、本実施形態では、電圧制御部６０は、温度センサ１２０によって検出された検出値に対応する温度が、所定の温度になるように温度センサ１２０に供給する第１の電圧（電圧Ｖｂｔｍｐ）又は第１の電流（電流Ｉｂｔｍｐ）を変更し、差圧センサ１１０に供給する第２の電圧（電圧Ｖｂｓｅｎ）又は第２の電流（電流Ｉｂｓｅｎ）を、変更した電圧Ｖｂｔｍｐ（＝Ｖｂｔｍｐ０）又は電流Ｉｂｔｍｐ（＝Ｉｂｔｍｐ０）と等しい電圧又は電流に変更する。演算処理部７０は、変更された電圧Ｖｂｔｍｐ（＝Ｖｂｔｍｐ０、第２の電圧）又は電流Ｉｂｔｍｐ（＝Ｉｂｔｍｐ０、第２の電流）が供給されて、差圧センサ１１０によって検出された差圧検出値ΔＶと、所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）における差圧センサ１１０の特性情報（例えば、感度ΔＲ／Ｒ）とに基づいて、測定対象圧力の変化を示す情報（例えば、外圧値Ｐｏｕｔ）を生成する。
Further, in the present embodiment, the
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置１は、温度センサ１２０が測定温度Ｔｓｅｎ０になる電圧Ｖｂｔｍｐ０又は電流Ｉｂｔｍｐ０を、差圧センサ１１０に、第２の電圧（電圧Ｖｂｓｅｎ）又は第２の電流（電流Ｉｂｓｅｎ）として供給するという簡易な手法により、差圧センサ１１０を一定の温度である測定温度Ｔｓｅｎ０にすることができる。よって、本実施形態による圧力変化測定装置１は、簡易な手法により、オフセット電圧とセンサ感度との両方の温度補償を行うことができ、測定対象の圧力変化を高精度に測定することができる。
Thereby, the pressure
また、本実施形態では、所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）は、使用温度範囲の最大値（上限温度Ｔａｍａｘ）に、差圧センサ１１０を動作させる最小電力による発熱分αを加算した温度以上に定められている。
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置１は、使用温度範囲に対応した所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）を適切に設定することができる。よって、本実施形態による圧力変化測定装置１は、使用温度範囲内の測定において、測定対象の圧力変化を高精度に測定することができる。
In the present embodiment, the predetermined temperature (measured temperature Tsen0) is determined to be equal to or higher than the temperature obtained by adding the heat generation α due to the minimum power for operating the
Thereby, the pressure
また、本実施形態では、差圧センサ１１０と温度センサ１２０とは、温度特性が同一になるように構成されている。
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置１は、温度センサ１２０に供給する電力と同一の電力を差圧センサ１１０に供給するという簡易な手法により、温度センサ１２０と差圧センサ１１０とを同一の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）にすることができる。
In the present embodiment, the
Thereby, the pressure
また、本実施形態では、差圧センサ１１０は、キャビティ１０を有するセンサ本体２と、ギャップＧ１（連通孔）を除くキャビティ１０の開口面を塞ぐように基端部３ｂから先端部３ａに向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ１０の内部と外部との圧力差（ΔＰ）に応じて撓み変形するカンチレバー３と、差圧検出回路部４０とを備えている。差圧検出回路部４０は、カンチレバー３の撓み変形に応じた基端部３ｂの抵抗変化（抵抗Ｒ１の抵抗変化）に基づいて、差圧検出値ΔＶを検出する。
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置１では、カンチレバー３の撓み変形に応じた抵抗変化に基づいて、差圧センサ１１０が、キャビティ１０の内部圧力と測定対象圧力との差圧をより正確に検出することができる。なお、半導体プロセス技術によりカンチレバー３を形成できるので、本実施形態による圧力変化測定装置１では、カンチレバー３を非常に薄型化（例えば数十から数百ｎｍ厚）することができる。よって、本実施形態による圧力変化測定装置１では、微小な圧力変動の検出を精度よく行うことができる。
In the present embodiment, the
Thereby, in the pressure
また、本実施形態では、差圧センサ１１０は、カンチレバー３と同一材質及び同一形状になるように構成されたレバー部４を有するレファレンス部１１２を有し、差圧検出回路部４０は、カンチレバー３の基端部３ｂの抵抗を含む検出抵抗Ｒ１と、レバー部４の基端部の抵抗を含む参照抵抗Ｒ２とを有するホイートストンブリッジ回路４１を備える。
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置１では、差圧センサ１１０は、抵抗Ｒ１（検出抵抗Ｒｓｅｎ）と、抵抗Ｒ２（参照抵抗Ｒｒｅｆ）とが同一材質及び同一形状になるため、外部からの電磁ノイズ（例えば、コモンノイズ）や温度変化の影響をさらに低減することができる。よって、本実施形態による圧力変化測定装置１は、測定対象の圧力変化をさらに高精度に測定することができる。
In the present embodiment, the
Thereby, in the pressure
また、本実施形態による圧力変化測定方法は、測定対象圧力を伝達する圧力伝達媒体が流入するキャビティ１０と、圧力伝達媒体をキャビティ１０の内外に流通させるギャップＧ１（連通孔）と、を有し、キャビティ１０の内部圧力と測定対象圧力との差圧に応じた差圧検出値を検出する差圧センサ１１０を利用した圧力変化測定方法であって、供給制御ステップと、演算処理ステップとを含む。供給制御ステップにおいて、電圧制御部（供給制御部）６０が、差圧センサ１１０の温度に応じた検出値を検出する温度センサ１２０によって検出された検出値に基づいて、差圧センサ１１０の温度Ｔｓｅｎが所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）になるように、差圧センサ１１０に供給する電力（例えば、電圧Ｖｂｓｅｎ）を変更する。演算処理ステップにおいて、演算処理部７０が、供給制御ステップによって所定の温度になるように変更された電力が供給されて、差圧センサ１１０によって検出された差圧検出値ΔＶと、所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）における差圧センサ１１０の特性情報（例えば、感度ΔＲ／Ｒ）とに基づいて、測定対象圧力の変化を示す情報（例えば、外圧値Ｐｏｕｔ）を生成する。
これにより、本実施形態による圧力変化測定方法は、上述した圧力変化測定装置１と同様に、測定対象の圧力変化を高精度に測定することができる。
Further, the pressure change measuring method according to the present embodiment includes the
Thereby, the pressure change measuring method by this embodiment can measure the pressure change of a measuring object with high precision similarly to the pressure
［第２の実施形態］
次に、図面を参照して、第２の実施形態による圧力変化測定装置１ａについて説明する。
上述した第１の実施形態では、電圧制御部６０が、差圧センサ１１０と温度センサ１２０とに同一の電圧Ｖｂを供給する例を説明したが、本実施形態では、温度センサ１２０に固定の電圧Ｖｂｔｍｐを供給し、差圧センサ１１０に供給する電圧Ｖｂｓｅｎを変更して、測定温度Ｔｓｅｎ０にする一例を説明する。
[Second Embodiment]
Next, a pressure
In the first embodiment described above, an example in which the
図９は、第２の実施形態による圧力変化測定装置１ａの一例を示す機能ブロック図である。
図９に示すように、圧力変化測定装置１ａは、差圧センサ１１０と、温度センサ１２０と、基準電圧生成部３０ａと、電圧制御部６０ａと、演算処理部７０とを備えている。
この図において、図１と同一の構成には同一の符号を付与し、その説明を省略する。また、本実施形態におけるセンサチップ１００の構成は、上述した図２〜図４と同様である。
FIG. 9 is a functional block diagram showing an example of the pressure
As shown in FIG. 9, the pressure
In this figure, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The configuration of the
基準電圧生成部３０ａは、差圧センサ１１０に供給する電圧（ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ）を生成するための基準電圧を生成するとともに、温度センサ１２０に供給する電圧（ブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐ）を生成する。基準電圧生成部３０ａは、固定のブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐを温度センサ１２０に供給する。
The reference
電圧制御部６０ａ（供給制御部の一例）は、温度センサ１２０によって検出された検出値Ｖｔに基づいて、差圧センサ１１０の温度が所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）になるように、差圧センサ１１０に供給する電力（例えば、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ）を変更する。電圧制御部６０ａは、例えば、予め定められたブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐ（第１の電圧）を温度センサ１２０に供給して検出された検出値Ｖｔに基づいて、差圧センサ１１０の温度Ｔｔｍｐが所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）になるように、差圧センサ１１０に供給するブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ（第２の電圧）を変更する。なお、電圧制御部６０ａは、基準電圧生成部３０ａによって生成された基準電圧を基に、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ（第２の電圧）を生成し、差圧センサ１１０に供給する。
ここで、図１０を参照して、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎを変更することにより、差圧センサ１１０を温度補償する本実施形態の原理について説明する。
The
Here, with reference to FIG. 10, the principle of the present embodiment in which the temperature of the
図１０は、本実施形態における差圧センサ１１０の温度補償の原理を説明する図である。
図１０（ａ）は、温度センサ１２０の出力値Ｖｔと、温度センサ１２０の温度との関係（温度センサの発熱特性）を示している。
図１０（ａ）において、グラフの縦軸は、温度センサ１２０の温度Ｔｔｍｐを示し、横軸は、温度センサ１２０の出力値Ｖｔを示している。なお、上述したように、温度センサ１２０のブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐは、固定の値である。
FIG. 10 is a diagram illustrating the principle of temperature compensation of the
FIG. 10A shows the relationship between the output value Vt of the
In FIG. 10A, the vertical axis of the graph represents the temperature Ttmp of the
また、波形Ｗ５は、温度センサ１２０に供給する電圧がブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐである場合における温度センサ１２０の温度Ｔｔｍｐの温度特性を示し、波形Ｗ６は、温度センサ１２０に供給する電圧がブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐである場合における自己発熱から逆算した周辺温度Ｔａの特性を示している。
ここで、波形Ｗ５及び波形Ｗ６の特性を用いて、温度センサ１２０の検出値Ｖｔ１から周辺温度Ｔａ１及び温度センサ１２０の温度Ｔｔｍｐ１を求めることが可能である。また、図１０（ａ）に示す特性から、周辺温度Ｔａは下記の式（５）で表すことができる。
A waveform W5 shows the temperature characteristics of the temperature Ttmp of the
Here, it is possible to obtain the ambient temperature Ta1 and the temperature Ttmp1 of the
ここで、ａ１及びｂ１は、係数を示している。
また、図１０（ｂ）は、差圧センサ１１０のブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎと、差圧センサ１１０の温度Ｔｓｅｎとの関係（差圧センサ１１０の発熱特性）を示している。
図１０（ｂ）において、グラフの縦軸は、差圧センサ１１０の温度Ｔｓｅｎを示し、横軸は、差圧センサ１１０のブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎを示している。また、波形Ｗ７は、周辺温度Ｔａ１である場合における差圧センサ１１０の発熱特性を示している。
ここで、差圧センサ１１０の温度Ｔｓｅｎと、差圧センサ１１０のブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎとは、下記の式（６）により表すことができる。
Here, a 1 and b 1 indicate coefficients.
FIG. 10B shows the relationship between the bridge applied voltage Vbsen of the
In FIG. 10B, the vertical axis of the graph indicates the temperature Tsen of the
Here, the temperature Tsen of the
ここで、ａ２及びｂ２は、係数を示している。
また、式（５）及び式（６）により、差圧センサ１１０の温度Ｔｓｅｎは、下記の式（７）により表すことができる。
Here, a 2 and b 2 indicate coefficients.
Further, the temperature Tsen of the
そして、式（７）を変形した下記の式（８）によって、温度センサ１２０の検出値Ｖｔ及び差圧センサ１１０の温度Ｔｓｅｎから、差圧センサ１１０のブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎを算出することができる。
The bridge applied voltage Vbsen of the
本実施形態では、電圧制御部６０ａは、図１０（ｂ）に示すように、上述した式（８）を利用して、ブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐにより検出された温度センサ１２０の検出値Ｖｔと、測定温度Ｔｓｅｎ０とから、測定温度Ｔｓｅｎ０になる差圧センサ１１０のブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ０を算出する。電圧制御部６０ａは、算出したブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ０を、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎとして、差圧センサ１１０に供給する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 10B, the
これにより、電圧制御部６０ａは、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎを電圧Ｖｂｓｅｎ０に変更することで、差圧センサ１１０の温度を測定温度Ｔｓｅｎ０にすることができる。この状態で、差圧センサ１１０による差圧検出値を検出することにより、差圧センサ１１０は、常に同一の温度で差圧検出値ΔＶを検出することになり、差圧センサ１１０の差圧検出値ΔＶの温度による変化を考慮する必要がなくなる。
Accordingly, the
再び、図９の説明に戻り、電圧制御部６０ａは、温度特性記憶部６１ａと、電圧変更部６２ａとを備えている。
温度特性記憶部６１ａは、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎを決定（変更）するために利用される差圧センサ１１０及び温度センサ１２０の各種温度特性情報を記憶する。温度特性記憶部６１ａは、例えば、図１０（ａ）に示すブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐにおける温度センサ１２０の発熱特性情報、及び図１０（ｂ）に示す差圧センサ１１０の発熱特性情報などを記憶する。温度特性記憶部６１ａは、例えば、上述した式（８）における各種パラメータを記憶する。温度特性記憶部６１ａは、具体的に、係数ａ１、係数ａ２、係数ｂ１、係数ｂ２などの情報、及び式（８）に関する情報などを記憶する。
Returning to the description of FIG. 9 again, the
The temperature
電圧変更部６２ａは、基準電圧生成部３０ａから温度センサ１２０に供給されたブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐに対する温度センサ１２０の検出値Ｖｔを取得する。電圧変更部６２ａは、取得した検出値Ｖｔと、ブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐ（第１の電圧）における温度センサ１２０の温度特性情報と、差圧センサ１１０の発熱特性情報とに基づいて、差圧センサ１１０の温度が所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）になるように、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎを変更する。すなわち、電圧変更部６２ａは、取得した検出値Ｖｔと、温度特性記憶部６１ａが記憶する係数ａ１、係数ａ２、係数ｂ１、係数ｂ２などの情報（温度センサ１２０の温度特性情報及び差圧センサ１１０の発熱特性情報）と、式（８）とに基づいて、測定温度Ｔｓｅｎ０になるブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ０を算出する。そして、電圧変更部６２ａは、算出したブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ０を、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎとして、差圧センサ１１０に供給する。
The
次に、図面を参照して、本実施形態における圧力変化測定装置１ａの動作について説明する。
なお、本実施形態による差圧センサ１１０の動作については、図６及び図７を参照して説明した第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。
また、図１１は、本実施形態における圧力変化測定装置１ａの動作の一例を示すフローチャートである。
Next, the operation of the pressure
The operation of the
Moreover, FIG. 11 is a flowchart which shows an example of operation | movement of the pressure
図１１に示すように、圧力変化測定装置１ａは、まず、ブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐを供給して温度センサ１２０の検出値Ｖｔを取得する（ステップＳ２０１）。圧力変化測定装置１ａの基準電圧生成部３０ａは、温度センサ１２０に供給するブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐを供給し、電圧制御部６０ａの電圧変更部６２ａは、温度センサ１２０の検出値Ｖｔを取得する。
As shown in FIG. 11, the pressure
次に、電圧変更部６２ａは、検出値Ｖｔと、温度センサ１２０の温度特性情報と、差圧センサ１１０の発熱特性情報とに基づいて、差圧センサ１１０の温度Ｔｓｅｎが測定温度Ｔｓｅｎ０になる差圧センサ１１０のブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ０を決定する（ステップＳ２０２）。電圧変更部６２ａは、例えば、取得した検出値Ｖｔと、温度特性記憶部６１ａが記憶する係数ａ１、係数ａ２、係数ｂ１、係数ｂ２などの情報（温度センサ１２０の温度特性情報及び差圧センサ１１０の発熱特性情報）と、式（８）とに基づいて、測定温度Ｔｓｅｎ０になるブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ０を算出し、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎを決定する。
Next, the
次に、電圧変更部６２ａは、温度Ｔｓｅｎが測定温度Ｔｓｅｎ０になるブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ０を差圧センサ１１０に供給する（ステップＳ２０３）。電圧変更部６２ａは、例えば、式（８）により算出したブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ０を、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎとして、差圧センサ１１０に供給する。
続く、ステップＳ２０４からステップＳ２０６の処理は、上述した図８に示すステップＳ１０２からステップＳ１０４の処理と同様であるので、その説明を省略する。
圧力変化測定装置１ａは、ステップＳ２０１からステップＳ２０６の処理を定期的に実行し、圧力変化を示す情報（外圧値Ｐｏｕｔ）を測定し、当該圧力変化を示す情報（外圧値Ｐｏｕｔ）を出力する。
Next, the
The subsequent processing from step S204 to step S206 is the same as the processing from step S102 to step S104 shown in FIG.
The pressure
なお、上述した本実施形態では、供給制御部（電圧制御部６０ａ）が、差圧センサ１１０及び温度センサ１２０に供給する電力の一例として、電圧Ｖｂを変更する例を説明したが、これに限定されるものではい。例えば、供給制御部は、差圧センサ１１０及び温度センサ１２０に供給する電流Ｉｂ（第１の電流Ｉｂｔｍｐ０及び第２の電流Ｉｂｓｅｎ０）を変更するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the supply control unit (
以上説明したように、本実施形態による圧力変化測定装置１ａでは、電圧制御部６０ａは、予め定められた第１の電圧（電圧Ｖｂｔｍｐ）又は第１の電流（電流Ｉｂｔｍｐ）を温度センサ１２０に供給して検出された検出値Ｖｔに基づいて、差圧センサ１１０の温度が所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）になるように、差圧センサ１１０に供給する第２の電圧（電圧Ｖｂｓｅｎ）又は第２の電流（電流Ｉｂｓｅｎ）を変更する。演算処理部７０は、変更された第２の電圧（電圧Ｖｂｓｅｎ）又は第２の電流（電流Ｉｂｓｅｎ）が供給されて、差圧センサ１１０によって検出された差圧検出値ΔＶと、所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）における差圧センサ１１０の特性情報（例えば、感度ΔＲ／Ｒ）とに基づいて、測定対象圧力の変化を示す情報（例えば、外圧値Ｐｏｕｔ）を生成する。
As described above, in the pressure
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置１ａは、予め定められた第１の電圧（電圧Ｖｂｔｍｐ）又は第１の電流（電流Ｉｂｔｍｐ）を温度センサ１２０に供給して検出された検出値Ｖｔに基づいて算出した第２の電圧（電圧Ｖｂｓｅｎ）又は電流Ｉｂｓｅｎ（第２の電流）を、差圧センサ１１０に供給するという簡易な手法により、差圧センサ１１０を一定の温度である測定温度Ｔｓｅｎ０にすることができる。よって、本実施形態による圧力変化測定装置１ａは、簡易な手法により、オフセット電圧とセンサ感度との両方の温度補償を行うことができ、測定対象の圧力変化を高精度に測定することができる。
As a result, the pressure
また、本実施形態では、電圧制御部６０ａは、検出値Ｖｔと、第１の電圧（電圧Ｖｂｔｍｐ）又は第１の電流（電流Ｉｂｔｍｐ）における温度センサ１２０の温度特性情報と、差圧センサ１１０の発熱特性情報とに基づいて、差圧センサ１１０の温度Ｔｓｅｎが所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）になるように、第２の電圧（電圧Ｖｂｓｅｎ）又は第２の電流（電流Ｉｂｓｅｎ）を変更する。
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置１ａは、簡易な手法により、測定対象の圧力変化を高精度に測定することができる。
In the present embodiment, the
Thereby, the pressure
［第３の実施形態］
次に、図面を参照して、第３の実施形態による圧力変化測定装置１ｂについて説明する。
上述した第１の実施形態では、電圧制御部６０が、差圧センサ１１０と温度センサ１２０とに同一の電圧Ｖｂを供給する例を説明したが、本実施形態では、温度センサ１２０及び差圧センサ１１０に供給する電圧を変更するとともに、温度センサ１２０と差圧センサ１１０とに異なる電圧を供給して、測定温度Ｔｓｅｎ０にする一例を説明する。なお、本実施形態では、温度センサ１２０の温度特性と、差圧センサ１１０の温度特性とが一致しない場合の一例である。
[Third Embodiment]
Next, a pressure
In the first embodiment, the example in which the
図１２は、第３の実施形態による圧力変化測定装置１ｂの一例を示す機能ブロック図である。
図１２に示すように、圧力変化測定装置１ｂは、差圧センサ１１０と、温度センサ１２０と、基準電圧生成部３０と、電圧制御部６０ｂと、演算処理部７０とを備えている。
この図において、図１と同一の構成には同一の符号を付与し、その説明を省略する。また、本実施形態におけるセンサチップ１００の構成は、上述した図２〜図４と同様である。
FIG. 12 is a functional block diagram showing an example of the pressure
As shown in FIG. 12, the pressure
In this figure, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The configuration of the
電圧制御部６０ｂ（供給制御部の一例）は、温度センサ１２０によって検出された検出値Ｖｔに対応する温度Ｔｔｍｐが、所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）になるように温度センサ１２０に供給するブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐ（第１の電圧）を変更する。電圧制御部６０ｂは、変更したブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐ（＝Ｖｂｔｍｐ０）を、温度センサ１２０の発熱特性情報と、差圧センサ１１０の発熱特性情報とに基づいて、補正した電圧に、差圧センサ１１０に供給するブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ（第２の電圧）を変更する。
ここで、図１３を参照して、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎを変更することにより、差圧センサ１１０を温度補償する本実施形態の原理について説明する。
The
Here, with reference to FIG. 13, the principle of the present embodiment in which the temperature of the
図１３は、本実施形態における差圧センサ１１０の温度補償の原理を説明する図である。図１３は、差圧センサ１１０及び温度センサ１２０の発熱特性を示している。
図１３において、グラフの縦軸は、差圧センサ１１０の温度Ｔｓｅｎ（又は、温度センサ１２０の温度Ｔｔｍｐ）を示し、横軸は、差圧センサ１１０及び温度センサ１２０のブリッジ印加電圧（Ｖｂｓｅｎ、Ｖｂｔｍｐ）を示している。なお、本実施形態では、図１３に示すように、差圧センサ１１０の発熱特性と、温度センサ１２０の発熱特性とが異なる場合の一例である。
FIG. 13 is a diagram for explaining the principle of temperature compensation of the
In FIG. 13, the vertical axis of the graph represents the temperature Tsen of the differential pressure sensor 110 (or the temperature Ttmp of the temperature sensor 120), and the horizontal axis represents the bridge applied voltages (Vbsen, Vbtmp) of the
また、波形Ｗ８は、差圧センサ１１０の発熱特性を示しており、波形Ｗ９は、温度センサ１２０の発熱特性を示している。
図１３に示す発熱特性により、差圧センサ１１０の温度Ｔｓｅｎ及び温度センサ１２０の温度Ｔｔｍｐは、下記の式（９）により表すことができる。
A waveform W8 indicates the heat generation characteristic of the
Due to the heat generation characteristics shown in FIG. 13, the temperature Tsen of the
ここで、ａ２及びｂ２は、差圧センサ１１０における係数を示し、ａ３及びｂ３は、温度センサ１２０における係数を示している。
また、式（９）から、温度Ｔｓｅｎと温度Ｔｔｍｐが等しくなるブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐと、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎとの関係は、下記の式（１０）により表すことができる。
Here, a 2 and b 2 indicate coefficients in the
Further, from the equation (9), the relationship between the bridge applied voltage Vbtmp at which the temperature Tsen and the temperature Ttmp are equal and the bridge applied voltage Vbsen can be expressed by the following equation (10).
すなわち、式（１０）によって、温度センサ１２０のブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐから、差圧センサ１１０のブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎを算出することができる。
本実施形態では、電圧制御部６０ｂは、図１３に示すように、上述した式（１０）を利用して、測定温度Ｔｓｅｎ０と等しくなる温度センサ１２０のブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐから、測定温度Ｔｓｅｎ０になる差圧センサ１１０のブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ０を算出する。電圧制御部６０ｂは、算出したブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ０を、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎとして、差圧センサ１１０に供給する。
In other words, the bridge application voltage Vbsen of the
In the present embodiment, as shown in FIG. 13, the
これにより、電圧制御部６０ｂは、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎを電圧Ｖｂｓｅｎ０に変更することで、差圧センサ１１０の温度を測定温度Ｔｓｅｎ０にすることができる。この状態で、差圧センサ１１０による差圧検出値を検出することにより、差圧センサ１１０は、常に同一の温度で差圧検出値ΔＶを検出することになり、差圧センサ１１０の差圧検出値ΔＶの温度による変化を考慮する必要がなくなる。
Thereby, the
再び、図１２の説明に戻り、電圧制御部６０ｂは、温度特性記憶部６１ｂと、電圧変更部６２ｂとを備えている。
温度特性記憶部６１ｂは、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎを決定（変更）するために利用される差圧センサ１１０及び温度センサ１２０の各種温度特性情報を記憶する。温度特性記憶部６１ｂは、例えば、図１３に示す差圧センサ１１０及び温度センサ１２０の発熱特性情報など、及び温度センサ１２０の温度特性情報（温度Ｔｔｍｐと検出値Ｖｔとの関係を示す特性情報）を記憶する。温度特性記憶部６１ｂは、例えば、上述した式（１０）における各種パラメータを記憶する。温度特性記憶部６１ｂは、具体的に、係数ａ２、係数ａ３、係数ｂ２、係数ｂ３などの情報、及び式（１０）に関する情報などを記憶する。
Returning to the description of FIG. 12 again, the
The temperature
電圧変更部６２ｂは、基準電圧生成部３０によって生成された基準電圧を基に、ブリッジ印加電圧Ｖｂを電圧Ｖｍｉｎから電圧Ｖｍａｘの範囲で変更し、温度特性記憶部６１ｂが記憶する温度センサ１２０の温度特性情報に基づいて、温度センサ１２０の温度Ｔｔｍｐが、測定温度Ｔｓｅｎ０（＝Ｔｔｍｐ０）になるブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐを決定する。電圧変更部６２ｂは、決定したブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐから、差圧センサ１１０を測定温度Ｔｓｅｎ０（＝Ｔｔｍｐ０）にするためのブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎを、上述した式（１０）により算出する。なお、算出されたブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎは、差圧センサ１１０が測定温度Ｔｓｅｎ０になるように、補正した電圧に対応する。
The
具体的に、電圧変更部６２ｂは、測定温度Ｔｓｅｎ０（＝Ｔｔｍｐ０）になるブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐと、温度特性記憶部６１ｂが記憶する係数ａ２、係数ａ３、係数ｂ２、係数ｂ３などの情報（温度センサ１２０及び差圧センサ１１０の発熱特性情報）と、式（１０）とに基づいて、測定温度Ｔｓｅｎ０になるブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ０を算出する。そして、電圧変更部６２ｂは、算出したブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ０を、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎとして、差圧センサ１１０に供給する。
Specifically, the
次に、図面を参照して、本実施形態における圧力変化測定装置１ｂの動作について説明する。
なお、本実施形態による差圧センサ１１０の動作については、図６及び図７を参照して説明した第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。
また、図１４は、本実施形態における圧力変化測定装置１ｂの動作の一例を示すフローチャートである。
Next, the operation of the pressure
The operation of the
Moreover, FIG. 14 is a flowchart which shows an example of operation | movement of the pressure
図１４に示すように、圧力変化測定装置１ｂは、まず、温度が測定温度Ｔｓｅｎ０になるように、ブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐを変更する（ステップＳ３０１）。すなわち、電圧制御部６０ｂの電圧変更部６２ｂは、温度センサ１２０の温度Ｔｔｍｐが、測定温度Ｔｓｅｎ０になるブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐ（＝Ｖｂｔｍｐ０）を決定する。具体的に、電圧変更部６２ｂは、ブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐを上述した電圧Ｖｍｉｎから電圧Ｖｍａｘの間で変化させて、温度センサ１２０の検出値Ｖｔを取得し、温度特性記憶部６１ｂが記憶する温度センサ１２０の温度特性情報に基づいて、温度センサ１２０の温度Ｔｔｍｐを算出する。電圧変更部６２ｂは、算出した温度Ｔｔｍｐが測定温度Ｔｓｅｎ０になるように、ブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐを変化させて、測定温度Ｔｓｅｎ０になるブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐ（＝Ｖｂｔｍｐ０）を決定する。
As shown in FIG. 14, the pressure
次に、電圧変更部６２ｂは、変更したブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐ（＝Ｖｂｔｍｐ０）と、温度センサ１２０の発熱特性情報と、差圧センサ１１０の発熱特性情報とに基づいて、差圧センサ１１０が測定温度Ｔｓｅｎ０になるように、差圧センサ１１０のブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎを変更する（ステップＳ３０２）。すなわち、電圧変更部６２ｂは、決定した測定温度Ｔｓｅｎ０になるブリッジ印加電圧Ｖｂｔｍｐと、温度特性記憶部６１ｂが記憶する係数ａ２、係数ａ３、係数ｂ２、係数ｂ３などの情報と、式（１０）とに基づいて、測定温度Ｔｓｅｎ０になるブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ０を算出する。電圧変更部６２ｂは、算出したブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎ０に、ブリッジ印加電圧Ｖｂｓｅｎを変更する。
Next, the
続く、ステップＳ３０２からステップＳ３０５の処理は、上述した図８に示すステップＳ１０２からステップＳ１０４の処理と同様であるので、その説明を省略する。
圧力変化測定装置１ｂは、ステップＳ３０１からステップＳ３０５の処理を定期的に実行し、圧力変化を示す情報（外圧値Ｐｏｕｔ）を測定し、当該圧力変化を示す情報（外圧値Ｐｏｕｔ）を出力する。
The subsequent processing from step S302 to step S305 is the same as the processing from step S102 to step S104 shown in FIG. 8 described above, and a description thereof will be omitted.
The pressure
なお、上述した本実施形態では、供給制御部（電圧制御部６０ｂ）が、差圧センサ１１０及び温度センサ１２０に供給する電力の一例として、電圧Ｖｂｔｍｐ及び電圧Ｖｂｓｅｎを変更する例を説明したが、これに限定されるものではい。例えば、供給制御部は、差圧センサ１１０及び温度センサ１２０に供給する電流Ｉｂｔｍｐ（第１の電流）及び電流Ｉｂｓｅｎ（第２の電流）を変更するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the supply control unit (
以上説明したように、本実施形態による圧力変化測定装置１ｂでは、電圧制御部６０ｂは、温度センサ１２０によって検出された検出値Ｖｔに対応する温度が、所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）になるように、温度センサ１２０に供給する第１の電圧（電圧Ｖｂｓｔｍｐ）又は第１の電流（電流Ｉｂｔｍｐ）を変更する。電圧制御部６０ｂは、変更した第１の電圧（電圧Ｖｂｔｍｐ）又は第１の電流（電流Ｉｂｔｍｐ）を、温度センサ１２０の発熱特性情報と、差圧センサ１１０の発熱特性情報とに基づいて、補正した電圧（電圧Ｖｂｓｅｎ０）又は電流（電流Ｉｂｓｅｎ０）を決定する。電圧制御部６０ｂは、補正した電圧（電圧Ｖｂｓｅｎ０）又は電流（電流Ｉｂｓｅｎ０）に、差圧センサ１１０に供給する第２の電圧（電圧Ｖｂｓｅｎ）又は第２の電流（電流Ｉｂｓｅｎ）を変更する。演算処理部７０は、変更された第２の電圧（電圧Ｖｂｓｅｎ）又は第２の電流（電流Ｉｂｓｅｎ）が供給されて、差圧センサ１１０によって検出された差圧検出値ΔＶと、所定の温度（測定温度Ｔｓｅｎ０）における差圧センサ１１０の特性情報（例えば、感度ΔＲ／Ｒ）とに基づいて、測定対象圧力の変化を示す情報（例えば、外圧値Ｐｏｕｔ）を生成する。
As described above, in the pressure
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置１ｂは、温度センサ１２０を測定温度Ｔｓｅｎ０になるように変更した第１の電圧（電圧Ｖｂｔｍｐ）又は第１の電流（電流Ｉｂｔｍｐ）から、差圧センサ１１０を測定温度Ｔｓｅｎ０にする第２の電圧（電圧Ｖｂｓｅｎ）又は第２の電流（電流Ｉｂｓｅｎ）に変更する。そのため、本実施形態による圧力変化測定装置１ｂは、簡易な手法により、差圧センサ１１０を一定の温度である測定温度Ｔｓｅｎ０にすることができる。よって、本実施形態による圧力変化測定装置１ｂは、簡易な手法により、オフセット電圧とセンサ感度との両方の温度補償を行うことができ、測定対象の圧力変化を高精度に測定することができる。
また、本実施形態による圧力変化測定装置１ｂは、差圧センサ１１０と温度センサ１２０との温度特性（発熱特性）にずれが生じた場合であっても、適切に差圧センサ１１０を測定温度Ｔｓｅｎ０にすることができる。
As a result, the pressure
In addition, the pressure
［第４の実施形態］
次に、図面を参照して、本実施形態による圧力変化測定装置１について説明する。
本実施形態では、上述した第１の実施形態の圧力変化測定装置１が、センサチップ１００の代わりに、レファレンス部１１２と、温度センサ部１２１の構造が異なるセンサチップ１００ａを備える変形例について説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, the pressure
In the present embodiment, a description will be given of a modification in which the pressure
図１５〜図１７を参照して、センサチップ１００ａの構成について説明する。
図１５は、本実施形態におけるセンサチップ１００ａの一例を示す平面図である。また、図１６は、図１５に示すＡ−Ａ線に沿ったセンサチップ１００ａの断面図である。また、図１７は、図１５に示すＢ−Ｂ線に沿ったセンサチップ１００ａの断面図である。
図１５〜図１７において、図２〜図４と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
The configuration of the
FIG. 15 is a plan view showing an example of the
15 to 17, the same components as those in FIGS. 2 to 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図１５〜図１７に示すように、センサチップ１００ａは、差圧センサ部１１１と、レファレンス部１１２ａと、温度センサ部１２１ａとを有している。本実施形態におけるセンサチップ１００ａは、レファレンス部１１２ａが差圧センサ部１１１と同様のキャビティ１０ａを備えている点と、温度センサ部１２１ａが、差圧センサ部１１１及びレファレンス部１１２ａと同一の構造で構成されている点が、第１の実施形態のセンサチップ１００と異なる。
As shown in FIGS. 15 to 17, the
レファレンス部１１２ａは、差圧センサ部１１１と同様の連通開口１１ｂを備えており、連通開口１１ｂによるセンサ本体２の内部空間は、キャビティ１０ｂ（空気室）として機能する。なお、レバー部４は、センサ本体２に固定されており、撓み変形が不可能な構成になっている。
The
温度センサ部１２１ａは、レファレンス部１１２ａと同一の構成であり、キャビティ１０ｃを有するセンサ本体２（本体部）と、カンチレバー３と同一材質及び同一形状になるように、且つ、センサ本体２（本体部）のキャビティ１０ｃを覆うように構成されたレバー部４ａ（温度検出抵抗部）とを備えている。レバー部４ａは、抵抗Ｒ５と同様の抵抗Ｒ５ａ（検出抵抗Ｒｔｍｐ）として機能する。また、温度センサ部１２１ａは、差圧センサ部１１１と同様の連通開口１１ｃを備えており、連通開口１１ｃによるセンサ本体２の内部空間は、キャビティ１０ｃ（空気室）として機能する。
The
また、温度センサ部１２１ａにおいて、ギャップＧ６は、レファレンス部１１２ａのギャップＧ３に対応し、ギャップＧ７は、レファレンス部１１２ａのギャップＧ４に対応する。
なお、温度センサ部１２１ａは、レファレンス部１１２ａ又は差圧センサ部１１１と平面視で９０度回転された向きで配置されている。
本実施形態では、温度センサ部１２１ａは、キャビティ１０ｃを備えることで、熱平衡状態の温度特性だけでなく、熱容量、及び過渡状態の温度特性についても、差圧センサ部１１１に近づけることができる。
In the
The
In the present embodiment, the
以上説明したように、本実施形態では、温度センサ部１２１ａは、キャビティ１０ｃを有するセンサ本体２（本体部）と、カンチレバー３と同一材質及び同一形状になるように、且つ、センサ本体２（本体部）のキャビティ１０ｃを覆うように構成されたレバー部４ａ（温度検出抵抗部）と、レバー部４ａの抵抗変化に基づいて、温度検出値を検出する温度検出回路部５０とを備えている。
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置１は、温度センサ部１２１ａの温度特性（抵抗Ｒ５ａの温度特性）を、熱平衡状態の場合だけでなく、過渡状態の場合についても、差圧センサ部１１１の温度特性（抵抗Ｒ１の温度特性）に近づけることができるため、測定対象の圧力変化をさらに高精度に測定することができる。
As described above, in the present embodiment, the
As a result, the pressure
また、本実施形態では、レファレンス部１１２ａが、差圧センサ部１１１と同様のキャビティ１０ｂを有している。そのため、レファレンス部１１２ａの抵抗Ｒ２（参照抵抗Ｒｒｅｆ）の温度特性を、差圧センサ部１１１の抵抗Ｒ１（検出抵抗Ｒｓｅｎ）の温度特性にさらに近づけることができる。よって、本実施形態による圧力変化測定装置１は、差圧センサ１１０の温度変化による影響をさらに低減することができる。
In the present embodiment, the
なお、上述した本実施形態の一例では、差圧センサ部１１１と、レファレンス部１１２ａと、温度センサ部１２１ａとを異なる向きに配置する例を説明したが、差圧センサ部１１１と、レファレンス部１１２ａと、温度センサ部１２１ａと同一の向きになるように配置してもよい。例えば、差圧センサ部１１１と、レファレンス部１１２ａと、温度センサ部１２１ａとを同一の向きにして、差圧センサ部１１１、温度センサ部１２１ａ、及びレファレンス部１１２ａの順に、Ｘ軸方向に並べて配置するようにしてもよい。
これにより、センサチップ１００ａは、製造装置の向き依存の製造バラツキによる抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、及び抵抗Ｒ５ａのバラツキを低減することができる。
In the example of the present embodiment described above, the example in which the differential
As a result, the
また、上述した本実施形態の一例では、第１の実施形態の圧力変化測定装置１にセンサチップ１００ａを適用する例を説明したが、第２の実施形態の圧力変化測定装置１ａ、及び第３の実施形態の圧力変化測定装置１ｂに、本実施形態のセンサチップ１００ａを適用してもよい。
In the example of the present embodiment described above, the example in which the
［第５の実施形態］
次に、図面を参照して、本実施形態による圧力変化測定装置１ｃについて説明する。
本実施形態では、上述した第１の実施形態の圧力変化測定装置１が、センサチップ１００の代わりに、レファレンス部１１２と、温度センサ部１２１の構造が異なり、且つ、温度レファレンス部１２２を有するセンサチップ１００ｂを備える変形例について説明する。
[Fifth Embodiment]
Next, the pressure
In the present embodiment, the pressure
図１８は、第５の実施形態による圧力変化測定装置１ｃの一例を示す機能ブロック図である。
図１８に示すように、圧力変化測定装置１ｃは、差圧センサ１１０と、温度センサ１２０ａと、基準電圧生成部３０と、電圧制御部６０と、演算処理部７０とを備えている。
この図において、図１と同一の構成には同一の符号を付与し、その説明を省略する。
FIG. 18 is a functional block diagram showing an example of a pressure
As illustrated in FIG. 18, the pressure
In this figure, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
温度センサ１２０ａは、例えば、差圧センサ１１０の温度（例えば、周辺温度）に応じた検出値を検出する。なお、温度センサ１２０ａは、差圧センサ１１０と温度特性が等しくなるように構成されており、検出値を検出する温度検出回路部５０ａを備えている。
温度検出回路部５０ａは、ホイートストンブリッジ回路５１ａと、差動増幅回路５２とを備えている。
ホイートストンブリッジ回路５１ａは、温度センサ部１２１ｂが有する抵抗Ｒ５ａ（検出抵抗Ｒｔｍｐ）と、温度レファレンス部１２２が有する抵抗Ｒ６ａと、抵抗Ｒ７と、抵抗Ｒ８とを備えている。
For example, the
The temperature
The Wheatstone bridge circuit 51a includes a resistor R5a (detection resistor Rtmp) included in the
抵抗Ｒ５ａ（検出抵抗Ｒｔｍｐ）は、第１端がブリッジ印加電圧Ｖｂの供給線に、第２端がノードＮ３に接続されており、差圧センサ１１０の温度に応じて抵抗値が変化する。抵抗Ｒ６ａは、第１端がノードＮ３に、第２端が電源線ＧＮＤに接続されており、センサチップ１００ｂの温度レファレンス部１２２が有する抵抗として構成されている。
The resistor R5a (detection resistor Rtmp) has a first end connected to the supply line of the bridge applied voltage Vb and a second end connected to the node N3, and the resistance value changes according to the temperature of the
なお、本実施形態におけるセンサチップ１００ｂは、差圧センサ部１１１、レファレンス部１１２ａ、温度センサ部１２１ｂ、及び温度レファレンス部１２２を備えており、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ５ａ、及び抵抗Ｒ６ａは、センサチップ１００ｂ内の同一の半導体基板上に構成されている。ここで、図１９〜図２１を参照して、センサチップ１００ｂの構成の詳細について説明する。
The
図１９は、本実施形態におけるセンサチップ１００ｂの一例を示す平面図である。また、図２０は、図１９に示すＡ−Ａ線に沿ったセンサチップ１００ｂの断面図である。また、図２１は、図１９に示すＢ−Ｂ線に沿ったセンサチップ１００ｂの断面図である。
図１９〜図２１において、図１５〜図１７と同一の構成には同一の符号を付与し、その説明を省略する。
FIG. 19 is a plan view showing an example of the
19-21, the same code | symbol is provided to the structure same as FIGS. 15-17, and the description is abbreviate | omitted.
図１９〜２１に示すように、本実施形態のセンサチップ１００ｂは、ＳＯＩ基板５を利用して形成された直方体状の外形を有するセンサ本体２を備え、差圧センサ部１１１と、レファレンス部１１２ａと、温度センサ部１２１ｂと、温度レファレンス部１２２とを備えている。本実施形態におけるセンサチップ１００ｂは、温度センサ部１２１ａを９０度回転させた温度センサ部１２１ｂと、レファレンス部１１２ａと同様の構成の温度レファレンス部１２２とを備える点が、第４の実施形態のセンサチップ１００ａと異なる。
As shown in FIGS. 19 to 21, the
温度センサ部１２１ｂは、レファレンス部１１２ａと同一の構成であり、キャビティ１０ｃを有するセンサ本体２（本体部）と、カンチレバー３と同一材質及び同一形状になるように、且つ、センサ本体２（本体部）のキャビティ１０ｃを覆うように構成されたレバー部４ａ（温度検出抵抗部）とを備えている。レバー部４ａは、抵抗Ｒ５と同様の抵抗Ｒ５ａ（検出抵抗Ｒｔｍｐ）として機能する。また、温度センサ部１２１ｂは、差圧センサ部１１１と同様の連通開口１１ｃを備えており、連通開口１１ｃによるセンサ本体２の内部空間は、キャビティ１０ｃ（空気室）として機能する。
また、温度センサ部１２１ｂにおいて、ギャップＧ６は、レファレンス部１１２ａのギャップＧ３に対応し、ギャップＧ７は、レファレンス部１１２ａのギャップＧ４に対応する。
The
In the
温度レファレンス部１２２は、レファレンス部１１２ａと同一の構成であり、キャビティ１０ｄを有するセンサ本体２（本体部）と、カンチレバー３と同一材質及び同一形状になるように、且つ、センサ本体２（本体部）のキャビティ１０ｄを覆うように構成されたレバー部４ｂ（温度参照抵抗部）とを備えている。レバー部４ｂは、抵抗Ｒ６と同様の抵抗Ｒ６ａとして機能する。また、温度レファレンス部１２２は、差圧センサ部１１１と同様の連通開口１１ｄを備えており、連通開口１１ｄによるセンサ本体２の内部空間は、キャビティ１０ｄ（空気室）として機能する。
また、温度レファレンス部１２２において、ギャップＧ８は、レファレンス部１１２ａのギャップＧ３に対応し、ギャップＧ９は、レファレンス部１１２ａのギャップＧ４に対応する。
The
In the
なお、電極Ｄ４は、抵抗Ｒ５ａ（検出抵抗Ｒｔｍｐ）の第１端として機能し、電極Ｄ５は、抵抗Ｒ５ａ（検出抵抗Ｒｔｍｐ）の第２端、及び抵抗Ｒ６ａの第１端として機能し、差動増幅回路５２の反転入力端子（−端子）が接続される。また、電極Ｄ６は、抵抗Ｒ６ａの第２端として機能し、電源線ＧＮＤに接続される。
本実施形態では、温度センサ部１２１及び温度レファレンス部１２２は、キャビティ１０ｃ及びキャビティ１０ｄを備えることで、熱平衡状態の温度特性だけでなく、熱容量、及び過渡状態の温度特性についても、差圧センサ部１１１に近づけることができる。
また、上述した本実施形態の一例では、第１の実施形態の圧力変化測定装置１にセンサチップ１００ｂを適用する例を説明したが、第２の実施形態の圧力変化測定装置１ａ、及び第３の実施形態の圧力変化測定装置１ｂに、本実施形態のセンサチップ１００ｂを適用してもよい。
The electrode D4 functions as a first end of the resistor R5a (detection resistor Rtmp), and the electrode D5 functions as a second end of the resistor R5a (detection resistor Rtmp) and a first end of the resistor R6a. The inverting input terminal (− terminal) of the
In the present embodiment, the
In the example of the present embodiment described above, the example in which the
［第６の実施形態］
次に、図面を参照して、第６の実施形態による高度測定装置２００について説明する。
図２２は、本実施形態による高度測定装置２００の一例を示す機能ブロック図である。
図２２に示すように、高度測定装置２００は、上述した圧力変化測定装置１（１ａ〜１ｃ）と、高度変換部２１０とを備えている。
[Sixth Embodiment]
Next, an
FIG. 22 is a functional block diagram illustrating an example of the
As shown in FIG. 22, the
高度変換部２１０は、圧力変化測定装置１（１ａ〜１ｃ）から得られた測定対象圧力の変化（例えば、外圧値Ｐｏｕｔ）を高度情報に変換する。例えば、外圧値Ｐｏｕｔは、気圧に相当するため、高度変換部２１０は、気圧の変化を高度の変化に変換した高度情報を出力する。
The
以上説明したように、本実施形態による高度測定装置２００は、圧力変化測定装置１（１ａ〜１ｃ）と、圧力変化測定装置１（１ａ〜１ｃ）から得られた測定対象圧力の変化（例えば、外圧値Ｐｏｕｔ）を高度情報に変換する高度変換部２１０とを備える。
これにより、本実施形態による高度測定装置２００は、上述した測定対象の圧力変化を高精度に測定することができる圧力変化測定装置１（１ａ〜１ｃ）を備えているため、圧力変化測定装置１（１ａ〜１ｃ）と同様の効果を奏し、高度情報の変化を高精度に測定することができる。
As described above, the
Thereby, since the
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の各実施形態において、差圧センサ１１０は、レファレンス部１１２（１１２ａ）を備える例を説明したが、レファレンス部１１２（１１２ａ）を備えずに、抵抗Ｒ２を外付け抵抗により構成してもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified without departing from the spirit of the present invention.
For example, in each of the above embodiments, the
また、上記の各実施形態において、圧力変化測定装置１（１ａ〜１ｃ）が、対象圧力の変化を示す情報として、外圧値Ｐｏｕｔを出力する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、圧力変化測定装置１（１ａ〜１ｃ）は、差圧値ΔＰを、対象圧力の変化を示す情報として出力するようにしてもよい。また、圧力変化測定装置１（１ａ〜１ｃ）は、対象圧力の変化を示す情報を内部に順次記憶するようにしてもよい。 Further, in each of the above embodiments, the example in which the pressure change measuring device 1 (1a to 1c) outputs the external pressure value Pout as information indicating the change in the target pressure has been described, but the present invention is not limited to this. . For example, the pressure change measuring device 1 (1a to 1c) may output the differential pressure value ΔP as information indicating a change in the target pressure. Moreover, you may make it the pressure change measuring apparatus 1 (1a-1c) memorize | store sequentially the information which shows the change of object pressure inside.
また、上記の各実施形態において、温度特性記憶部６１（６１ａ、６１ｂ）及びセンサ特性記憶部７１は、各種変換式における各種パラメータなどの変換式に関する情報を記憶する例を説明したが、これに限定されるものではない。温度特性記憶部６１（６１ａ、６１ｂ）及びセンサ特性記憶部７１は、例えば、各種変換テーブルを記憶するようにしてもよい。
In each of the above embodiments, the temperature characteristic storage unit 61 (61a, 61b) and the sensor
なお、上述した圧力変化測定装置１（１ａ〜１ｃ）が備える電圧制御部６０（６０ａ、６０ｂ）及び演算処理部７０は、内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した電圧制御部６０（６０ａ、６０ｂ）及び演算処理部７０が備える各構成の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上述した電圧制御部６０（６０ａ、６０ｂ）及び演算処理部７０が備える各構成における処理を行ってもよい。ここで、「記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行する」とは、コンピュータシステムにプログラムをインストールすることを含む。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、インターネットやＷＡＮ、ＬＡＮ、専用回線等の通信回線を含むネットワークを介して接続された複数のコンピュータ装置を含んでもよい。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。このように、プログラムを記憶した記録媒体は、ＣＤ−ＲＯＭ等の非一過性の記録媒体であってもよい。
In addition, the voltage control part 60 (60a, 60b) and the
Further, the “computer system” may include a plurality of computer devices connected via a network including a communication line such as the Internet, WAN, LAN, and dedicated line. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. As described above, the recording medium storing the program may be a non-transitory recording medium such as a CD-ROM.
また、記録媒体には、当該プログラムを配信するために配信サーバからアクセス可能な内部又は外部に設けられた記録媒体も含まれる。なお、プログラムを複数に分割し、それぞれ異なるタイミングでダウンロードした後に電圧制御部６０（６０ａ、６０ｂ）及び演算処理部７０が備える各構成で合体される構成や、分割されたプログラムのそれぞれを配信する配信サーバが異なっていてもよい。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ネットワークを介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
The recording medium also includes a recording medium provided inside or outside that is accessible from the distribution server in order to distribute the program. In addition, the program is divided into a plurality of parts and downloaded at different timings, and then each of the constituents included in the voltage control units 60 (60a, 60b) and the
１、１ａ、１ｂ、１ｃ…圧力変化測定装置
２…センサ本体
２ａ…底壁部
２ｂ…周壁部
３…カンチレバー
３ａ…先端部
３ｂ…基端部
４、４ａ、４ｂ…レバー部
５…ＳＯＩ基板
５ａ…シリコン支持層
５ｂ…絶縁層
５ｃ…シリコン活性層
６‥ドープ層（ピエゾ抵抗）
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…キャビティ
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…連通開口
１３…枠部
２０…レバー本体
２１…レバー支持部
３０、３０ａ…基準電圧生成部
４０…差圧検出回路部
４１、５１、５１ａ…ホイートストンブリッジ回路
４２、５２…差動増幅回路
５０、５０ａ…温度検出回路部
６０、６０ａ、６０ｂ…電圧制御部
６１、６１ａ、６１ｂ…温度特性記憶部
６２、６２ａ、６２ｂ…電圧変更部
７０…演算処理部
７１…センサ特性記憶部
７２…内圧値記憶部
７３…圧力算出部
１００、１００ａ、１００ｂ…センサチップ
１１０…差圧センサ
１１１…差圧センサ部
１１２、１１２ａ…レファレンス部
１２０、１２０ａ…温度センサ
１２１、１２１ａ、１２１ｂ…温度センサ部
１２２…温度レファレンス部
２００…高度測定装置
２１０…高度変換部
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６…電極
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ５ａ、Ｒ６、Ｒ６ａ、Ｒ７、Ｒ８…抵抗
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８、Ｇ９…ギャップ
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記差圧センサの温度に応じた検出値を検出する温度センサと、
前記温度センサによって検出された前記検出値に基づいて、前記差圧センサの温度が所定の温度になるように、前記差圧センサに供給する電力を変更する供給制御部と、
前記供給制御部によって前記所定の温度になるように変更された前記電力が供給されて、前記差圧センサによって検出された前記差圧検出値と、前記所定の温度における前記差圧センサの特性情報とに基づいて、前記測定対象圧力の変化を示す情報を生成する演算処理部と
を備えることを特徴とする圧力変化測定装置。 A cavity into which a pressure transmission medium for transmitting a pressure to be measured flows, and a communication hole through which the pressure transmission medium flows into and out of the cavity; and a differential pressure between the internal pressure of the cavity and the pressure to be measured A differential pressure sensor for detecting a corresponding differential pressure detection value;
A temperature sensor for detecting a detection value corresponding to the temperature of the differential pressure sensor;
A supply control unit configured to change the power supplied to the differential pressure sensor based on the detection value detected by the temperature sensor so that the temperature of the differential pressure sensor becomes a predetermined temperature;
The power changed to the predetermined temperature by the supply control unit is supplied, and the differential pressure detection value detected by the differential pressure sensor and the characteristic information of the differential pressure sensor at the predetermined temperature And a calculation processing unit that generates information indicating a change in the pressure to be measured based on the pressure change measuring device.
前記演算処理部は、変更された前記第２の電圧又は前記第２の電流が供給されて、前記差圧センサによって検出された前記差圧検出値と、前記所定の温度における前記差圧センサの特性情報とに基づいて、前記測定対象圧力の変化を示す情報を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力変化測定装置。 The supply control unit changes a first voltage or a first current supplied to the temperature sensor so that a temperature corresponding to the detection value detected by the temperature sensor becomes the predetermined temperature, Changing the second voltage or the second current supplied to the differential pressure sensor to a voltage or current equal to the changed first voltage or the first current;
The arithmetic processing unit is supplied with the changed second voltage or the second current, and detects the differential pressure detection value detected by the differential pressure sensor and the differential pressure sensor at the predetermined temperature. The pressure change measuring device according to claim 1, wherein information indicating a change in the measurement target pressure is generated based on the characteristic information.
前記演算処理部は、変更された前記第２の電圧又は前記第２の電流が供給されて、前記差圧センサによって検出された前記差圧検出値と、前記所定の温度における前記差圧センサの特性情報とに基づいて、前記測定対象圧力の変化を示す情報を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力変化測定装置。 The supply control unit supplies a predetermined first voltage or first current to the temperature sensor, and the temperature of the differential pressure sensor becomes the predetermined temperature based on the detected value detected. Changing the second voltage or the second current supplied to the differential pressure sensor,
The arithmetic processing unit is supplied with the changed second voltage or the second current, and detects the differential pressure detection value detected by the differential pressure sensor and the differential pressure sensor at the predetermined temperature. The pressure change measuring device according to claim 1, wherein information indicating a change in the measurement target pressure is generated based on the characteristic information.
ことを特徴とする請求項３に記載の圧力変化測定装置。 The supply control unit, based on the detected value, temperature characteristic information of the temperature sensor at the first voltage or the first current, and heat generation characteristic information of the differential pressure sensor, The pressure change measuring device according to claim 3, wherein the second voltage or the second current is changed so that the temperature becomes the predetermined temperature.
前記演算処理部は、変更された前記第２の電圧又は前記第２の電流が供給されて、前記差圧センサによって検出された前記差圧検出値と、前記所定の温度における前記差圧センサの特性情報とに基づいて、前記測定対象圧力の変化を示す情報を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力変化測定装置。 The supply control unit changes and changes the first voltage or the first current supplied to the temperature sensor so that the temperature corresponding to the detection value detected by the temperature sensor becomes the predetermined temperature. The first voltage or the first current is supplied to the differential pressure sensor with a corrected voltage or current based on the heat generation characteristic information of the temperature sensor and the heat generation characteristic information of the differential pressure sensor. Changing the second voltage or the second current;
The arithmetic processing unit is supplied with the changed second voltage or the second current, and detects the differential pressure detection value detected by the differential pressure sensor and the differential pressure sensor at the predetermined temperature. The pressure change measuring device according to claim 1, wherein information indicating a change in the measurement target pressure is generated based on the characteristic information.
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の圧力変化測定装置。 6. The predetermined temperature is determined to be equal to or higher than a temperature obtained by adding a heat generated by a minimum power for operating the differential pressure sensor to a maximum value in a use temperature range. The pressure change measuring device according to claim 1.
前記キャビティを有するセンサ本体と、
前記連通孔を除く前記キャビティの開口面を塞ぐように基端部から先端部に向けて一方向に延びる板状であり、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、
前記カンチレバーの撓み変形に応じた前記基端部の抵抗変化に基づいて、前記差圧検出値を検出する差圧検出回路部と
を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の圧力変化測定装置。 The differential pressure sensor is
A sensor body having the cavity;
A cantilever that is plate-shaped extending in one direction from the base end to the tip so as to close the opening surface of the cavity excluding the communication hole, and bends and deforms according to a pressure difference between the inside and the outside of the cavity; ,
The differential pressure detection circuit unit that detects the differential pressure detection value based on a resistance change of the base end portion according to the bending deformation of the cantilever. The pressure change measuring apparatus according to one item.
前記差圧検出回路部は、
前記カンチレバーの基端部の抵抗を含む検出抵抗と、前記レバー部の基端部の抵抗を含む参照抵抗とを有するホイートストンブリッジ回路を備える
ことを特徴とする請求項７に記載の圧力変化測定装置。 The differential pressure sensor has a reference portion having a lever portion configured to be the same material and shape as the cantilever,
The differential pressure detection circuit unit is
The pressure change measuring device according to claim 7, further comprising a Wheatstone bridge circuit having a detection resistance including a resistance of a proximal end portion of the cantilever and a reference resistance including a resistance of a proximal end portion of the lever portion. .
キャビティを有する本体部と、
前記カンチレバーと同一材質及び同一形状になるように、且つ、前記本体部のキャビティを覆うように構成された温度検出抵抗部と、
前記温度検出抵抗部の抵抗変化に基づいて、前記検出値を検出する温度検出回路部と
を備えることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の圧力変化測定装置。 The temperature sensor is
A body having a cavity;
A temperature detecting resistor configured to be the same material and shape as the cantilever and to cover the cavity of the main body;
The pressure change measuring device according to claim 7, further comprising: a temperature detection circuit unit that detects the detection value based on a resistance change of the temperature detection resistor unit.
前記圧力変化測定装置から得られた前記測定対象圧力の変化を高度情報に変換する高度変換部と
を備えることを特徴とする高度測定装置。 The pressure change measuring device according to any one of claims 1 to 8,
An altitude measuring device comprising: an altitude converting unit that converts a change in the measurement target pressure obtained from the pressure change measuring device into altitude information.
供給制御部が、前記差圧センサの温度に応じた検出値を検出する温度センサによって検出された前記検出値に基づいて、前記差圧センサの温度が所定の温度になるように、前記差圧センサに供給する電力を変更する供給制御ステップと、
演算処理部が、前記供給制御ステップによって前記所定の温度になるように変更された前記電力が供給されて、前記差圧センサによって検出された前記差圧検出値と、前記所定の温度における前記差圧センサの特性情報とに基づいて、前記測定対象圧力の変化を示す情報を生成する演算処理ステップと
を含むことを特徴とする圧力変化測定方法。 A cavity into which a pressure transmission medium for transmitting a pressure to be measured flows, and a communication hole through which the pressure transmission medium flows into and out of the cavity; and a differential pressure between the internal pressure of the cavity and the pressure to be measured A pressure change measurement method using a differential pressure sensor that detects a corresponding differential pressure detection value,
Based on the detection value detected by the temperature sensor, the supply control unit detects a detection value corresponding to the temperature of the differential pressure sensor, so that the temperature of the differential pressure sensor becomes a predetermined temperature. A supply control step for changing the power supplied to the sensor;
The arithmetic processing unit is supplied with the electric power changed to the predetermined temperature by the supply control step, and the differential pressure detection value detected by the differential pressure sensor and the difference at the predetermined temperature. And a calculation processing step of generating information indicating a change in the measurement target pressure based on the characteristic information of the pressure sensor.
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