JP4710119B2

JP4710119B2 - センサ回路

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Publication number: JP4710119B2
Application number: JP2000329511A
Authority: JP
Inventors: 靖杉山
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2020-10-27
Also published as: JP2002131159A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力や加速度等の物理量を検出するセンサ回路に関し、例えば、流体等の圧力を検出する圧力センサや加速度センサに適用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のセンサ回路としては、例えば図２の回路図に示されるものがある。
【０００３】
図２のセンサ回路１０１は、歪ゲージＲ１〜Ｒ４を４辺の各々に接続してフルブリッジとしたブリッジ回路１０２で構成されたものである。
【０００４】
ブリッジ回路１０２は、隣接２辺間に接続される４端子Ｖｃｃ，ＧＮＤ，Ｖ＋，Ｖ−の内向かい合う一方の端子Ｖｃｃ，ＧＮＤ間に供給電圧を入力し、他方の端子Ｖ＋，Ｖ−間から物理量の変化による歪に応じた歪ゲージＲ１〜Ｒ４の抵抗値変化に基づく出力電圧を出力する。
【０００５】
このブリッジ回路１０２に用いられる歪ゲージＲ１〜Ｒ４は一般的に３５０Ω又は１２０Ωの抵抗値であり、ブリッジ回路１０２の出力は小さいものである。
【０００６】
このため、ブリッジ回路１０２からの出力は後段で適度な増幅を伴うため、歪がない時のブリッジ回路１０２の出力が零に近いことが要求される。
【０００７】
しかし、歪のない時にブリッジ回路１０２のバランスが失われて出力が零とならない場合があり、歪のない時が零点（出力値が零となる点）となるようなブリッジ回路１０２のバランス調整（零点補償）が必要不可欠である。また、零点は温度により変動するため、その変動も吸収する調整（零点温度補償）が必要である。
【０００８】
しかも、これらの調整は、歪ゲージＲ１〜Ｒ４の抵抗のばらつきが大きく、各ブリッジ回路１０２毎の零点の移動量が異なることから、各センサ回路毎に個別に行う必要があった。
【０００９】
このような調整を行ったセンサ回路としては、図３に示すものがある。
【００１０】
図３のセンサ回路２０１は、まず、図２の状態の４辺の閉じたブリッジ回路２０２に電源から供給電圧を入力し、零点の移動量及び零点の温度による変動量を測定する。
【００１１】
その後、ブリッジ回路２０２の１辺又は２辺の接続を開放し、零点補償として、低抵抗（歪ゲージＲ１〜Ｒ４に対し〜０．２％相当の抵抗値（約数ｍΩ〜０．７Ω程度））の電線（例えば、マンガニン線）をその零点の移動量に応じた長さに切り、その極性に応じたブリッジ回路２０２の１辺にはんだ付けして接続（歪ゲージに対し直列接続）する。
【００１２】
また、零点温度補償として、温度によって抵抗値が変化する低抵抗の電線（例えば、銅線）をその零点の温度による変動量に応じた長さに切り、その極性に応じたブリッジ回路２０２の１辺にはんだ付けして接続（歪ゲージに対し直列接続）し、図３に示すセンサ回路２０１を作成していた。
【００１３】
一方、調整を行ったセンサ回路としては、図３のセンサ回路２０１のようにブリッジ回路２０２の１辺に歪ゲージＲ４，Ｒ１と抵抗Ｒ６，Ｒ５とを直列に接続するだけでなく、図４のセンサ回路３０１のようにブリッジ回路３０２の１辺に歪ゲージＲ４と抵抗Ｒ５とを並列に接続ことも知られている。この図４に示すセンサ回路３０１では、図３の場合と異なり抵抗値が数十ｋΩ〜数百ｋΩの抵抗Ｒ５を並列接続していた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のセンサ回路では、以下のような問題があった。
【００１５】
図３のセンサ回路２０１では、零点補償や零点温度補償を行う時に、一旦閉じているブリッジ回路２０２の辺を開放することや、電線を所定の長さに切り、はんだ付けすることが必要であり、複雑な作業工程のため、手間がかかっていた。また、電線の切断及びはんだ付けでは、抵抗値等がばらつき易く補償精度が安定していなかった。
【００１６】
図４のセンサ回路３０１でも、零点補償や零点温度補償を行う時に、厚膜抵抗の一部をレーザで切除して抵抗値を増加調整するトリミング調整等が必要であり、手間がかかっていた。
【００１７】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、容易に作成でき、補償精度を向上するセンサ回路を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、物理量の変化による歪に応じて抵抗値が変化する歪ゲージを４辺の各々に接続し、隣接２辺間に接続される４端子の内向かい合う一方の端子間に供給電圧を入力し、他方の端子間から出力電圧を出力するブリッジ回路を有するセンサ回路において、零点温度補償用に、温度に応じて抵抗値が変化する感温抵抗と、該感温抵抗と直列接続された所定抵抗値の第１抵抗と、が前記ブリッジ回路のいずれか１辺の歪ゲージに並列接続されると共に、零点補償用に、第２抵抗が前記ブリッジ回路のいずれか１辺の歪ゲージに並列接続されるセンサ回路であって、所定の抵抗設置位置を有すると共に予め前記ブリッジ回路の隣接２辺に対して形成されてどちらの１辺に並列接続するか選択可能な配線を備え、該配線として零点温度補償用配線と零点補償用配線とを有し、前記ブリッジ回路の温度特性の測定結果に基づいて選定した前記感温抵抗及び前記第１抵抗を、前記零点温度補償用配線の所定の抵抗設置位置に設置すると共に、前記零点温度補償用配線を極性の違いに対応して選択した１辺に接続して零点温度補償し、前記零点温度補償用配線を１辺に並列接続した状態での前記ブリッジ回路の出力に基づいて選定した前記第２抵抗を、前記零点補償用配線の所定の抵抗設置位置に設置すると共に、前記零点補償用配線を極性の違いに対応して選択した１辺に接続して零点補償することを特徴とする。
【００１９】
したがって、感温抵抗及び第１抵抗の温度による抵抗値変化で零点の温度による変化を相殺し、ブリッジ回路の零点温度補償ができる。
【００２０】
ここで、直列に並ぶ感温抵抗及び第１抵抗の組み合わせによって、感温抵抗及び第１抵抗の合成抵抗は多種の抵抗値及び見かけ上の温度係数を作り出すことができる。特に、第１抵抗に固定抵抗を用いて、誤差が少ない設定どうりの抵抗値及び見かけ上の温度係数を得ることができる。
【００２１】
このため、補償に必要な抵抗値及び見かけ上の温度係数を満たす感温抵抗及び第１抵抗を選定すればよく、従来のように切断等による抵抗値の調整は必要なくなり、手間がかからず、ブリッジ回路の辺を開放することもなく、センサ回路を容易に作成できると共に、設定どうりの抵抗値及び見かけ上の温度係数を得て、補償精度を向上することができる。
【００２３】
零点補償用に、第２抵抗が前記ブリッジ回路のいずれか１辺の歪ゲージに並列接続されるので、零点の移動量並びに感温抵抗及び第１抵抗を１辺に並列接続して生じた零点のずれ量の合計量を第２抵抗で零点補償でき、補償精度を向上することができる。
【００２５】
所定の抵抗設置位置を有すると共に予め前記ブリッジ回路の隣接２辺に対して形成されてどちらの１辺に並列接続するか選択可能な配線を備えることで、極性変更が選択可能となると共に零点温度補償及び零点補償のため抵抗（感温抵抗、第１抵抗、第２抵抗）の抵抗設置位置が決められており、補償の極性に対応するため２箇所にそれぞれ抵抗設置位置を設ける必要がなくなり省スペース化でき、抵抗を容易に装着できる抵抗設置位置を設けたり、センサ回路を用いたセンサで不必要なスペースに他の部品を配置してセンサの小型化が図れたり、スペースの有効利用ができる。
【００２７】
該配線として零点温度補償用配線と零点補償用配線とを有し、前記ブリッジ回路の温度特性の測定結果に基づいて選定した前記感温抵抗及び前記第１抵抗を、前記零点温度補償用配線の所定の抵抗設置位置に設置すると共に、前記零点温度補償用配線を極性の違いに対応して選択した１辺に接続して零点温度補償し、前記零点温度補償用配線を１辺に並列接続した状態での前記ブリッジ回路の出力に基づいて選定した前記第２抵抗を、前記零点補償用配線の所定の抵抗設置位置に設置すると共に、前記零点補償用配線を極性の違いに対応して選択した１辺に接続して零点補償することで、設定どおりの抵抗値及び見かけ上の温度係数を得て零点温度補償ができ、その後に零点の移動量及び零点温度補償により生じた零点のずれ量について零点補償ができ、センサ回路を容易に作成できると共に補償精度を向上することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２９】
以下に、図１を用いて実施の形態を説明する。図１は実施の形態に係るセンサ回路を示す回路図である。
【００３０】
センサ回路１は、歪ゲージＲ１〜Ｒ４（１２０Ωや３５０Ωの抵抗値）を４辺の各々に接続してフルブリッジとしたブリッジ回路２で構成されたものである。
【００３１】
ブリッジ回路２は、隣接２辺間に接続される４端子Ｖｃｃ，ＧＮＤ，Ｖ＋，Ｖ−の内向かい合う一方の端子Ｖｃｃ，ＧＮＤ間に供給電圧を入力し、他方の端子Ｖ＋，Ｖ−間から物理量の変化による歪に応じた歪ゲージＲ１〜Ｒ４の抵抗値変化に基づく出力電圧を出力する。
【００３２】
本実施の形態のブリッジ回路２には、零点温度補償用配線３が設けられている。
【００３３】
零点温度補償用配線３は、端子ＶｃｃからスイッチＳＷ１を介して、端子Ｖ＋又は端子Ｖ−のどちらかと接続される。つまり、端子Ｖｃｃと端子Ｖ＋とが接続された場合には、歪ゲージＲ４と並列接続され、端子Ｖｃｃと端子Ｖ−とが接続された場合には、歪ゲージＲ１と並列接続される。
【００３４】
この零点温度補償用配線３には、予め設定された抵抗設置位置に、感温抵抗ＴＨＲと第１抵抗としての抵抗Ｒ６が設置される。
【００３５】
感温抵抗ＴＨＲと抵抗Ｒ６は直列接続されており、感温抵抗ＴＨＲは温度に応じて抵抗値が変化するものであり、抵抗Ｒ６は所定抵抗値を有する金属皮膜抵抗等の固定抵抗である。感温抵抗ＴＨＲと抵抗Ｒ６の抵抗値は、（歪ゲージ３５０Ωの時）数百ｋΩ程度である。
【００３６】
零点温度補償用配線３の端子Ｖ＋又は端子Ｖ−のどちらかと接続するためのスイッチＳＷ１は、端子Ｖ＋とつながった接続端子ｃ又は端子Ｖ−とつながった接続端子ｄのどちらかに接続可能に設けられている。
【００３７】
また、ブリッジ回路２には、零点補償用配線４も設けられている。
【００３８】
零点補償用配線４は、零点温度補償用配線３と同様に、端子ＶｃｃからスイッチＳＷ２を介して、端子Ｖ＋又は端子Ｖ−のどちらかと接続される。つまり、端子Ｖｃｃと端子Ｖ＋とが接続された場合には、歪ゲージＲ４と並列接続され、端子Ｖｃｃと端子Ｖ−とが接続された場合には、歪ゲージＲ１と並列接続される。
【００３９】
この零点補償用配線４には、予め設定された抵抗設置位置に、第２抵抗としての抵抗Ｒ５が設置される。抵抗Ｒ５の抵抗値は、（歪ゲージ３５０Ωの時）数百ｋΩ程度である。
【００４０】
零点補償用配線４の端子Ｖ＋又は端子Ｖ−のどちらかと接続するためのスイッチＳＷ２は、端子Ｖ＋とつながった接続端子ａ又は端子Ｖ−とつながった接続端子ｂのどちらかに接続可能に設けられている。
【００４１】
次に、本実施の形態のセンサ回路１で零点温度補償及び零点補償を行う工程を説明する。
【００４２】
まず、ブリッジ回路２に端子Ｖｃｃ，ＧＮＤ間から供給電圧を入力し、端子Ｖ＋，Ｖ−から出力電圧を出力させて、零点の移動量及び零点の温度による変動量（零点温度特性ともいう）を測定する。
【００４３】
その測定結果の零点の温度による変動量を、感温抵抗ＴＨＲ及び抵抗Ｒ６を合成した合成抵抗の温度による抵抗値変化で相殺する感温抵抗ＴＨＲ及び抵抗Ｒ６を選定し、感温抵抗ＴＨＲ及び抵抗Ｒ６を零点温度補償用配線３の所定の抵抗設置位置にはんだ付けする。
【００４４】
ここで、直列に並ぶ感温抵抗ＴＨＲ及び抵抗Ｒ６の組み合わせによって、感温抵抗ＴＨＲ及び抵抗Ｒ６の合成抵抗は多種の抵抗値及び見かけ上の温度係数を作り出すことができる。特に、抵抗Ｒ６に固定抵抗を用いているので、誤差が少ない設定どうりの抵抗値及び見かけ上の温度係数を得ることができる。
【００４５】
このため、感温抵抗ＴＨＲ及び抵抗Ｒ６は、補償に必要な抵抗値及び見かけ上の温度係数を満たすものを選定すればよい。
【００４６】
また、零点の温度による変動量の極性の違いに対応して、スイッチＳＷ１を接続端子ｃ，ｄのどちらか一方に選択させ、はんだ付けする。
【００４７】
これにより、感温抵抗ＴＨＲ及び抵抗Ｒ６を有する零点温度補償用配線３が歪ゲージＲ１，Ｒ４のどちらか一方に並列接続され、ブリッジ回路２の零点温度補償が行われる。
【００４８】
なお、上記の零点温度補償での零点の温度による変動量を感温抵抗ＴＨＲ及び抵抗Ｒ６の合成抵抗の温度による抵抗値変化で相殺することについて詳しく説明する。
【００４９】
抵抗Ｒ６は通常２５ｐｐｍ／℃や５０ｐｐｍ／℃の温度係数であり、感温抵抗ＴＨＲの温度係数（３０００ｐｐｍ／℃以上）と比較して小さく、ほとんど無視できる。
【００５０】
このため、合成抵抗（感温抵抗ＴＨＲ及び抵抗Ｒ６）では、
抵抗値＝ＴＨＲ（感温抵抗ＴＨＲの抵抗値）＋Ｒ６（抵抗Ｒ６の抵抗値）
抵抗値変化＝ΔＴＨＲ
とすることができる。
【００５１】
そして、零点が温度によってプラス側に変動した場合には、Ｒ４（歪ゲージＲ４の抵抗値）がＲ４−ΔＲ４に変化したことと等価になる。
【００５２】
よって、歪ゲージＲ４に合成抵抗を並列接続して零点温度補償すると、常温と温度変化時とで、
1/R4+1/(THR+R6)=1/(R4-ΔR4)+1/(THR+ΔTHR+R6)
が成立する。
【００５３】
この式では、温度変化時のΔＴＨＲの影響度がＲ６の値で変化するので、零点の温度による変動（零点温度特性）の傾きをＲ６の値で変化させることができ、これによって、零点温度補償する（なお、極性が変わった場合には、歪ゲージＲ１を対象とする）。
【００５４】
したがって、抵抗値及び温度係数の異なる感温抵抗ＴＨＲの数が少なくても、安価な抵抗Ｒ６によって見かけ上の温度係数を変更でき、様々なブリッジ回路２の零点温度特性に対応することができる。
【００５５】
次に、測定結果の零点の移動量及び零点温度補償により計算される零点のずれ量の合計量を相殺する抵抗値の抵抗Ｒ５を選定し、抵抗Ｒ５を零点補償用配線４の所定の抵抗設置位置にはんだ付けする。
【００５６】
ここで、零点の移動量及びずれ量の合計量は、ブリッジ回路２に零点温度補償用配線３を接続した状態で、再度、零点の移動量を測定することでも求めることができる。
【００５７】
また、零点の移動量及びずれ量の極性の違いに対応して、スイッチＳＷ２を接続端子ａ，ｂのどちらか一方に選択させ、はんだ付けする。
【００５８】
これにより、抵抗Ｒ５を有する零点補償用配線４が歪ゲージＲ１，Ｒ４のどちらか一方に並列接続され、ブリッジ回路２の零点補償が行われ、センサ回路１が完成する。
【００５９】
なお、零点補償用配線４が零点温度補償用配線３と並列接続する場合もあるが、抵抗Ｒ５は通常２５ｐｐｍ／℃や５０ｐｐｍ／℃の温度係数であり、感温抵抗ＴＨＲの温度係数（３０００ｐｐｍ／℃以上）と比較して小さく、ほとんど無視できるため、零点補償用配線４が零点温度補償用配線３と並列接続することによる零点の温度による変動は生じない。
【００６０】
このような本実施の形態は、零点温度補償で、補償に必要な抵抗値及び見かけ上の温度係数を満たす感温抵抗ＴＨＲ及び抵抗Ｒ６を選定すればよく、従来のように切断等による抵抗値の調整は必要なくなり、手間がかからず、ブリッジ回路２の辺を開放することもなく、センサ回路１を容易に作成できると共に、設定どうりの抵抗値及び見かけ上の温度係数を得て、零点温度補償の補償精度を向上することができる。
【００６１】
また、零点補償では、零点の移動量及び零点温度補償で生じた零点のずれ量の合計量を抵抗Ｒ５で零点補償でき、零点補償の補償精度を向上することができる。
【００６２】
さらに、零点温度補償用配線３と零点補償用配線４は、抵抗（感温抵抗ＴＨＲ、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ５）の抵抗設置位置が決められており、補償の極性に対応するため２箇所にそれぞれ抵抗設置位置を設ける必要がなくなり省スペース化でき、抵抗を容易に装着できる抵抗設置位置を設けたり、センサ回路１を用いたセンサで不必要なスペースに他の部品を配置してセンサの小型化が図れたり、スペースの有効利用ができる。
【００６３】
なお、零点温度補償用配線３と零点補償用配線４は、ブリッジ回路２の隣接２辺のどちらの１辺に並列接続するか選択可能であればどの隣接２辺に形成されてもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にあっては、零点温度補償用に、温度に応じて抵抗値が変化する感温抵抗と、感温抵抗と直列接続された所定抵抗値の第１抵抗と、をブリッジ回路のいずれか１辺の歪ゲージに並列接続したことで、感温抵抗及び第１抵抗の温度による抵抗値変化で零点の温度による変化を相殺し、ブリッジ回路の零点温度補償ができる。
【００６５】
ここで、直列に並ぶ感温抵抗及び第１抵抗の組み合わせによって、感温抵抗及び第１抵抗の合成抵抗は多種の抵抗値及び見かけ上の温度係数を作り出すことができる。特に、第１抵抗に固定抵抗を用いて、誤差が少ない設定どうりの抵抗値及び見かけ上の温度係数を得ることができる。
【００６６】
このため、補償に必要な抵抗値及び見かけ上の温度係数を満たす感温抵抗及び第１抵抗を選定すればよく、従来のように切断等による抵抗値の調整は必要なくなり、手間がかからず、ブリッジ回路の辺を開放することもなく、センサ回路を容易に作成できると共に、設定どうりの抵抗値及び見かけ上の温度係数を得て、補償精度を向上することができる。
【００６７】
零点補償用に、第２抵抗をブリッジ回路のいずれか１辺の歪ゲージに並列接続したことで、零点の移動量並びに感温抵抗及び第１抵抗を１辺に並列接続して生じた零点のずれ量の合計量を第２抵抗で零点補償でき、補償精度を向上することができる。
【００６８】
所定の抵抗設置位置を有すると共に予めブリッジ回路の隣接２辺に対して形成されてどちらの１辺に並列接続するか選択可能な配線を備えたことで、極性変更が選択可能となると共に零点温度補償及び零点補償のため抵抗（感温抵抗、第１抵抗、第２抵抗）の抵抗設置位置が決められており、補償の極性に対応するため２箇所にそれぞれ抵抗設置位置を設ける必要がなくなり省スペース化でき、抵抗を容易に装着できる抵抗設置位置を設けたり、センサ回路を用いたセンサで不必要なスペースに他の部品を配置してセンサの小型化が図れたり、スペースの有効利用ができる。
【００６９】
配線として零点温度補償用配線と零点補償用配線とを有し、ブリッジ回路の温度特性の測定結果に基づいて選定した感温抵抗及び第１抵抗を、零点温度補償用配線の所定の抵抗設置位置に設置すると共に、零点温度補償用配線を極性の違いに対応して選択した１辺に接続して零点温度補償し、零点温度補償用配線を１辺に並列接続した状態でのブリッジ回路の出力に基づいて選定した第２抵抗を、零点補償用配線の所定の抵抗設置位置に設置すると共に、零点補償用配線を極性の違いに対応して選択した１辺に接続して零点補償することで、設定どうりの抵抗値及び見かけ上の温度係数を得て零点温度補償ができ、その後に零点の移動量及び零点温度補償により生じた零点のずれ量について零点補償ができ、センサ回路を容易に作成できると共に補償精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るセンサ回路を示す回路図である。
【図２】従来のセンサ回路を示す回路図である。
【図３】従来のセンサ回路を示す回路図である。
【図４】従来のセンサ回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１センサ回路
２ブリッジ回路
３零点温度補償用配線
４零点補償用配線
Ｒ１〜Ｒ４歪ゲージ
Ｒ５，Ｒ６抵抗
ＴＨＲ感温抵抗
ＳＷ１，ＳＷ２スイッチ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ接続端子
Ｖｃｃ，ＧＮＤ，Ｖ＋，Ｖ− 端子

Claims

物理量の変化による歪に応じて抵抗値が変化する歪ゲージを４辺の各々に接続し、隣接２辺間に接続される４端子の内向かい合う一方の端子間に供給電圧を入力し、他方の端子間から出力電圧を出力するブリッジ回路を有するセンサ回路において、
零点温度補償用に、温度に応じて抵抗値が変化する感温抵抗と、該感温抵抗と直列接続された所定抵抗値の第１抵抗と、が前記ブリッジ回路のいずれか１辺の歪ゲージに並列接続されると共に、
零点補償用に、第２抵抗が前記ブリッジ回路のいずれか１辺の歪ゲージに並列接続されるセンサ回路であって、
所定の抵抗設置位置を有すると共に予め前記ブリッジ回路の隣接２辺に対して形成されてどちらの１辺に並列接続するか選択可能な配線を備え、
該配線として零点温度補償用配線と零点補償用配線とを有し、
前記ブリッジ回路の温度特性の測定結果に基づいて選定した前記感温抵抗及び前記第１抵抗を、前記零点温度補償用配線の所定の抵抗設置位置に設置すると共に、前記零点温度補償用配線を極性の違いに対応して選択した１辺に接続して零点温度補償し、
前記零点温度補償用配線を１辺に並列接続した状態での前記ブリッジ回路の出力に基づいて選定した前記第２抵抗を、前記零点補償用配線の所定の抵抗設置位置に設置すると共に、前記零点補償用配線を極性の違いに対応して選択した１辺に接続して零点補償することを特徴とするセンサ回路。