JP6992412B2 - Operation status diagnosis method for pressure measuring device and pressure measuring device - Google Patents

Operation status diagnosis method for pressure measuring device and pressure measuring device Download PDF

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Description

本発明は、圧力測定装置および圧力測定装置の動作状態診断方法に関する。 The present invention relates to a pressure measuring device and a method for diagnosing an operating state of the pressure measuring device.

圧力測定装置は、設備の制御等のために広く用いられている。圧力測定装置においては、測定値の信頼性を確保することが好ましい。信頼性を高めることを目的として、２つのセンサを設ける技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この技術は、２つのセンサ測定値を比較することによって、測定値の信頼性を高める。 The pressure measuring device is widely used for controlling equipment and the like. In the pressure measuring device, it is preferable to ensure the reliability of the measured value. A technique for providing two sensors for the purpose of increasing reliability is known (see, for example, Non-Patent Document 1). This technique enhances the reliability of measurements by comparing the measurements of two sensors.

また、故障の有無など動作状態の診断機能を有する圧力測定装置が知られている。例えば、ダイアフラム部上にブリッジ回路を２個配置して、２つのブリッジ回路によって測定された２つの値を比較することによって動作状態を診断する技術が提案されている（特許文献１および２参照）。また、１つのブリッジ回路を４個のピエゾ抵抗素子で構成した圧力測定装置において、それぞれのピエゾ抵抗素子を分割して、端子出力を演算および比較することによって、動作状態を診断する技術が提案されている（特許文献３および４参照）。
［先行技術文献］
［非特許文献］
［非特許文献１］ IEC 61508 -7:2010 Functional Safety of Electrical/Electronic/Programmable Electronic Safety-related Systems/Part7: Overview of techniques and measures / A.12.1 Reference sensor
［特許文献］
［特許文献１］ 特表平１０－５０６７１８号公報
［特許文献２］ 特開２００２－０３９８９１号公報
［特許文献３］ 特開２００２－３７３９９１号公報
［特許文献４］ 特開２００４－０６１１６４号公報 Further, a pressure measuring device having a function of diagnosing an operating state such as the presence or absence of a failure is known. For example, a technique has been proposed in which two bridge circuits are arranged on a diaphragm portion and an operating state is diagnosed by comparing two values measured by the two bridge circuits (see Patent Documents 1 and 2). .. Further, in a pressure measuring device in which one bridge circuit is composed of four piezo resistance elements, a technique for diagnosing an operating state by dividing each piezo resistance element and calculating and comparing terminal outputs has been proposed. (See Patent Documents 3 and 4).
[Prior Art Document]
[Non-patent literature]
[Non-Patent Document 1] IEC 61508 -7: 2010 Functional Safety of Electrical / Electronic / Programmable Electronic Safety-related Systems / Part7: Overview of techniques and measures / A.12.1 Reference sensor
[Patent Document]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-506718 [Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-039891 [Patent Document 3] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-373991 [Patent Document 4] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-061164

圧力測定装置のサイズおよびコストの増加を抑制するためには、簡便な回路構成により動作状態を診断することができる圧力測定装置が好ましい。しかしながら、単純に２つのセンサを用いてセンサの二重化を行う場合は、１つのセンサを使用する場合に比べて、圧力測定装置のサイズおよびコストが増大するという欠点がある。 In order to suppress an increase in the size and cost of the pressure measuring device, a pressure measuring device capable of diagnosing an operating state with a simple circuit configuration is preferable. However, when the sensors are simply duplicated using two sensors, there is a drawback that the size and cost of the pressure measuring device are increased as compared with the case where one sensor is used.

また、ダイアフラム部上にブリッジ回路を複数用いる方法では、基板を含むセンサのサイズが増大する。ピエゾ抵抗素子を分割して動作状態診断用の測定端子を設ける方法では、圧力検出用の端子の他に診断用の端子を追加することが必要となる。したがって、センサのサイズが増大する。また、個々のピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を監視することによって動作状態を診断する方法では、個々のピエゾ抵抗素子の抵抗値が圧力により変化するために、圧力による影響と、異常との区別が困難である。したがって、個々のピエゾ抵抗素子の抵抗値を監視する方法では、センサの断線および短絡などの明確な異常しか検出できない。そこで、本発明の目的は、圧力測定装置のサイズおよびコストが増大することを抑制するために簡便な構成による動作状態診断機能を備えた圧力測定装置を提供することである。 Further, in the method of using a plurality of bridge circuits on the diaphragm portion, the size of the sensor including the substrate increases. In the method of dividing the piezo resistance element and providing the measurement terminal for the operation state diagnosis, it is necessary to add the terminal for diagnosis in addition to the terminal for pressure detection. Therefore, the size of the sensor increases. In addition, in the method of diagnosing the operating state by monitoring the change in the resistance value of each piezo resistance element, the resistance value of each piezo resistance element changes depending on the pressure, so that the influence of pressure and the abnormality can be distinguished. Is difficult. Therefore, the method of monitoring the resistance value of each piezo resistance element can detect only clear abnormalities such as disconnection and short circuit of the sensor. Therefore, an object of the present invention is to provide a pressure measuring device having an operation state diagnosis function with a simple configuration in order to suppress an increase in the size and cost of the pressure measuring device.

本発明の第１の態様においては、圧力測定装置を提供する。圧力測定装置は、ダイアフラム部を備えてよい。ダイアフラム部は、印加される圧力によって変位してよい。圧力測定装置は、複数のピエゾ抵抗素子を備えてよい。複数のピエゾ抵抗素子は、ダイアフラム部に設けられてよい。複数のピエゾ抵抗素子は、ブリッジ回路を構成してよい。圧力測定装置は、算出部を備えてよい。算出部は、ブリッジ回路の第１出力端子における第１電圧測定値と、予め定められた定数とを用いて第１計算値を算出してよい。圧力測定装置は、比較部を備えてよい。比較部は、第２出力端子における第２電圧測定値から得られた値と第１計算値とを比較してよい。第２出力端子は、ブリッジ回路において第１出力端子と異なる端子であってよい。圧力測定装置は、診断部を備えてよい。診断部は、比較部による比較結果に基づいて、圧力測定装置の動作状態を診断してよい。 In the first aspect of the present invention, a pressure measuring device is provided. The pressure measuring device may include a diaphragm portion. The diaphragm portion may be displaced by the applied pressure. The pressure measuring device may include a plurality of piezo resistance elements. A plurality of piezo resistance elements may be provided in the diaphragm portion. A plurality of piezo resistance elements may form a bridge circuit. The pressure measuring device may include a calculation unit. The calculation unit may calculate the first calculated value using the first voltage measured value at the first output terminal of the bridge circuit and a predetermined constant. The pressure measuring device may include a comparison unit. The comparison unit may compare the value obtained from the second voltage measured value at the second output terminal with the first calculated value. The second output terminal may be a terminal different from the first output terminal in the bridge circuit. The pressure measuring device may include a diagnostic unit. The diagnostic unit may diagnose the operating state of the pressure measuring device based on the comparison result by the comparison unit.

複数のピエゾ抵抗素子は、第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子を含んでよい。第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子は、ブリッジ回路の高電位端子および低電位端子のうちの一方に共通してそれぞれ一端が電気的に接続されてよい。算出部は、第１電圧測定値と既知の電圧値とを用いて、高電位端子および低電位端子の間に印加される励起電圧と第１ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧との差分を第１計算値として算出してよい。比較部は、第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧と、第１計算値とを比較してよい。第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧は、第２電圧測定値から得られてよい。 The plurality of piezo resistance elements may include a first piezo resistance element and a second piezo resistance element. One end of the first piezo resistance element and the second piezo resistance element may be electrically connected to one of the high-potential terminal and the low-potential terminal of the bridge circuit. The calculation unit uses the first voltage measurement value and the known voltage value to obtain the difference between the excitation voltage applied between the high-potential terminal and the low-potential terminal and the voltage between both ends of the first piezo resistance element. It may be calculated as one calculated value. The comparison unit may compare the voltage between both ends of the second piezo resistance element with the first calculated value. The voltage between both ends of the second piezo resistance element may be obtained from the second voltage measurement.

算出部は、さらに、補正部を含んでよい。補正部は、ダイアフラム部に圧力が印加されていない状態での複数のピエゾ抵抗素子の各抵抗値に基づいて、差分を補正してよい。補正部によって補正された差分が第１計算値として算出されてよい。 The calculation unit may further include a correction unit. The correction unit may correct the difference based on each resistance value of the plurality of piezo resistance elements in a state where no pressure is applied to the diaphragm unit. The difference corrected by the correction unit may be calculated as the first calculated value.

複数のピエゾ抵抗素子は、第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子を含んでよい。第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子は、ブリッジ回路の高電位端子および低電位端子のうちの一方に共通してそれぞれ一端が電気的に接続されてよい。算出部は、第１電圧測定値と既知の電圧値とを用いて、電圧比を第１計算値として算出してよい。電圧比は、高電位端子および低電位端子の間に印加される励起電圧と第１ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧との差分を励起電圧で除算した電圧比であってよい。比較部は、第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧を励起電圧で除算した電圧比と、第１計算値とを比較してよい。 The plurality of piezo resistance elements may include a first piezo resistance element and a second piezo resistance element. One end of the first piezo resistance element and the second piezo resistance element may be electrically connected to one of the high-potential terminal and the low-potential terminal of the bridge circuit. The calculation unit may calculate the voltage ratio as the first calculated value by using the first voltage measured value and the known voltage value. The voltage ratio may be a voltage ratio obtained by dividing the difference between the excitation voltage applied between the high-potential terminal and the low-potential terminal and the voltage between both ends of the first piezo resistance element by the excitation voltage. The comparison unit may compare the voltage ratio obtained by dividing the voltage between both ends of the second piezo resistance element by the excitation voltage with the first calculated value.

圧力測定装置は、固定抵抗器を備えてよい。固定抵抗器は、ブリッジ回路の高電位端子および低電位端子の一方に電気的に接続されてよい。算出部は、第１電圧測定値と、固定抵抗器の両端間の電圧測定値と、既知の電源電圧値とを用いて、第１計算値を算出してよい。第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧を励起電圧で除算した電圧比は、第２電圧測定値と、固定抵抗器の両端間の電圧測定値と、既知の電源電圧値とを用いて得られてよい。 The pressure measuring device may include a fixed resistor. The fixed resistor may be electrically connected to one of the high potential terminal and the low potential terminal of the bridge circuit. The calculation unit may calculate the first calculated value by using the first voltage measured value, the voltage measured value between both ends of the fixed resistor, and the known power supply voltage value. The voltage ratio obtained by dividing the voltage between both ends of the second piezo resistance element by the excitation voltage is obtained by using the second voltage measurement value, the voltage measurement value between both ends of the fixed resistor, and the known power supply voltage value. It's okay.

算出部は、さらに、補正部を備えてよい。補正部は、ダイアフラム部に圧力が印加されていない状態での複数のピエゾ抵抗素子の各抵抗値に基づいて、差分を励起電圧で除算した電圧比を補正してよい。 The calculation unit may further include a correction unit. The correction unit may correct the voltage ratio obtained by dividing the difference by the excitation voltage based on each resistance value of the plurality of piezo resistance elements in a state where no pressure is applied to the diaphragm unit.

第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子は、低電位端子に電気的に接続されてよい。 The first piezo resistance element and the second piezo resistance element may be electrically connected to the low potential terminal.

圧力測定装置は、固定抵抗器を備えてよい。固定抵抗器は、ブリッジ回路の高電位端子および低電位端子の一方に電気的に接続されてよい。圧力測定装置は、第２比較部を備えてよい。第２比較部は、固定抵抗器の両端間の電圧測定値と、閾値とを比較してよい。診断部は、さらに、第２比較部による比較結果に基づいて、圧力測定装置の動作状態を診断してよい。 The pressure measuring device may include a fixed resistor. The fixed resistor may be electrically connected to one of the high potential terminal and the low potential terminal of the bridge circuit. The pressure measuring device may include a second comparison unit. The second comparison unit may compare the voltage measurement value between both ends of the fixed resistor with the threshold value. The diagnostic unit may further diagnose the operating state of the pressure measuring device based on the comparison result by the second comparison unit.

圧力測定装置は、取得部を備えてよい。取得部は、ブリッジ回路周辺の温度情報を取得してよい。閾値は、温度情報に基づいて変更されてよい。 The pressure measuring device may include an acquisition unit. The acquisition unit may acquire temperature information around the bridge circuit. The threshold may be changed based on the temperature information.

本発明の第２の態様においては、圧力測定装置の動作状態診断方法を提供する。圧力測定装置は、ダイアフラム部を備えてよい。ダイアフラム部は、印加される圧力によって変位してよい。圧力測定装置は、複数のピエゾ抵抗素子を備えてよい。複数のピエゾ抵抗素子は、ダイアフラム部に設けられてよい。複数のピエゾ抵抗素子は、ブリッジ回路を構成してよい。圧力測定装置の動作状態診断方法は、ブリッジ回路の第１出力端子における第１電圧測定値と、予め定められた定数とを用いて第１計算値を算出する段階を備えてよい。圧力測定装置の動作状態診断方法は、ブリッジ回路において第１出力端子と異なる第２出力端子における第２電圧測定値から得られた値と第１計算値とを比較する段階を備えてよい。圧力測定装置の動作状態診断方法は、比較結果に基づいて、圧力測定装置の動作状態を診断する段階を備えてよい。 A second aspect of the present invention provides a method for diagnosing an operating state of a pressure measuring device. The pressure measuring device may include a diaphragm portion. The diaphragm portion may be displaced by the applied pressure. The pressure measuring device may include a plurality of piezo resistance elements. A plurality of piezo resistance elements may be provided in the diaphragm portion. A plurality of piezo resistance elements may form a bridge circuit. The method for diagnosing the operating state of the pressure measuring device may include a step of calculating the first calculated value using the first voltage measured value at the first output terminal of the bridge circuit and a predetermined constant. The method for diagnosing the operating state of the pressure measuring device may include a step of comparing the value obtained from the second voltage measured value at the second output terminal different from the first output terminal and the first calculated value in the bridge circuit. The method for diagnosing the operating state of the pressure measuring device may include a step of diagnosing the operating state of the pressure measuring device based on the comparison result.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The outline of the above invention does not list all the necessary features of the present invention. A subcombination of these feature groups can also be an invention.

本発明の第１実施形態における圧力測定装置のダイアフラム部に形成されるピエゾ抵抗素子の配置例を示す図である。It is a figure which shows the arrangement example of the piezo resistance element formed in the diaphragm part of the pressure measuring apparatus in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態における圧力測定装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the pressure measuring apparatus in 1st Embodiment of this invention. 第１実施形態における圧力測定装置の変形例の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the modification of the pressure measuring apparatus in 1st Embodiment. 第１実施形態における正常時の出力例を示す図である。It is a figure which shows the output example in the normal state in 1st Embodiment. 第１実施形態における正常時の電圧差の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the voltage difference in the normal state in 1st Embodiment. 第１実施形態における異常時の出力例を示す図である。It is a figure which shows the output example at the time of abnormality in 1st Embodiment. 第１実施形態における異常時の電圧差の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the voltage difference at the time of abnormality in 1st Embodiment. 第１実施形態における圧力測定装置による処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the processing by the pressure measuring apparatus in 1st Embodiment. 本発明の第２実施形態における圧力測定装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the pressure measuring apparatus in the 2nd Embodiment of this invention. 第２実施形態における圧力測定装置による処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the processing by the pressure measuring apparatus in 2nd Embodiment. 第２実施形態における第１診断処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the 1st diagnostic process in 2nd Embodiment. 第２実施形態における第２診断処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the 2nd diagnostic process in 2nd Embodiment. 本発明の第３実施形態における圧力測定装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the pressure measuring apparatus in 3rd Embodiment of this invention. 第３実施形態における第１診断処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the 1st diagnostic process in 3rd Embodiment. 本発明の第４実施形態における圧力測定装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the pressure measuring apparatus in 4th Embodiment of this invention. 第４実施形態における第１診断処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the 1st diagnostic process in 4th Embodiment. 第３実施形態における正常時の電圧比の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the voltage ratio in the normal state in 3rd Embodiment. 第３実施形態における正常時の電圧比の差の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the difference of the voltage ratio in the normal state in 3rd Embodiment. 第３実施形態における異常時の電圧比の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the voltage ratio at the time of abnormality in 3rd Embodiment. 第３実施形態における異常時の電圧比の差の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the difference of the voltage ratio at the time of abnormality in 3rd Embodiment. 本発明の第３実施形態における異常時の固定抵抗器の両端の電圧の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the voltage across the fixed resistor at the time of abnormality in the 3rd Embodiment of this invention.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention to which the claims are made. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.

図１は、本発明の第１実施形態における圧力測定装置のダイアフラム部に形成されるピエゾ抵抗素子の配置例を示す図である。図１は、ダイアフラム部１０の上面図、およびＡ－Ａ´線に沿った断面図を示す。本実施形態の圧力測定装置は、ダイアフラム部１０と、複数のピエゾ抵抗素子２１－１、２１－２、２１―３、および２１－４（以下、複数のピエゾ抵抗素子２１と総称する場合がある）とを備える。ダイアフラム部１０は、印加される圧力によって変位する。複数のピエゾ抵抗素子２１は、ダイアフラム部１０に設けられる。具体的には、４つのピエゾ抵抗素子２１が、ダイアフラム部１０のおもて面に形成されてよい。複数のピエゾ抵抗素子２１は、ブリッジ回路２０を構成する。ブリッジ回路２０については、後述する。図１において、複数のピエゾ抵抗素子２１は、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４と表記される。 FIG. 1 is a diagram showing an example of arrangement of a piezo resistance element formed in a diaphragm portion of the pressure measuring device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a top view of the diaphragm portion 10 and a cross-sectional view taken along the AA'line. The pressure measuring device of the present embodiment may collectively refer to the diaphragm portion 10 and a plurality of piezo resistance elements 21-1, 21-2, 21-3, and 21-4 (hereinafter, a plurality of piezo resistance elements 21). ) And. The diaphragm portion 10 is displaced by the applied pressure. The plurality of piezo resistance elements 21 are provided in the diaphragm portion 10. Specifically, four piezo resistance elements 21 may be formed on the front surface of the diaphragm portion 10. The plurality of piezo resistance elements 21 form a bridge circuit 20. The bridge circuit 20 will be described later. In FIG. 1, the plurality of piezo resistance elements 21 are referred to as R1, R2, R3, and R4.

ダイアフラム部１０は、例えば、半導体基板によって形成される。半導体基板は、シリコン基板であってもよく、炭化珪素（ＳｉＣ）等の化合物半導体基板であってもよい。ピエゾ抵抗素子２１は、半導体基板内の表層に形成された拡散抵抗であってよい。ピエゾ抵抗素子２１は、ｐ型またはｎ型のドーパントを半導体基板に選択的にドーピングし、さらに熱拡散することによって形成されてよい。 The diaphragm portion 10 is formed of, for example, a semiconductor substrate. The semiconductor substrate may be a silicon substrate or a compound semiconductor substrate such as silicon carbide (SiC). The piezo resistance element 21 may be a diffusion resistance formed on the surface layer in the semiconductor substrate. The piezo resistance element 21 may be formed by selectively doping a semiconductor substrate with a p-type or n-type dopant and further heat-diffusing it.

半導体基板の裏面には、空洞部１２が設けられている。図１の上面図では、空洞部１２が点線で示されている。点線で囲まれた領域である空洞部１２は、点線で囲まれた領域の外側に比べて、半導体基板の厚みが薄い。空洞部１２の上側の半導体基板の領域は、点線で囲まれた領域の外側に比べて厚みが薄いので、圧力によって変位しやすい。空洞部１２の上側の半導体基板が、ダイアフラム部１０として機能する。 A cavity 12 is provided on the back surface of the semiconductor substrate. In the top view of FIG. 1, the cavity 12 is shown by a dotted line. The hollow portion 12, which is a region surrounded by the dotted line, has a thinner semiconductor substrate than the outside of the region surrounded by the dotted line. Since the region of the semiconductor substrate on the upper side of the cavity 12 is thinner than the region outside the region surrounded by the dotted line, it is easily displaced by pressure. The semiconductor substrate on the upper side of the cavity portion 12 functions as the diaphragm portion 10.

複数のピエゾ抵抗素子２１であるＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は、空洞部１２の上側の半導体基板の領域に設けられてよい。本例では、空洞部１２の領域が、上面視で矩形をしており、矩形の４辺にＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４が設けられる。ダイアフラム部１０が圧力を受けて歪むと、各ピエゾ抵抗素子２１には、ダイアフラム部１０の歪み量に応じた応力が発生する。この応力に応じてピエゾ抵抗素子２１の抵抗が変化する。 The plurality of piezo resistance elements 21, R1, R2, R3, and R4, may be provided in the region of the semiconductor substrate above the cavity 12. In this example, the region of the cavity 12 is rectangular in top view, and R1, R2, R3, and R4 are provided on the four sides of the rectangle. When the diaphragm portion 10 is distorted by receiving pressure, stress is generated in each piezo resistance element 21 according to the amount of strain of the diaphragm portion 10. The resistance of the piezo resistance element 21 changes according to this stress.

例えば、ダイアフラム部１０に圧力が印加されるときにピエゾ抵抗素子２１に生じる応力方向が、ピエゾ抵抗素子２１に電流が流れる長手方向に対応する場合には、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗変化率は正となる。すなわち、ダイアフラム部１０に印加される圧力が高くなるのにしたがって、ピエゾ抵抗素子２１の電気抵抗値が増大する。一方、ピエゾ抵抗素子２１に生じる応力方向が、ピエゾ抵抗素子２１に電流が流れる長手方向に直交する短手方向に対応する場合には、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗変化率は負となる。すなわち、ダイアフラム部１０に印加される圧力が高くなるのにしたがって、ピエゾ抵抗素子２１の電気抵抗値が減少する。 For example, when the stress direction generated in the piezo resistance element 21 when pressure is applied to the diaphragm portion 10 corresponds to the longitudinal direction in which a current flows through the piezo resistance element 21, the resistance change rate of the piezo resistance element 21 is positive. It becomes. That is, as the pressure applied to the diaphragm portion 10 increases, the electric resistance value of the piezo resistance element 21 increases. On the other hand, when the stress direction generated in the piezo resistance element 21 corresponds to the lateral direction orthogonal to the longitudinal direction in which the current flows in the piezo resistance element 21, the resistance change rate of the piezo resistance element 21 becomes negative. That is, as the pressure applied to the diaphragm portion 10 increases, the electric resistance value of the piezo resistance element 21 decreases.

本例では、ダイアフラム部１０の下側から上側に向かって圧力が加わった場合に、ピエゾ抵抗素子２１－１（Ｒ１）およびピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）の電気抵抗値が増加する。一方、ダイアフラム部１０の下側から上側に向かって圧力が加わった場合に、ピエゾ抵抗素子２１－２（Ｒ２）およびピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）の電気抵抗値が減少する。但し、本例の圧力測定装置は、このようなレイアウトに限定されない。 In this example, when pressure is applied from the lower side to the upper side of the diaphragm portion 10, the electric resistance values of the piezo resistance element 21-1 (R1) and the piezo resistance element 21-4 (R4) increase. On the other hand, when pressure is applied from the lower side to the upper side of the diaphragm portion 10, the electric resistance values of the piezo resistance element 21-2 (R2) and the piezo resistance element 21-3 (R3) decrease. However, the pressure measuring device of this example is not limited to such a layout.

図２は、本発明の第１実施形態における圧力測定装置１の概略構成を示す図である。４個のピエゾ抵抗素子２１－１から２１－４は、図で示されるとおり、配線２２、２３、２４、２５によって接続されてブリッジ回路２０を構成する。ブリッジ回路２０は、ピエゾ抵抗素子２１－１から２１－４の電気抵抗の変化を検出する検出回路である。ピエゾ抵抗素子２１－１から２１－４を含むブリッジ回路２０は、ダイアフラム部１０の歪みに応じてブリッジ出力が変化する圧力検出用のブリッジ回路である。なお、配線２２、配線２３、配線２４、および配線２５は、ダイアフラム部１０のおもて面に形成されるアルミニウムまたは銅等の金属で構成されてもよく、半導体基板内の表層に形成された拡散抵抗であってもよい。 FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the pressure measuring device 1 according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the four piezo resistance elements 21-1 to 21-4 are connected by wirings 22, 23, 24, and 25 to form a bridge circuit 20. The bridge circuit 20 is a detection circuit that detects changes in the electrical resistance of the piezo resistance elements 21-1 to 21-4. The bridge circuit 20 including the piezo resistance elements 21-1 to 21-4 is a bridge circuit for pressure detection in which the bridge output changes according to the distortion of the diaphragm portion 10. The wiring 22, the wiring 23, the wiring 24, and the wiring 25 may be made of a metal such as aluminum or copper formed on the front surface of the diaphragm portion 10, and are formed on the surface layer in the semiconductor substrate. It may be a diffusion resistance.

本例では、ピエゾ抵抗素子２１－１（Ｒ１）の一端とピエゾ抵抗素子２１－２（Ｒ２）の一端とが配線２２を経て高電位端子２６に接続される。ピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）の一端とピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）の一端とが配線２３を経て低電位端子２７に接続される。本例のピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）およびピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）は、高電位端子および低電位端子のうちの一方に共通してそれぞれ一端が電気的に接続される第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子の一例である。本例では、本例のピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）およびピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）は、低電位端子２７に接続される。 In this example, one end of the piezo resistance element 21-1 (R1) and one end of the piezo resistance element 21-2 (R2) are connected to the high potential terminal 26 via the wiring 22. One end of the piezo resistance element 21-3 (R3) and one end of the piezo resistance element 21-4 (R4) are connected to the low potential terminal 27 via the wiring 23. The piezo resistance element 21-3 (R3) and the piezo resistance element 21-4 (R4) of this example are common to one of the high-potential terminal and the low-potential terminal, and one end thereof is electrically connected. It is an example of a piezo resistance element and a second piezo resistance element. In this example, the piezo resistance element 21-3 (R3) and the piezo resistance element 21-4 (R4) of this example are connected to the low potential terminal 27.

ピエゾ抵抗素子２１－１（Ｒ１）の他端とピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）の他端とが、配線２４を経て第１出力端子２８に電気的に接続される。ピエゾ抵抗素子２１－２（Ｒ２）の他端とピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）の他端とが、配線２５を経て、第１出力端子２８と異なる第２出力端子２９に電気的に接続される。 The other end of the piezo resistance element 21-1 (R1) and the other end of the piezo resistance element 21-3 (R3) are electrically connected to the first output terminal 28 via the wiring 24. The other end of the piezo resistance element 21-2 (R2) and the other end of the piezo resistance element 21-4 (R4) are electrically connected to the second output terminal 29 different from the first output terminal 28 via the wiring 25. Will be done.

以上のように、ダイアフラム部１０に印加される圧力が高くなるのにしたがってピエゾ抵抗素子２１の電気抵抗値が増大するピエゾ抵抗素子（Ｒ１、Ｒ４）の端部と、ダイアフラム部１０に印加される圧力が高くなるのにしたがってピエゾ抵抗素子２１の電気抵抗値が減少するピエゾ抵抗素子（Ｒ２、Ｒ３）の端部とが接続される。換言すれば、圧力に応じた抵抗値の変化方向が同じ素子は、ブリッジ回路２０における対角側に位置する。ピエゾ抵抗素子２１－１から２１－４の抵抗値および圧力に対する抵抗変化率は、ほぼ同じに設計されてよい。 As described above, the electric resistance value of the piezo resistance element 21 increases as the pressure applied to the diaphragm portion 10 increases, and the end portion of the piezo resistance element (R1, R4) and the diaphragm portion 10 are applied. The end of the piezo resistance element (R2, R3) whose electric resistance value of the piezo resistance element 21 decreases as the pressure increases is connected. In other words, the elements having the same change direction of the resistance value according to the pressure are located on the diagonal side in the bridge circuit 20. The resistance values of the piezo resistance elements 21-1 to 21-4 and the rate of change in resistance with respect to pressure may be designed to be substantially the same.

本例では、高電位端子２６には、既知の電源電圧Ｖｃｃが印加される。ブリッジ回路２０は、回路基板に接続された電源から電源電圧Ｖｃｃの供給を受けてよい。低電位端子２７は、グランド電位（ＧＮＤ）に接続されてよい。したがって、本例では、高電位端子２６と低電位端子２７の間に印加される励起電圧Ｖｅｘは、電源電圧Ｖｃｃである。但し、本発明は、この場合に限られず、高電位端子２６および低電位端子２７間に、励起電圧Ｖｅｘが印加される構成であれば適用できる。 In this example, a known power supply voltage Vcc is applied to the high potential terminal 26. The bridge circuit 20 may receive a power supply voltage Vcc from a power source connected to the circuit board. The low potential terminal 27 may be connected to the ground potential (GND). Therefore, in this example, the excitation voltage Vex applied between the high potential terminal 26 and the low potential terminal 27 is the power supply voltage Vcc. However, the present invention is not limited to this case, and can be applied as long as the excitation voltage Vex is applied between the high potential terminal 26 and the low potential terminal 27.

本例の圧力測定装置１は、ＡＤ変換部３０、処理部４０、および記憶部５０を備える。これらの各部は、ダイアフラム部１０とは別の回路基板上に設けられてよい。回路基板は、ダイアフラム部１０とピエゾ抵抗素子２１とを有する圧力センサ部分と配線で接続されてよい。但し、ＡＤ変換部３０、処理部４０、および記憶部５０の各部のうちの少なくとも一部が、ダイアフラム部１０を構成する半導体基板上に形成されてもよい。ＡＤ変換部３０は、ブリッジ回路２０から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。本例では、ブリッジ回路２０において抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続端である第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１が取得されて、デジタル値に変換される。同様に、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４との接続端である第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２が取得されて、デジタル値に変換される。記憶部５０は、閾値の値、既知の電源電圧Ｖｃｃの値、および補正係数の値を予め格納してよい。 The pressure measuring device 1 of this example includes an AD conversion unit 30, a processing unit 40, and a storage unit 50. Each of these parts may be provided on a circuit board separate from the diaphragm part 10. The circuit board may be connected by wiring to a pressure sensor portion having a diaphragm portion 10 and a piezo resistance element 21. However, at least a part of each of the AD conversion unit 30, the processing unit 40, and the storage unit 50 may be formed on the semiconductor substrate constituting the diaphragm unit 10. The AD conversion unit 30 converts the analog signal output from the bridge circuit 20 into a digital signal. In this example, in the bridge circuit 20, the first voltage measured value Vout1 at the first output terminal 28, which is the connection end between the resistors R1 and R2, is acquired and converted into a digital value. Similarly, the second voltage measured value Vout2 at the second output terminal 29, which is the connection end between the resistance R2 and the resistance R4, is acquired and converted into a digital value. The storage unit 50 may store a threshold value, a known power supply voltage Vcc value, and a correction coefficient value in advance.

本例では、グランド電位に対する第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１は、ピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）の両端の電圧Ｖ３である。グランド電位に対する第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２は、ピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）の両端の電圧Ｖ４である。 In this example, the first voltage measured value Vout1 at the first output terminal 28 with respect to the ground potential is the voltage V3 across the piezo resistance element 21-3 (R3). The second voltage measured value Vout2 at the second output terminal 29 with respect to the ground potential is the voltage V4 across the piezo resistance element 21-4 (R4).

処理部４０は、デジタル変換された第１電圧測定値および第２電圧測定値を用いて各種の演算処理を実行する。処理部４０は、マイクロプロセッサ等であってよい。本例では、処理部４０は、算出部４２、比較部４４、および診断部４６を含む。 The processing unit 40 executes various arithmetic processes using the digitally converted first voltage measured value and the second voltage measured value. The processing unit 40 may be a microprocessor or the like. In this example, the processing unit 40 includes a calculation unit 42, a comparison unit 44, and a diagnosis unit 46.

算出部４２は、ブリッジ回路２０の第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１と、予め定められた定数とを用いて第１計算値を算出する。本例では、予め定められた定数は、既知の電源電圧値Ｖｃｃであってよい。本例では、第１計算値は、高電位端子２６と低電位端子２７の間に印加される励起電圧Ｖｅｘと、ピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）の両端の電圧Ｖ３との差分である。したがって、本例の算出部４２は、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１と既知の電圧値Ｖｃｃとを用いて、励起電圧Ｖｅｘと、第１ピエゾ抵抗素子の一例であるピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）の両端間の電圧との差分を第１計算値として算出してよい。本例では、励起電圧Ｖｅｘは、電源電圧Ｖｃｃである。したがって、算出部４２は、第１計算値として、Ｖｃｃ－Ｖ３を算出する。 The calculation unit 42 calculates the first calculated value using the first voltage measured value Vout1 at the first output terminal 28 of the bridge circuit 20 and a predetermined constant. In this example, the predetermined constant may be a known power supply voltage value Vcc. In this example, the first calculated value is the difference between the excitation voltage Vex applied between the high potential terminal 26 and the low potential terminal 27 and the voltage V3 across the piezo resistance element 21-3 (R3). Therefore, the calculation unit 42 of this example uses the first voltage measured value Vout1 and the known voltage value Vcc to obtain the excitation voltage Vex and the piezo resistance element 21-3 (R3), which is an example of the first piezo resistance element. The difference from the voltage between both ends of the above may be calculated as the first calculated value. In this example, the excitation voltage Vex is the power supply voltage Vcc. Therefore, the calculation unit 42 calculates Vcc-V3 as the first calculated value.

比較部４４は、第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２から得られた値と第１計算値とを比較する。本例では、比較部４４は、第２ピエゾ抵抗素子の一例であるピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４と、第１計算値であるＶｃｃ－Ｖ３とを比較する。ピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４は、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２から得られる。本例では、ピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４は、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２に等しい。 The comparison unit 44 compares the value obtained from the second voltage measured value Vout2 at the second output terminal 29 with the first calculated value. In this example, the comparison unit 44 compares the voltage V4 between both ends of the piezo resistance element 21-4 (R4), which is an example of the second piezo resistance element, with Vcc-V3, which is the first calculated value. The voltage V4 between both ends of the piezo resistance element 21-4 (R4) is obtained from the second voltage measurement value Vout2. In this example, the voltage V4 between both ends of the piezo resistance element 21-4 (R4) is equal to the second voltage measurement value Vout2.

診断部４６は、比較部４４による比較結果に基づいて、圧力測定装置１の動作状態を診断する。動作状態の診断には、故障診断が含まれてよい。例えば、動作状態の診断には、故障の検知が含まれる。診断部４６は、ピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４と第１計算値であるＶｃｃ－Ｖ３との差が、予め定められた値を超える場合に、圧力測定装置１において異常が生じていると診断する。以下に、本実施形態における動作状態診断の動作について説明する。 The diagnosis unit 46 diagnoses the operating state of the pressure measuring device 1 based on the comparison result by the comparison unit 44. Diagnosis of operating conditions may include failure diagnosis. For example, the diagnosis of the operating state includes the detection of a failure. The diagnostic unit 46 determines in the pressure measuring device 1 when the difference between the voltage V4 between both ends of the piezo resistance element 21-4 (R4) and the first calculated value Vcc-V3 exceeds a predetermined value. Diagnose that something is wrong. The operation of the operation state diagnosis in the present embodiment will be described below.

複数のピエゾ抵抗素子２１である抵抗Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４のそれぞれの両端間の電圧をＶ１、Ｖ３、Ｖ４とすると、各電圧は以下に示す式で表すことができる。ここで、Ｒ１０、Ｒ２０、Ｒ３０、およびＲ４０は、圧力印加の無い状態での各ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値である。ｋａおよびｋｂは、圧力に対する抵抗変化率であり、ｐは印加圧力である。 Assuming that the voltages between the respective ends of the resistors R1, R3, and R4, which are the plurality of piezo resistance elements 21, are V1, V3, and V4, each voltage can be expressed by the following equation. Here, R10, R20 , R30 , and R40 are resistance values of each piezo resistance element 21 in a state where no pressure is applied. ka and kb are the rate of change in resistance with respect to pressure, and p is the applied pressure.

Figure 0006992412000001
Figure 0006992412000001

ここで、各ピエゾ抵抗素子２１は、ほぼ同じ抵抗値となるように設計されている。ほぼ同じとは、たとえば、各ピエゾ抵抗素子２１のバラツキが１０％以内となることを意味してよい。Ｒ１０＝Ｒ２０＝Ｒ３０＝Ｒ４０であるとすると、圧力測定装置１におけるブリッジ回路２０等が正常である場合には、ブリッジ回路２０の対称性から、式（５）および式（７）が等しくなる。すなわち、Ｖ１とＶ４は同じ値となる。 Here, each piezo resistance element 21 is designed to have substantially the same resistance value. Almost the same may mean, for example, that the variation of each piezo resistance element 21 is within 10%. Assuming that R1 0 = R2 0 = R30 = R40 , when the bridge circuit 20 and the like in the pressure measuring device 1 are normal, the equations (5) and (7) are obtained from the symmetry of the bridge circuit 20. Are equal. That is, V1 and V4 have the same value.

ここで、式（３）より電圧Ｖ１は、既知である電源電圧Ｖｃｃと、測定値である電圧Ｖ３の差を計算することで取得することができることが分かる。したがって、圧力測定装置１が正常である場合は、ピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４と第１計算値であるＶｃｃ－Ｖ３とは同じ値となる。 Here, it can be seen from the equation (3) that the voltage V1 can be obtained by calculating the difference between the known power supply voltage Vcc and the measured value voltage V3. Therefore, when the pressure measuring device 1 is normal, the voltage V4 between both ends of the piezo resistance element 21-4 (R4) and the first calculated value Vcc-V3 are the same values.

ここで、一つのピエゾ抵抗素子２１に異常が生じた場合は、ブリッジ回路２０における対称性が失われるため、ＶｃｃとＶ３の差である第１計算値と、電圧Ｖ４の値とが乖離する。したがって、比較部４４が、第１計算値Ｖｃｃ－Ｖ３と、電圧Ｖ４との差を計算し、第１計算値Ｖｃｃ－Ｖ３と、電圧Ｖ４との差が、閾値を超えた場合には、診断部４６は、圧力測定装置１に異常が生じたと判断する。 Here, when an abnormality occurs in one piezo resistance element 21, the symmetry in the bridge circuit 20 is lost, so that the first calculated value, which is the difference between Vcc and V3, and the value of the voltage V4 deviate from each other. Therefore, the comparison unit 44 calculates the difference between the first calculated value Vcc-V3 and the voltage V4, and diagnoses when the difference between the first calculated value Vcc-V3 and the voltage V4 exceeds the threshold value. The unit 46 determines that an abnormality has occurred in the pressure measuring device 1.

図３は、圧力測定装置１の変形例の概略構成を示す図である。本変形例の圧力測定装置１においては、算出部４２が、補正部４３を備える。補正部４３は、ダイアフラム部１０に圧力が印加されていない状態での複数のピエゾ抵抗素子２１－１から２１－４の各抵抗値Ｒ１０、Ｒ２０、Ｒ３０、Ｒ４０に基づいて、差分（Ｖｃｃ－Ｖ３）を補正する。補正部４３を備えることを除いて、本変形例の圧力測定装置１は、図１および図２に示される圧力測定装置１と同様の構造を有する。したがって、繰り返しの説明は省略する。 FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a modified example of the pressure measuring device 1. In the pressure measuring device 1 of this modification, the calculation unit 42 includes a correction unit 43. The correction unit 43 makes a difference based on the resistance values R10 , R20 , R30 , and R40 of the plurality of piezo resistance elements 21-1 to 21-4 when no pressure is applied to the diaphragm unit 10. (Vcc-V3) is corrected. The pressure measuring device 1 of the present modification has the same structure as the pressure measuring device 1 shown in FIGS. 1 and 2 except that the correction unit 43 is provided. Therefore, the repeated description will be omitted.

ダイアフラム部１０に対するピエゾ抵抗素子２１－１から２１－４の配置位置の違いおよびピエゾ抵抗素子２１－１から２１－４の特性バラツキに起因して、ピエゾ抵抗素子２１－１から２１－４の抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の値が、互いにわずかに異なる場合がある。この場合、補正部４３は、ＶｃｃとＶ３との差分に補正係数αを乗じて、差分を補正する。そして、算出部４２は、補正部４３によって補正された差分であるα（Ｖｃｃ－Ｖ３）を第１計算値として算出する。補正係数αは、ピエゾ抵抗素子２１－１から２１－４の各抵抗値Ｒ１０、Ｒ２０、Ｒ３０、Ｒ４０の違いを補正するための係数である。 The resistance of the piezo resistance elements 21-1 to 21-4 due to the difference in the arrangement position of the piezo resistance elements 21-1 to 21-4 with respect to the diaphragm portion 10 and the characteristic variation of the piezo resistance elements 21-1 to 21-4. The values of R1, R2, R3, and R4 may be slightly different from each other. In this case, the correction unit 43 corrects the difference by multiplying the difference between Vcc and V3 by the correction coefficient α. Then, the calculation unit 42 calculates α (Vcc—V3), which is the difference corrected by the correction unit 43, as the first calculated value. The correction coefficient α is a coefficient for correcting the difference between the resistance values R10 , R2 0 , R30 , and R40 of the piezo resistance elements 21-1 to 21-4.

具体的には、上述した式（２）、式（５）、式（７）における抵抗変化率ｋａおよびｋｂは、ほぼ同じになるように複数のピエゾ抵抗素子２１が設計されている。そのため、式（２）、式（５）、式（７）における分母においては、圧力印加が無い状態での抵抗値の和、すなわち、Ｒ１０＋Ｒ３０およびＲ２０＋Ｒ４０が支配的である。したがって、補正部４３は、以下のような式（８）により補正係数αを計算してよい。算出部４２は、補正係数を差分（Ｖｃｃ－Ｖ３）に乗じて第１計算値Ｖ１´を算出する。診断部４６は、第１計算値Ｖ１´（α（Ｖｃｃ－Ｖ３））と電圧Ｖ４とを比較して、圧力測定装置１に異常が生じたか否かを診断する。 Specifically, the plurality of piezo resistance elements 21 are designed so that the resistance change rates ka and kb in the above-mentioned equations (2), (5), and (7) are substantially the same. Therefore, in the denominators in the equations (2), (5), and (7), the sum of the resistance values in the absence of pressure application, that is, R1 0 + R30 and R2 0 + R40 are dominant. Therefore, the correction unit 43 may calculate the correction coefficient α by the following equation (8). The calculation unit 42 calculates the first calculated value V1'by multiplying the correction coefficient by the difference (Vcc-V3). The diagnostic unit 46 compares the first calculated value V1'(α (Vcc-V3)) with the voltage V4 to diagnose whether or not an abnormality has occurred in the pressure measuring device 1.

Figure 0006992412000002
Figure 0006992412000002

なお、圧力測定装置１の動作状態が正常であり、さらに、補正部４３による補正を実行したとしても、測定ノイズ等により第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４とは完全には一致しない。したがって、診断部４６は、妥当な許容値を設けて動作状態を診断してよい。具体的には、診断部４６は、第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４との差分の絶対値｜Ｖ１´－Ｖ４｜が、閾値を超えたら、異常が発生していると判定してよい。閾値の値は、測定ノイズ等の影響を考慮して、適宜に設定してよい。なお、圧力測定装置１が正常である場合には、理想的には、圧力によらず電圧Ｖ１（第１計算値Ｖｃｃ－Ｖ３）と電圧Ｖ４の差がゼロになる。したがって、閾値は、圧力によらず一定であってよい。但し、閾値を圧力に応じて変更してもよい。式（５）および式（７）において、圧力に対する抵抗変化率ｋａおよびｋｂがほぼ等しいと仮定すると、Ｒ１０とＲ４０が理想的に等しい値ではなく、補正係数αによる補正を実行したとしても補正係数の精度（補正係数算出時の抵抗値の測定精度）などにより完全に一致しない場合、電圧Ｖ１と電圧Ｖ４との差が圧力に比例する。そのため、異常のモードが抵抗変化率ｋａなどの変化（悪化）である場合は圧力が小さくなるほど変化量Ｖ１－Ｖ４は小さくなる。したがって、処理部４０は、圧力が小さくなるほど閾値を小さくし、圧力が大きくなるほど閾値を大きくしてよい。このように構成することによって、圧力が小さくなった場合において異常の検知精度を維持しつつ、圧力が大きくなった場合において圧力測定装置１が正常であるにもかかわらず異常が生じたと誤検知することを防止してよい。 Even if the operating state of the pressure measuring device 1 is normal and the correction is performed by the correction unit 43, the first calculated value V1'and the voltage V4 do not completely match due to measurement noise or the like. Therefore, the diagnostic unit 46 may set an appropriate allowable value to diagnose the operating state. Specifically, the diagnostic unit 46 may determine that an abnormality has occurred when the absolute value | V1'-V4 | of the difference between the first calculated value V1'and the voltage V4 exceeds the threshold value. The threshold value may be appropriately set in consideration of the influence of measurement noise and the like. When the pressure measuring device 1 is normal, ideally, the difference between the voltage V1 (first calculated value Vcc-V3) and the voltage V4 becomes zero regardless of the pressure. Therefore, the threshold value may be constant regardless of the pressure. However, the threshold value may be changed according to the pressure. Assuming that the resistance change rates ka and kb with respect to the pressure are almost equal in the equations ( 5 ) and (7), even if R10 and R40 are not ideally equal values and the correction by the correction coefficient α is performed. If they do not completely match due to the accuracy of the correction coefficient (measurement accuracy of the resistance value at the time of calculating the correction coefficient), the difference between the voltage V1 and the voltage V4 is proportional to the pressure. Therefore, when the abnormal mode is a change (deterioration) such as a resistance change rate ka, the change amount V1-V4 becomes smaller as the pressure becomes smaller. Therefore, the processing unit 40 may decrease the threshold value as the pressure decreases and increase the threshold value as the pressure increases. With this configuration, while maintaining the abnormality detection accuracy when the pressure decreases, it is erroneously detected that an abnormality has occurred even though the pressure measuring device 1 is normal when the pressure increases. You may prevent that.

動作状態の診断の一例として、第１実施形態の圧力測定装置１による処理を適用した場合の特性例を図４から図７に示す。図４は、第１実施形態における正常時の出力例を示す図である。図４において、Ｖ３は、ピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）の両端の電圧であり、本例では、第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１である。Ｖ４は、ピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）の両端の電圧であり、本例では、第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２である。Ｖ１´は、式（９）により、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ３）と、既知の電源電圧値Ｖｃｃとから算出した第１計算値である。本例では、補正部４３によって補正された第１計算値Ｖ１´を用いている。 As an example of the diagnosis of the operating state, FIG. 4 to FIG. 7 show characteristic examples when the processing by the pressure measuring device 1 of the first embodiment is applied. FIG. 4 is a diagram showing an example of output in a normal state in the first embodiment. In FIG. 4, V3 is the voltage across the piezo resistance element 21-3 (R3), and in this example, is the first voltage measured value Vout1 at the first output terminal 28. V4 is the voltage across the piezo resistance element 21-4 (R4), and in this example, is the second voltage measured value Vout2 at the second output terminal 29. V1'is a first calculated value calculated from the first voltage measured value Vout1 (V3) and the known power supply voltage value Vcc according to the equation (9). In this example, the first calculated value V1'corrected by the correction unit 43 is used.

図４の横軸は、ダイアフラム部１０への入力圧（％）を示している。本例では、ダイアフラム部１０への圧力が高くなるのにしたがって、電圧Ｖ３は減少し、電圧Ｖ４および第１計算値Ｖ１´は増加する。図４に示されるとおり、圧力測定装置１が正常である状態では、第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４とは、ほとんど一致する。 The horizontal axis of FIG. 4 shows the input pressure (%) to the diaphragm portion 10. In this example, as the pressure on the diaphragm portion 10 increases, the voltage V3 decreases, and the voltage V4 and the first calculated value V1'increase. As shown in FIG. 4, in the state where the pressure measuring device 1 is normal, the first calculated value V1'and the voltage V4 almost coincide with each other.

図５は、第１実施形態における正常時の電圧差の一例を示す図である。図５の横軸は、ダイアフラム部１０への入力圧（％）を示している。図５の縦軸は、第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４との差を示している。圧力測定装置１が正常である状態では、第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４との差は、０付近に留まる。第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４との差が、下限閾値以上、上限閾値以下の範囲内に留まるので、診断部４６は、圧力測定装置１が正常であると診断することができる。図５では、上限閾値および下限閾値とも、圧力によらず一定の場合を示している。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a voltage difference in a normal state in the first embodiment. The horizontal axis of FIG. 5 shows the input pressure (%) to the diaphragm portion 10. The vertical axis of FIG. 5 shows the difference between the first calculated value V1'and the voltage V4. When the pressure measuring device 1 is normal, the difference between the first calculated value V1'and the voltage V4 remains near 0. Since the difference between the first calculated value V1'and the voltage V4 remains within the range of the lower limit threshold value or more and the upper limit threshold value or less, the diagnostic unit 46 can diagnose that the pressure measuring device 1 is normal. FIG. 5 shows a case where both the upper limit threshold value and the lower limit threshold value are constant regardless of the pressure.

図６は、第１実施形態における異常時の出力例を示す図である。図７は、第１実施形態における異常時の電圧差の一例を示す図である。図６および図７において、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ１´、横軸、および縦軸が示す事項は、図４および図５の場合と同様である。図６および図７は、ダイアフラム部１０への入力圧８３％付近において、ピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）に異常が生じた場合を例示する。図６に示されるとおり、圧力測定装置１に異常が生じた場合には、第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４とが乖離する。したがって、図７に示されるとおり、圧力測定装置１に異常が生じた場合には、第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４との差が、下限閾値以上および上限閾値以下で与えられる正常な範囲から外れる。本例では、第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４との差が下限閾値を下回っている。したがって、診断部４６は、圧力測定装置１に異常が発生したと診断することができる。 FIG. 6 is a diagram showing an example of output at the time of abnormality in the first embodiment. FIG. 7 is a diagram showing an example of a voltage difference at the time of abnormality in the first embodiment. In FIGS. 6 and 7, the matters indicated by V3, V4, V1', the horizontal axis, and the vertical axis are the same as those in FIGS. 4 and 5. 6 and 7 exemplify a case where an abnormality occurs in the piezo resistance element 21-4 (R4) in the vicinity of an input pressure of 83% to the diaphragm portion 10. As shown in FIG. 6, when an abnormality occurs in the pressure measuring device 1, the first calculated value V1'and the voltage V4 deviate from each other. Therefore, as shown in FIG. 7, when an abnormality occurs in the pressure measuring device 1, the difference between the first calculated value V1'and the voltage V4 is within the normal range given by the lower limit threshold value or more and the upper limit threshold value or less. It comes off. In this example, the difference between the first calculated value V1'and the voltage V4 is below the lower limit threshold value. Therefore, the diagnostic unit 46 can diagnose that an abnormality has occurred in the pressure measuring device 1.

図８は、第１実施形態における圧力測定装置１による処理の一例を示すフローチャートである。図８は、ダイアフラム部１０と複数のピエゾ抵抗素子２１とを備える圧力測定装置１の動作状態診断方法の一例を示す。 FIG. 8 is a flowchart showing an example of processing by the pressure measuring device 1 in the first embodiment. FIG. 8 shows an example of an operation state diagnosis method of a pressure measuring device 1 including a diaphragm portion 10 and a plurality of piezo resistance elements 21.

算出部４２は、ブリッジ回路２０の第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１を取得する（ステップＳ１０１）。本例では、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１は、ピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）の両端の電圧Ｖ３に対応する。算出部４２は、ブリッジ回路２０の第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２を取得する（ステップＳ１０２）。本例では、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２は、ピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）の両端の電圧Ｖ４に対応する。ステップＳ１０１とステップＳ１０２の順序は、この場合に限定されない。 The calculation unit 42 acquires the first voltage measured value Vout1 at the first output terminal 28 of the bridge circuit 20 (step S101). In this example, the first voltage measurement value Vout1 corresponds to the voltage V3 across the piezo resistance element 21-3 (R3). The calculation unit 42 acquires the second voltage measured value Vout2 at the second output terminal 29 of the bridge circuit 20 (step S102). In this example, the second voltage measurement value Vout2 corresponds to the voltage V4 across the piezo resistance element 21-4 (R4). The order of steps S101 and S102 is not limited to this case.

算出部４２は、第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１と、既知の電源電圧Ｖｃｃを用いて、第１計算値として、励起電圧Ｖｅｘと、ピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）の両端の電圧Ｖ３との差分を算出する（ステップＳ１０３）。既知の電源電圧Ｖｃｃは、記憶部５０に予め格納されていてもよい。なお、本例では、電源電圧Ｖｃｃ自体が、励起電圧Ｖｅｘであり、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１がＶ３であるので、算出部４２は、Ｖｃｃ－Ｖｏｕｔ１を算出してよい。 The calculation unit 42 uses the first voltage measurement value Vout1 at the first output terminal 28 and the known power supply voltage Vcc, and uses the excitation voltage Vex and both ends of the piezo resistance element 21-3 (R3) as the first calculation values. The difference from the voltage V3 of the above is calculated (step S103). The known power supply voltage Vcc may be stored in the storage unit 50 in advance. In this example, since the power supply voltage Vcc itself is the excitation voltage Vex and the first voltage measured value Vout1 is V3, the calculation unit 42 may calculate Vcc-Vout1.

補正部４３は、ダイアフラム部１０に圧力が印加されていない状態での複数のピエゾ抵抗素子２１－１から２１－４の各抵抗値Ｒ１０、Ｒ２０、Ｒ３０、Ｒ４０に基づいて、差分（Ｖｃｃ－Ｖ３）を補正する（ステップＳ１０４）。補正部４３は、差分（Ｖｃｃ－Ｖ３）に補正係数αを乗じて、第１計算値（Ｖ１´）を算出してよい。但し、ステップＳ１０４の処理は、省略してもよい。ステップＳ１０１からステップＳ１０４の処理は、ブリッジ回路２０の第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１と、予め定められた定数（既知の電源電圧Ｖｃｃ）とを用いて第１計算値を算出する段階の一例に対応する。 The correction unit 43 makes a difference based on the resistance values R10 , R20 , R30 , and R40 of the plurality of piezo resistance elements 21-1 to 21-4 when no pressure is applied to the diaphragm unit 10. (Vcc-V3) is corrected (step S104). The correction unit 43 may calculate the first calculated value (V1') by multiplying the difference (Vcc-V3) by the correction coefficient α. However, the process of step S104 may be omitted. In the process from step S101 to step S104, the first calculated value is calculated using the first voltage measured value Vout1 in the first output terminal 28 of the bridge circuit 20 and a predetermined constant (known power supply voltage Vcc). Corresponds to an example of the stage.

比較部４４は、第１計算値（Ｖ１´）と、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２とを比較する（ステップＳ１０５）。本例では、第２電圧測定値Ｖｏｕｔは、ピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）の両端の電圧Ｖ４に対応する。第１計算値（Ｖ１´）と電圧Ｖ４との差の絶対値｜Ｖ１´－Ｖ４｜が閾値を超える場合には（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、診断部４６は、圧力測定装置１において異常が生じたと診断する（ステップＳ１０７）。第１計算値（Ｖ１´）と電圧Ｖ４との差の絶対値｜Ｖ１´－Ｖ４｜が閾値以下である場合には（ステップＳ１０６：ＮＯ）、圧力測定装置１が正常である。したがって、処理は、ステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１０５の処理は、ブリッジ回路２０において第１出力端子２８と異なる第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔから得られた値と第１計算値とを比較する段階に対応する。ステップＳ１０６およびステップＳ１０７の処理は、比較結果に基づいて、圧力測定装置１の動作状態を診断する段階に対応する。 The comparison unit 44 compares the first calculated value (V1') with the second voltage measured value Vout2 (step S105). In this example, the second voltage measurement value Vout corresponds to the voltage V4 across the piezo resistance element 21-4 (R4). When the absolute value | V1'-V4 | of the difference between the first calculated value (V1') and the voltage V4 exceeds the threshold value (step S106: YES), the diagnostic unit 46 has an abnormality in the pressure measuring device 1. (Step S107). When the absolute value | V1'-V4 | of the difference between the first calculated value (V1') and the voltage V4 is equal to or less than the threshold value (step S106: NO), the pressure measuring device 1 is normal. Therefore, the process returns to step S101. The process of step S105 corresponds to a step of comparing the value obtained from the second voltage measured value Vout at the second output terminal 29, which is different from the first output terminal 28, with the first calculated value in the bridge circuit 20. The processing of step S106 and step S107 corresponds to the step of diagnosing the operating state of the pressure measuring device 1 based on the comparison result.

第１実施形態における圧力測定装置１によれば、２つのセンサを用いてセンサの二重化をしないので、圧力測定装置１のサイズおよびコストの増大を抑制できる。また、ダイアフラム部１０にブリッジ回路を複数形成しなくてもよいので、基板を含むセンサを小型化できる。さらに、圧力検出用のブリッジ回路２０の第１出力端子２８および第２出力端子２９を、動作状態診断用の端子として兼用することができる。したがって、別途に動作状態診断用の端子を設ける必要がないため、センサを小型化することができる。ＡＤ変換部３０についても、圧力検出用のＡＤ変換回路を兼用してもよい。 According to the pressure measuring device 1 in the first embodiment, since the sensors are not duplicated by using the two sensors, it is possible to suppress an increase in the size and cost of the pressure measuring device 1. Further, since it is not necessary to form a plurality of bridge circuits in the diaphragm portion 10, the sensor including the substrate can be miniaturized. Further, the first output terminal 28 and the second output terminal 29 of the bridge circuit 20 for pressure detection can also be used as terminals for diagnosing the operating state. Therefore, since it is not necessary to separately provide a terminal for diagnosing the operating state, the sensor can be miniaturized. The AD conversion unit 30 may also use an AD conversion circuit for pressure detection.

したがって、本実施形態の圧力測定装置１によれば、簡便な回路構成により動作状態を診断することができる圧力測定装置１を提供することができる。また、補正部４３によって補正する場合には、ダイアフラム部１０に対するピエゾ抵抗素子２１－１から２１－４の配置位置の違いおよびピエゾ抵抗素子２１－１から２１－４の特性バラツキを考慮して、正確に動作状態診断することが可能である。 Therefore, according to the pressure measuring device 1 of the present embodiment, it is possible to provide the pressure measuring device 1 capable of diagnosing the operating state with a simple circuit configuration. Further, when the correction is performed by the correction unit 43, the difference in the arrangement position of the piezo resistance elements 21-1 to 21-4 with respect to the diaphragm unit 10 and the characteristic variation of the piezo resistance elements 21-1 to 21-4 are taken into consideration. It is possible to accurately diagnose the operating state.

図９は、本発明の第２実施形態における圧力測定装置１の概略構成を示す図である。第１実施形態においては、ブリッジ回路２０を構成する一部のピエゾ抵抗素子２１の異常を診断する場合を説明した。しかしながら、圧力測定装置１には、経年劣化による抵抗値の変化のように、複数のピエゾ抵抗素子２１全体に影響し、ブリッジ回路２０における対称性を失わないタイプの異常が生じる場合があり得る。そこで、第２実施形態の圧力測定装置１は、一部のピエゾ抵抗素子２１が異常となった場合と、複数のピエゾ抵抗素子２１の全体が異常となった場合の双方を診断することを可能とする。 FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of the pressure measuring device 1 according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the case of diagnosing an abnormality of a part of the piezo resistance elements 21 constituting the bridge circuit 20 has been described. However, the pressure measuring device 1 may have a type of abnormality that affects the entire plurality of piezo resistance elements 21 and does not lose the symmetry in the bridge circuit 20, such as a change in the resistance value due to aged deterioration. Therefore, the pressure measuring device 1 of the second embodiment can diagnose both the case where a part of the piezo resistance elements 21 becomes abnormal and the case where the entire plurality of piezo resistance elements 21 become abnormal. And.

本実施形態の圧力測定装置１は、固定抵抗器６０を備える。図９において、固定抵抗器６０は、抵抗Ｒ５と表示されている。固定抵抗器６０は、ＡＤ変換部３０等が配置されている回路基板上に配置されてよい。但し、ピエゾ抵抗素子２１が形成される半導体基板の拡散抵抗を固定抵抗器６０として用いてもよい。固定抵抗器６０が、ダイアフラム上に形成されている場合には、圧力変化による歪みの影響を受ける可能性がある。したがって、固定抵抗器６０は、半導体基板上において、歪みの影響を受けにくい位置に設けられてよい。例えば、固定抵抗器６０は、空洞部１２から離隔して配置されてよい。固定抵抗器６０は、高電位端子２６および低電位端子２７の一方に電気的に接続される。本例では、固定抵抗器６０は、低電位端子２７に電気的に接続される。固定抵抗器６０の一端は、低電位端子２７に接続され、固定抵抗器６０の他端は、グランド電位（ＧＮＤ）に接続されてよい。固定抵抗器６０の抵抗値は、後段のＡＤ変換部３０の分解能に応じて設計されてよい。但し、好ましくは、固定抵抗器６０（Ｒ５）の抵抗値は、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値と同程度であることが望ましい。一例において、固定抵抗器６０（Ｒ５）の抵抗値は、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値の１／１０以上、１０倍以下であってよく、より好ましくは、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値の１／１０以上、１倍以下であってよい。ピエゾ抵抗素子２１が数ｋΩの場合に、固定抵抗器６０の抵抗値は、１ｋΩ程度であってよい。固定抵抗器６０の抵抗値が大きくなりすぎると、相対的にピエゾ抵抗素子２１の変化による算出値の変化（Ｖ５ 後述する式（２６））が小さくなるため、ピエゾ抵抗素子に比べて固定抵抗は大きくなりすぎないことが望ましい。一方、固定抵抗器６０の抵抗値が、小さすぎると、算出値はピエゾ抵抗素子２１に対する固定抵抗器６０抵抗値の比率であることから、算出値の値そのものが小さくなる。したがって、固定抵抗器６０の抵抗値が小さすぎるのも望ましくない。 The pressure measuring device 1 of the present embodiment includes a fixed resistor 60. In FIG. 9, the fixed resistor 60 is labeled as resistance R5. The fixed resistor 60 may be arranged on a circuit board in which the AD conversion unit 30 and the like are arranged. However, the diffusion resistance of the semiconductor substrate on which the piezo resistance element 21 is formed may be used as the fixed resistor 60. When the fixed resistor 60 is formed on the diaphragm, it may be affected by the strain due to the pressure change. Therefore, the fixed resistor 60 may be provided at a position on the semiconductor substrate that is not easily affected by distortion. For example, the fixed resistor 60 may be disposed apart from the cavity 12. The fixed resistor 60 is electrically connected to one of the high potential terminal 26 and the low potential terminal 27. In this example, the fixed resistor 60 is electrically connected to the low potential terminal 27. One end of the fixed resistor 60 may be connected to the low potential terminal 27 and the other end of the fixed resistor 60 may be connected to the ground potential (GND). The resistance value of the fixed resistor 60 may be designed according to the resolution of the AD conversion unit 30 in the subsequent stage. However, it is preferable that the resistance value of the fixed resistor 60 (R5) is about the same as the resistance value of the piezo resistance element 21. In one example, the resistance value of the fixed resistor 60 (R5) may be 1/10 or more and 10 times or less of the resistance value of the piezo resistance element 21, and more preferably 1/10 of the resistance value of the piezo resistance element 21. It may be 10 or more and 1 times or less. When the piezo resistance element 21 is several kΩ, the resistance value of the fixed resistor 60 may be about 1 kΩ. If the resistance value of the fixed resistor 60 becomes too large, the change in the calculated value due to the change in the piezo resistance element 21 (V5 equation (26) described later) becomes relatively small, so that the fixed resistance is higher than that of the piezo resistance element. It is desirable not to grow too large. On the other hand, if the resistance value of the fixed resistor 60 is too small, the calculated value is the ratio of the fixed resistance 60 resistance value to the piezo resistance element 21, so that the calculated value itself becomes small. Therefore, it is not desirable that the resistance value of the fixed resistor 60 is too small.

第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（電圧Ｖ１３）と、第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（電圧Ｖ２４）がそれぞれ取得されて、ＡＤ変換部３０によってデジタル値に変換される。なお、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１は、グランド電位に対する第１出力端子２８の電圧であってよく、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２は、グランド電位に対する第２出力端子２９の電圧であってよい。 The first voltage measured value Vout1 (voltage V13) at the first output terminal 28 and the second voltage measured value Vout2 (voltage V24) at the second output terminal 29 are acquired and converted into digital values by the AD conversion unit 30. To. The first voltage measured value Vout1 may be the voltage of the first output terminal 28 with respect to the ground potential, and the second voltage measured value Vout2 may be the voltage of the second output terminal 29 with respect to the ground potential.

さらに、本例では、固定抵抗器６０の一端が接続される接続端における電圧測定値Ｖｏｕｔ３が取得される。本例では、電圧測定値Ｖｏｕｔ３は、固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端の電圧Ｖ５に対応する。電圧測定値Ｖｏｕｔ３も、ＡＤ変換部３０によってデジタル値に変換されてよい。処理部４０は第２比較部４７を備える、第２比較部４７は、固定抵抗器６０の両端間の電圧測定値Ｖｏｕｔ３（Ｖ５）と、閾値とを比較する。閾値は、記憶部５０に予め格納されていてよい。診断部４６は、比較部４４による比較結果のみならず、さらに第２比較部４７による比較結果に基づいて、圧力測定装置１の動作状態を診断する。具体的には、診断部４６は、比較部４４による比較結果に基づいて、複数のピエゾ抵抗素子２１の一部に異常が生じたか否かを診断し、第２比較部４７による比較結果に基づいて、複数のピエゾ抵抗素子２１の全体に異常が生じたか否かを診断してよい。 Further, in this example, the voltage measurement value Vout3 at the connection end to which one end of the fixed resistor 60 is connected is acquired. In this example, the measured voltage value Vout3 corresponds to the voltage V5 across the fixed resistor 60 (R5). The voltage measurement value Vout3 may also be converted into a digital value by the AD conversion unit 30. The processing unit 40 includes a second comparison unit 47, which compares the voltage measurement value Vout3 (V5) between both ends of the fixed resistor 60 with the threshold value. The threshold value may be stored in advance in the storage unit 50. The diagnosis unit 46 diagnoses the operating state of the pressure measuring device 1 based not only on the comparison result by the comparison unit 44 but also on the comparison result by the second comparison unit 47. Specifically, the diagnostic unit 46 diagnoses whether or not an abnormality has occurred in a part of the plurality of piezo resistance elements 21 based on the comparison result by the comparison unit 44, and is based on the comparison result by the second comparison unit 47. Therefore, it may be diagnosed whether or not an abnormality has occurred in the entire plurality of piezo resistance elements 21.

本例の算出部４２は、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１と、既知の電圧値である電源電圧Ｖｃｃとを用いて、電圧比Ｘ１（＝（Ｖｅｘ－Ｖ３）／Ｖｅｘ）を第１計算値として算出する。電圧比Ｘ１は、高電位端子２６および低電位端子２７の間に印加される励起電圧Ｖｅｘと、ピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）の両端の電圧（Ｖ３）との差分（Ｖｅｘ－Ｖ３）を励起電圧Ｖｅｘで除算した値を意味する。なお、ピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）は、第１ピエゾ抵抗素子の一例である。 The calculation unit 42 of this example uses the first voltage measurement value Vout1 and the power supply voltage Vcc, which is a known voltage value, to calculate the voltage ratio X1 (= (Vex-V3) / Vex) as the first calculation value. do. The voltage ratio X1 is the difference (Vex-V3) between the excitation voltage Vex applied between the high potential terminal 26 and the low potential terminal 27 and the voltage (V3) across the piezo resistance element 21-3 (R3). It means the value divided by the excitation voltage Vex. The piezo resistance element 21-3 (R3) is an example of the first piezo resistance element.

また、処理部４０は、ピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４を励起電圧Ｖｅｘで除算した電圧比Ｘ４（Ｖ４／Ｖｅｘ）を算出する。ピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）は、第２ピエゾ抵抗素子の一例である。また、電圧比Ｘ４（Ｖ４／Ｖｅｘ）は、第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２から得られた値の一例である。本例では、比較部４４は、電圧比Ｘ４（Ｖ４／Ｖｅｘ）と、第１計算値である電圧比Ｘ１とを比較する。以上の点を除いて、本実施形態の圧力測定装置１の構成は、第１実施形態における圧力測定装置１と同様の構造を有する。したがって、繰り返しの説明を省略する。 Further, the processing unit 40 calculates a voltage ratio X4 (V4 / Vex) obtained by dividing the voltage V4 between both ends of the piezo resistance element 21-4 (R4) by the excitation voltage Vex. The piezo resistance element 21-4 (R4) is an example of the second piezo resistance element. Further, the voltage ratio X4 (V4 / Vex) is an example of the value obtained from the second voltage measured value Vout2 at the second output terminal 29. In this example, the comparison unit 44 compares the voltage ratio X4 (V4 / Vex) with the voltage ratio X1 which is the first calculated value. Except for the above points, the configuration of the pressure measuring device 1 of the present embodiment has the same structure as the pressure measuring device 1 of the first embodiment. Therefore, the repeated description will be omitted.

第２実施形態の圧力測定装置１は、複数のピエゾ抵抗素子２１のうち一部のピエゾ抵抗素子が異常となった場合は、圧力測定装置１は、第１実施形態の場合と同様に、４個のピエゾ抵抗素子の変化の対称性を利用して動作状態を診断する。一方、複数のピエゾ抵抗素子２１全体の抵抗値が異常となった場合は、圧力測定装置１は、ブリッジ回路２０の合成抵抗が変化する。そして、これに起因して固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端の電圧Ｖ５が変化する。電圧Ｖ５の変化を検出することによって、動作状態を診断する。以下に、本実施形態における動作状態診断の動作について説明する。 In the pressure measuring device 1 of the second embodiment, when a part of the piezo resistance elements 21 out of the plurality of piezo resistance elements becomes abnormal, the pressure measuring device 1 has 4 as in the case of the first embodiment. The operating state is diagnosed using the symmetry of the change of the individual piezo resistance elements. On the other hand, when the resistance value of the entire plurality of piezo resistance elements 21 becomes abnormal, the combined resistance of the bridge circuit 20 changes in the pressure measuring device 1. Then, due to this, the voltage V5 across the fixed resistor 60 (R5) changes. The operating state is diagnosed by detecting the change in the voltage V5. The operation of the operation state diagnosis in the present embodiment will be described below.

［第１診断処理］
まず、複数のピエゾ抵抗素子２１のうち一部のピエゾ抵抗素子において異常が生じたことを判定するための処理について説明する。複数のピエゾ抵抗素子２１である抵抗Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４のそれぞれの両端間の電圧をＶ１、Ｖ３、Ｖ４とすると、各電圧は以下に示す式で表すことができる。Ｖｅｘは、ブリッジ回路２０の励起電圧である。 [First diagnostic process]
First, a process for determining that an abnormality has occurred in some of the piezo resistance elements 21 among the plurality of piezo resistance elements 21 will be described. Assuming that the voltages between the respective ends of the resistors R1, R3, and R4, which are the plurality of piezo resistance elements 21, are V1, V3, and V4, each voltage can be expressed by the following equation. Vex is the excitation voltage of the bridge circuit 20.

Figure 0006992412000003
Figure 0006992412000003

ここで、励起電圧Ｖｅｘに対する電圧Ｖ３、Ｖ１、Ｖ４の電圧比は、式（１２）、式（１３）から、以下の式で表すことができる。 Here, the voltage ratios of the voltages V3, V1, and V4 to the excitation voltage Vex can be expressed by the following equations from the equations (12) and (13).

Figure 0006992412000004
Figure 0006992412000004

ここで、各ピエゾ抵抗素子２１は、ほぼ同じ抵抗値となるように設計されている。すなわち、Ｒ１０＝Ｒ２０＝Ｒ３０＝Ｒ４０である。したがって、圧力測定装置１におけるブリッジ回路２０等に異常がない場合には、ブリッジ回路２０の対称性から、式（１６）および式（１９）が等しくなる。すなわち、Ｘ１とＸ４は同じ値となる。 Here, each piezo resistance element 21 is designed to have substantially the same resistance value. That is, R1 0 = R2 0 = R3 0 = R40 . Therefore, when there is no abnormality in the bridge circuit 20 or the like in the pressure measuring device 1, the equations (16) and (19) become equal due to the symmetry of the bridge circuit 20. That is, X1 and X4 have the same value.

ここで、一つのピエゾ抵抗素子２１に異常が生じた場合は、ブリッジ回路２０における対称性が失われるため、Ｘ１の値とＸ４の値が乖離する。診断部４６は、Ｘ１の値とＸ４の値との乖離が所定の閾値を超えた場合に異常が生じたと判断する。 Here, when an abnormality occurs in one piezo resistance element 21, the symmetry in the bridge circuit 20 is lost, so that the value of X1 and the value of X4 deviate from each other. The diagnosis unit 46 determines that an abnormality has occurred when the deviation between the value of X1 and the value of X4 exceeds a predetermined threshold value.

以下に、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ（Ｖ１３）および第２電圧測定値Ｖｏｕｔ（Ｖ２４）から、電圧比Ｘ１と電圧比Ｘ４を算出する処理を説明する。図９に示される第２実施形態においては、励起電圧Ｖｅｘ、Ｖ３、およびＶ４は、以下の式で表すことができる。ここで、Ｖ５は、固定抵抗器６０の両端間の電圧測定値Ｖｏｕｔ３である。 Hereinafter, the process of calculating the voltage ratio X1 and the voltage ratio X4 from the first voltage measured value Vout (V13) and the second voltage measured value Vout (V24) will be described. In the second embodiment shown in FIG. 9, the excitation voltages Vex, V3, and V4 can be expressed by the following equations. Here, V5 is a voltage measured value Vout3 between both ends of the fixed resistor 60.

Figure 0006992412000005
Figure 0006992412000005

したがって、式（１１）、（１４）、（２０）、（２１）よりＸ１は以下の式で与えられる。 Therefore, from equations (11), (14), (20), and (21), X1 is given by the following equation.

Figure 0006992412000006
Figure 0006992412000006

また、式（１７）、（２０）、（２２）よりＸ４は以下の式で与えられる。 Further, from the equations (17), (20) and (22), X4 is given by the following equation.

Figure 0006992412000007
Figure 0006992412000007

上記の式（２３）によれば、算出部４２は、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ１３）と、固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端間の電圧測定値Ｖ５と、既知の電源電圧値Ｖｃｃとを用いて、電圧比Ｘ１を第１計算値として算出することができる。また、式（２４）によれば、電圧比Ｘ４は、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）から得られた値である。電圧比Ｘ４は、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）と、固定抵抗器Ｒ５の両端間の電圧測定値Ｖ５と、既知の電源電圧値Ｖｃｃとに基づいて得られる。 According to the above equation (23), the calculation unit 42 has a first voltage measurement value Vout1 (V13), a voltage measurement value V5 between both ends of the fixed resistor 60 (R5), and a known power supply voltage value Vcc. Can be used to calculate the voltage ratio X1 as the first calculated value. Further, according to the equation (24), the voltage ratio X4 is a value obtained from the second voltage measurement value Vout2 (V24). The voltage ratio X4 is obtained based on the second voltage measurement value Vout2 (V24), the voltage measurement value V5 between both ends of the fixed resistor R5, and the known power supply voltage value Vcc.

なお、図３において説明した変形例と同様に、第２実施形態の圧力測定装置１においても、補正部４３が設けられてもよい。この場合は、補正部４３は、Ｘ１に補正係数αを乗じて補正する。算出部４２は、補正係数αを電圧比Ｘ１に乗じて第１計算値Ｘ１´を算出する。この場合、ダイアフラム部１０に対するピエゾ抵抗素子２１－１から２１－４の配置位置の違いおよびピエゾ抵抗素子２１－１から２１－４での特性バラツキを考慮して、正確に動作状態を診断することが可能である。 As in the modification described with reference to FIG. 3, the pressure measuring device 1 of the second embodiment may also be provided with the correction unit 43. In this case, the correction unit 43 corrects by multiplying X1 by the correction coefficient α. The calculation unit 42 calculates the first calculated value X1'by multiplying the correction coefficient α by the voltage ratio X1. In this case, the operating state should be accurately diagnosed in consideration of the difference in the arrangement position of the piezo resistance elements 21-1 to 21-4 with respect to the diaphragm portion 10 and the characteristic variation between the piezo resistance elements 21-1 to 21-4. Is possible.

Figure 0006992412000008
Figure 0006992412000008

［第２診断処理］
次に、ブリッジ回路２０の対称性を失わず、複数のピエゾ抵抗素子２１の全体が異常となった場合の動作状態を判定するための処理について説明する。ブリッジ回路２０の合成抵抗をＲ´とすると、第２実施形態における固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端の電圧Ｖ５は、以下の式で表すことができる。 [Second diagnostic process]
Next, a process for determining the operating state when the entire plurality of piezo resistance elements 21 become abnormal without losing the symmetry of the bridge circuit 20 will be described. Assuming that the combined resistance of the bridge circuit 20 is R', the voltage V5 across the fixed resistor 60 (R5) in the second embodiment can be expressed by the following equation.

Figure 0006992412000009
Figure 0006992412000009

ここで，複数のピエゾ抵抗素子２１が正常な場合は、ブリッジ回路２０の対称性により、印加圧力によらず合成抵抗Ｒ´は、ほぼ一定である。しかしながら複数のピエゾ抵抗素子２１全体が異常となった場合は合成抵抗Ｒ´が変化する。そのため、上記の式（２６）にしたがって、合成抵抗Ｒ´の変化に応じて電圧Ｖ５の値が変化する。第２比較部４７は、固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端の電圧Ｖ５を閾値と比較する。診断部４６は、第２比較部４７の比較結果に基づいて、圧力測定装置１の動作状態を診断する。具体的には、固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端の電圧Ｖ５が閾値を超えた場合には、診断部４６は、圧力測定装置１において異常が生じたと判定する。 Here, when the plurality of piezo resistance elements 21 are normal, the combined resistance R'is substantially constant regardless of the applied pressure due to the symmetry of the bridge circuit 20. However, when the entire plurality of piezo resistance elements 21 become abnormal, the combined resistance R'changes. Therefore, according to the above equation (26), the value of the voltage V5 changes according to the change in the combined resistance R'. The second comparison unit 47 compares the voltage V5 across the fixed resistor 60 (R5) with the threshold value. The diagnosis unit 46 diagnoses the operating state of the pressure measuring device 1 based on the comparison result of the second comparison unit 47. Specifically, when the voltage V5 across the fixed resistor 60 (R5) exceeds the threshold value, the diagnostic unit 46 determines that an abnormality has occurred in the pressure measuring device 1.

図１０は、第２実施形態における圧力測定装置１による処理の一例を示すフローチャートである。図１０は、圧力測定装置１の動作状態診断方法の一例を示す。上述したとおり、圧力測定装置１は、第１診断処理（ステップＳ１０）と第２診断処理（ステップＳ２０）とを実行する。第１診断処理は、複数のピエゾ抵抗素子２１のうち一部のピエゾ抵抗素子において異常が生じたことを診断するための処理である。第２診断処理は、複数のピエゾ抵抗素子２１の全体が異常となったことを診断するための処理である。なお、第１診断処理（ステップＳ１０）と第２診断処理（ステップＳ２０）とを実行する順序は、図１０に示される場合に限られない。第１診断処理（ステップＳ１０）と第２診断処理（ステップＳ２０）は並行して実行されてもよい。 FIG. 10 is a flowchart showing an example of processing by the pressure measuring device 1 in the second embodiment. FIG. 10 shows an example of an operating state diagnosis method for the pressure measuring device 1. As described above, the pressure measuring device 1 executes the first diagnostic process (step S10) and the second diagnostic process (step S20). The first diagnostic process is a process for diagnosing that an abnormality has occurred in some of the piezo resistance elements 21 among the plurality of piezo resistance elements 21. The second diagnostic process is a process for diagnosing that the entire plurality of piezo resistance elements 21 have become abnormal. The order in which the first diagnostic process (step S10) and the second diagnostic process (step S20) are executed is not limited to the case shown in FIG. The first diagnostic process (step S10) and the second diagnostic process (step S20) may be executed in parallel.

図１１は、第１診断処理の一例を示すフローチャートである。図１１は、図１０のステップＳ１０のサブルーチンに対応する。算出部４２は、ブリッジ回路２０の第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ１３）を取得する（ステップＳ２０１）。算出部４２は、ブリッジ回路２０の第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）を取得する（ステップＳ２０２）。算出部４２は、固定抵抗器６０の両端の電圧Ｖ５を取得する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０１からステップＳ２０３の処理の順序は、図１１の場合に限られない。 FIG. 11 is a flowchart showing an example of the first diagnostic process. FIG. 11 corresponds to the subroutine in step S10 of FIG. The calculation unit 42 acquires the first voltage measured value Vout1 (V13) at the first output terminal 28 of the bridge circuit 20 (step S201). The calculation unit 42 acquires the second voltage measured value Vout2 (V24) at the second output terminal 29 of the bridge circuit 20 (step S202). The calculation unit 42 acquires the voltage V5 across the fixed resistor 60 (step S203). The order of processing from step S201 to step S203 is not limited to the case of FIG.

算出部４２は、第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ１３）と、固定抵抗器６０の両端の電圧Ｖ５と、既知の電源電圧Ｖｃｃを用いて、電圧比Ｘ１（＝（Ｖｅｘ－Ｖ３）／Ｖｅｘ）を第１計算値として算出する（ステップＳ２０４）。電圧比Ｘ１は、励起電圧Ｖｅｘとピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）の両端の電圧との差分を励起電圧で除算した値に相当する。算出部４２は、例えば、上述した式（２３）によって、電圧比Ｘ１を算出する。 The calculation unit 42 uses the first voltage measured value Vout1 (V13) at the first output terminal 28, the voltage V5 at both ends of the fixed resistor 60, and the known power supply voltage Vcc to obtain a voltage ratio X1 (= (Vex-). V3) / Vex) is calculated as the first calculated value (step S204). The voltage ratio X1 corresponds to a value obtained by dividing the difference between the excitation voltage Vex and the voltage across the piezo resistance element 21-3 (R3) by the excitation voltage. The calculation unit 42 calculates the voltage ratio X1 by, for example, the above-mentioned equation (23).

処理部４０は、第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）と、固定抵抗器６０の両端の電圧Ｖ５と、既知の電源電圧Ｖｃｃを用いて、電圧比Ｘ４（Ｖ４／Ｖｅｘ）を算出する（ステップＳ２０５）。電圧比Ｘ４は、ピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４を励起電圧Ｖｅｘで除算した値に相当する。算出部４２は、例えば、上述した式（２４）によって、電圧比Ｘ４を算出する。 The processing unit 40 uses a second voltage measured value Vout2 (V24) at the second output terminal 29, a voltage V5 at both ends of the fixed resistor 60, and a known power supply voltage Vcc to obtain a voltage ratio X4 (V4 / Vex). Is calculated (step S205). The voltage ratio X4 corresponds to a value obtained by dividing the voltage V4 between both ends of the piezo resistance element 21-4 (R4) by the excitation voltage Vex. The calculation unit 42 calculates the voltage ratio X4 by, for example, the above-mentioned equation (24).

補正部４３は、ダイアフラム部１０に圧力が印加されていない状態での複数のピエゾ抵抗素子２１の各抵抗値Ｒ１０、Ｒ２０、Ｒ３０、Ｒ４０に基づいて、電圧比Ｘ１（＝（Ｖｅｘ－Ｖ３）／Ｖｅｘ）を補正する（ステップＳ２０６）。補正部４３は、電圧比Ｘ１に補正係数αを乗じて、第１計算値（Ｘ１´）を算出してよい。但し、ステップＳ２０６の処理は、省略してもよい。ステップＳ２０１からステップＳ２０４、およびステップＳ２０６の処理は、ブリッジ回路２０の第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１と、予め定められた定数（既知の電源電圧Ｖｃｃ）とを用いて第１計算値を算出する段階の一例に対応する。 The correction unit 43 has a voltage ratio X1 ( = (Vex) based on the resistance values R10, R20 , R30 , and R40 of the plurality of piezo resistance elements 21 in a state where no pressure is applied to the diaphragm unit 10. -V3) / Vex) is corrected (step S206). The correction unit 43 may calculate the first calculated value (X1') by multiplying the voltage ratio X1 by the correction coefficient α. However, the process of step S206 may be omitted. The processing of steps S201 to S204 and step S206 is the first calculation using the first voltage measured value Vout1 at the first output terminal 28 of the bridge circuit 20 and a predetermined constant (known power supply voltage Vcc). Corresponds to an example of the stage of calculating the value.

比較部４４は、第１計算値（Ｘ１´）と、電圧比Ｘ４とを比較する（ステップＳ２０７）。第１計算値（Ｘ１´）と電圧比Ｘ４との差の絶対値｜Ｘ１´－Ｘ４｜が閾値を超える場合には（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、診断部４６は、圧力測定装置１において異常が生じたと診断する（ステップＳ２０９）。第１計算値（Ｘ１´）と電圧比Ｘ４との差の絶対値｜Ｘ１´－Ｘ４｜が閾値以下である場合には（ステップＳ２０８：ＮＯ）、圧力測定装置１が正常である。したがって、処理は、メインルーチンにリターンする。ステップＳ２０７の処理は、ブリッジ回路２０において第１出力端子２８と異なる第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔから得られた値と第１計算値とを比較する段階に対応する。ステップＳ２０８およびステップＳ２０９の処理は、比較結果に基づいて、圧力測定装置１の動作状態を診断する段階に対応する。 The comparison unit 44 compares the first calculated value (X1') with the voltage ratio X4 (step S207). When the absolute value | X1'-X4 | of the difference between the first calculated value (X1') and the voltage ratio X4 exceeds the threshold value (step S208: YES), the diagnostic unit 46 has an abnormality in the pressure measuring device 1. Diagnose that it has occurred (step S209). When the absolute value | X1'-X4 | of the difference between the first calculated value (X1') and the voltage ratio X4 is equal to or less than the threshold value (step S208: NO), the pressure measuring device 1 is normal. Therefore, the process returns to the main routine. The process of step S207 corresponds to a step of comparing the value obtained from the second voltage measured value Vout at the second output terminal 29, which is different from the first output terminal 28, with the first calculated value in the bridge circuit 20. The processing of step S208 and step S209 corresponds to the step of diagnosing the operating state of the pressure measuring device 1 based on the comparison result.

図１２は、第２診断処理の一例を示すフローチャートである。図１２は、図１０のステップＳ２０のサブルーチンに対応する。第２比較部４７は、固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端の電圧測定値（Ｖ５）を第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２と比較してよい（ステップＳ３０１）。第１閾値Ｐ１は、下限閾値であり、第２閾値Ｐ２は、上限閾値である。電圧測定値（Ｖ５）が第１閾値Ｐ１未満であるか第２閾値Ｐ２を超えた場合には（ステップＳ３０２：ＮＯ）、圧力測定装置１において異常が生じたと診断する（ステップＳ３０３）。固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端の電圧測定値（Ｖ５）が、第１閾値Ｐ１以上第２閾値Ｐ２以下である場合には（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、圧力測定装置１は正常である。したがって、処理は、メインルーチンにリターンする。 FIG. 12 is a flowchart showing an example of the second diagnostic process. FIG. 12 corresponds to the subroutine in step S20 of FIG. The second comparison unit 47 may compare the voltage measurement values (V5) across the fixed resistor 60 (R5) with the first threshold value P1 and the second threshold value P2 (step S301). The first threshold value P1 is the lower limit threshold value, and the second threshold value P2 is the upper limit threshold value. When the voltage measurement value (V5) is less than the first threshold value P1 or exceeds the second threshold value P2 (step S302: NO), it is diagnosed that an abnormality has occurred in the pressure measuring device 1 (step S303). When the voltage measurement value (V5) at both ends of the fixed resistor 60 (R5) is equal to or greater than the first threshold value P1 and equal to or less than the second threshold value P2 (step S302: YES), the pressure measuring device 1 is normal. Therefore, the process returns to the main routine.

第２実施形態の圧力測定装置１によれば、第１実施形態の圧力測定装置１と同様の効果に加えて、経年劣化による抵抗値の変化のように複数のピエゾ抵抗素子２１全体に影響してブリッジ回路２０における対称性を失わないタイプの異常についても診断することができる。 According to the pressure measuring device 1 of the second embodiment, in addition to the same effect as the pressure measuring device 1 of the first embodiment, it affects the entire plurality of piezo resistance elements 21 like a change in resistance value due to aged deterioration. It is also possible to diagnose a type of abnormality that does not lose symmetry in the bridge circuit 20.

なお、第２実施形態の圧力測定装置１では、第１診断処理および第２診断処理を共に実行するものを説明した。しかしながら、圧力測定装置１が、動作状態の診断以外を目的として固定抵抗器６０を備えており、第１診断処理のみを実行してもよい。一例において、ブリッジ回路２０の第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１および第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２の電圧を適切な範囲に調整するために、固定抵抗器６０が設けられてよい。この場合も、図１１で示されるように第１診断処理が実行される。 In the pressure measuring device 1 of the second embodiment, the one that executes both the first diagnostic process and the second diagnostic process has been described. However, the pressure measuring device 1 may include a fixed resistor 60 for purposes other than diagnosing the operating state, and may execute only the first diagnostic process. In one example, a fixed resistor 60 may be provided to adjust the voltage of the first voltage measurement value Vout1 and the second voltage measurement value Vout2 of the bridge circuit 20 to an appropriate range. Also in this case, the first diagnostic process is executed as shown in FIG.

図１３は、本発明の第３実施形態における圧力測定装置１の回路構成の一例を示す図である。本実施形態の圧力測定装置１は、固定抵抗器６０および固定抵抗器６２を備える。図１３において、固定抵抗器６０は、抵抗Ｒ６と表示されている。固定抵抗器６２は、抵抗Ｒ７と表示されている。固定抵抗器６０および固定抵抗器６２は、ＡＤ変換部３０等が配置されている回路基板上に配置されてよい。但し、ピエゾ抵抗素子２１が形成される半導体基板の拡散抵抗を固定抵抗器６０および固定抵抗器６２として用いてもよい。この場合、固定抵抗器６０および固定抵抗器６２は、半導体基板上において、歪みの影響を受けにくい位置に設けられてよい。本例では、ブリッジ回路２０の高電位端子２６および低電位端子２７の双方に、それぞれ固定抵抗器が接続されている。本例では、固定抵抗器６０は、低電位端子２７に電気的に接続される。固定抵抗器６０の一端は、低電位端子２７に接続され、固定抵抗器６０の他端は、グランド電位（ＧＮＤ）に接続されてよい。一方、固定抵抗器６２は、高電位端子２６に電気的に接続される。固定抵抗器６２の一端は、高電位端子２６に接続され、固定抵抗器６２の他端は、電源電圧（Ｖｃｃ）に接続されてよい。 FIG. 13 is a diagram showing an example of a circuit configuration of the pressure measuring device 1 according to the third embodiment of the present invention. The pressure measuring device 1 of the present embodiment includes a fixed resistor 60 and a fixed resistor 62. In FIG. 13, the fixed resistor 60 is labeled as resistance R6. The fixed resistor 62 is labeled as resistance R7. The fixed resistor 60 and the fixed resistor 62 may be arranged on a circuit board in which the AD conversion unit 30 and the like are arranged. However, the diffusion resistance of the semiconductor substrate on which the piezo resistance element 21 is formed may be used as the fixed resistor 60 and the fixed resistor 62. In this case, the fixed resistor 60 and the fixed resistor 62 may be provided at positions on the semiconductor substrate that are not easily affected by distortion. In this example, fixed resistors are connected to both the high-potential terminal 26 and the low-potential terminal 27 of the bridge circuit 20. In this example, the fixed resistor 60 is electrically connected to the low potential terminal 27. One end of the fixed resistor 60 may be connected to the low potential terminal 27 and the other end of the fixed resistor 60 may be connected to the ground potential (GND). On the other hand, the fixed resistor 62 is electrically connected to the high potential terminal 26. One end of the fixed resistor 62 may be connected to the high potential terminal 26, and the other end of the fixed resistor 62 may be connected to the power supply voltage (Vcc).

本実施形態の圧力測定装置１は、固定抵抗器６２が設けられていることを除いて、第２実施形態の圧力測定装置１と共通する。したがって、繰り返しの説明を省略する。固定抵抗器６２（Ｒ７）は、ブリッジ回路２０の第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１および第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２の電圧範囲が後段のＡＤ変換部３０への入力可能範囲に収まるように調整する。したがって、固定抵抗器６２（Ｒ７）の抵抗値は、後段のＡＤ変換部３０の仕様に応じて設定されてよい。固定抵抗器６０の抵抗値は、後段のＡＤ変換部３０の分解能に応じて設計されてよい。好ましくは、固定抵抗器６０（Ｒ５）の抵抗値は、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値と同程度であることが望ましい。一例において、固定抵抗器６０（Ｒ５）の抵抗値は、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値の１／１０以上、１０倍以下であってよく、より好ましくは、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値の１／１０以上、１倍以下であってよい。 The pressure measuring device 1 of the present embodiment is common to the pressure measuring device 1 of the second embodiment except that the fixed resistor 62 is provided. Therefore, the repeated description will be omitted. The fixed resistor 62 (R7) is adjusted so that the voltage ranges of the first voltage measured value Vout1 and the second voltage measured value Vout2 of the bridge circuit 20 are within the inputtable range to the AD conversion unit 30 in the subsequent stage. Therefore, the resistance value of the fixed resistor 62 (R7) may be set according to the specifications of the AD conversion unit 30 in the subsequent stage. The resistance value of the fixed resistor 60 may be designed according to the resolution of the AD conversion unit 30 in the subsequent stage. Preferably, the resistance value of the fixed resistor 60 (R5) is about the same as the resistance value of the piezo resistance element 21. In one example, the resistance value of the fixed resistor 60 (R5) may be 1/10 or more and 10 times or less of the resistance value of the piezo resistance element 21, and more preferably 1/10 of the resistance value of the piezo resistance element 21. It may be 10 or more and 1 times or less.

図１３に示される第３実施形態においては、励起電圧Ｖｅｘ、Ｖ３、およびＶ４は、以下の式で表すことができる。ここで、Ｖ５は、固定抵抗器６０の両端間の電圧測定値Ｖｏｕｔ３である。Ｖ７は、固定抵抗器６２の両端間の電圧測定値である。 In the third embodiment shown in FIG. 13, the excitation voltages Vex, V3, and V4 can be expressed by the following equations. Here, V5 is a voltage measured value Vout3 between both ends of the fixed resistor 60. V7 is a voltage measurement value between both ends of the fixed resistor 62.

Figure 0006992412000010
Figure 0006992412000010

したがって、式（１１）、（１４）、（２７）、（２８）より、Ｘ１は以下の式で与えられる。 Therefore, from the equations (11), (14), (27), and (28), X1 is given by the following equation.

Figure 0006992412000011
Figure 0006992412000011

また、式（１７）、（２７）、（２９）よりＸ４は以下の式で与えられる。 Further, from the equations (17), (27) and (29), X4 is given by the following equation.

Figure 0006992412000012
Figure 0006992412000012

上記の式（３０）によれば、算出部４２は、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ１３）と、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧測定値Ｖ６と、固定抵抗器６０（Ｒ６）および固定抵抗器６２（Ｒ７）の抵抗値の比と、既知の電源電圧Ｖｃｃとを用いて、電圧比Ｘ１を第１計算値として算出することができる。また、式（３１）によれば、電圧比Ｘ４は、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）から得られた値の一例である。電圧比Ｘ４は、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）と、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧測定値Ｖ６と、固定抵抗器６０（Ｒ６）および固定抵抗器６２（Ｒ７）の抵抗値の比と、既知の電源電圧Ｖｃｃとを用いて、算出される。 According to the above equation (30), the calculation unit 42 has the first voltage measurement value Vout1 (V13), the voltage measurement value V6 between both ends of the fixed resistor 60 (R6), and the fixed resistor 60 (R6). The voltage ratio X1 can be calculated as the first calculated value by using the ratio of the resistance values of the fixed resistor 62 (R7) and the known power supply voltage Vcc. Further, according to the equation (31), the voltage ratio X4 is an example of the value obtained from the second voltage measurement value Vout2 (V24). The voltage ratio X4 is the second voltage measurement value Vout2 (V24), the voltage measurement value V6 between both ends of the fixed resistor 60 (R6), and the resistance of the fixed resistor 60 (R6) and the fixed resistor 62 (R7). Calculated using the ratio of values to the known power supply voltage Vcc.

すなわち、式（３０）および式（３１）によれば、既知の値である電源電圧Ｖｃｃ、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧測定値、および固定抵抗器６０（Ｒ６）と固定抵抗器６２（Ｒ７）との抵抗値の比に加えて、圧力を検出するための測定値である第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ１３）および第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）を用いて、電圧比Ｘ１および電圧比Ｘ４を算出することができる。 That is, according to the equations (30) and (31), the power supply voltage Vcc which is a known value, the voltage measurement value across the fixed resistor 60 (R6), and the fixed resistor 60 (R6) and the fixed resistor In addition to the ratio of the resistance value to 62 (R7), the voltage ratio X1 is used by using the first voltage measurement value Vout1 (V13) and the second voltage measurement value Vout2 (V24) which are the measurement values for detecting the pressure. And the voltage ratio X4 can be calculated.

さらに、補正部４３は、式（２５）を用いて、Ｘ１に補正係数αを乗じて、第１計算値Ｘ１´を算出してよい。比較部４４は、第１計算値（Ｘ１´）と、電圧比Ｘ４とを比較してよい。第１計算値（Ｘ１´）と電圧比Ｘ４との差の絶対値｜Ｘ１´－Ｘ４｜が閾値を超える場合には、診断部４６は、圧力測定装置１において異常が生じたと診断してよい。 Further, the correction unit 43 may calculate the first calculated value X1'by multiplying X1 by the correction coefficient α using the equation (25). The comparison unit 44 may compare the first calculated value (X1') with the voltage ratio X4. When the absolute value | X1'-X4 | of the difference between the first calculated value (X1') and the voltage ratio X4 exceeds the threshold value, the diagnostic unit 46 may diagnose that an abnormality has occurred in the pressure measuring device 1. ..

また、第３実施形態においては、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧Ｖ６は、以下の式で表すことができる。 Further, in the third embodiment, the voltage V6 between both ends of the fixed resistor 60 (R6) can be expressed by the following equation.

Figure 0006992412000013
Figure 0006992412000013

ここで，複数のピエゾ抵抗素子２１が正常な場合は、ブリッジ回路２０の対称性により、印加圧力によらず合成抵抗Ｒ´は、ほぼ一定である。しかしながら複数のピエゾ抵抗素子２１全体が異常となった場合は合成抵抗Ｒ´が変化する。上記の式（３２）によれば、合成抵抗Ｒ´の変化に応じて電圧Ｖ６の値が変化する。第２比較部４７は、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧Ｖ６を閾値と比較する。診断部４６は、第２比較部４７の比較結果に基づいて、圧力測定装置１の動作状態を診断する。具体的には、診断部４６は、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧Ｖ６が閾値を超えた場合には、圧力測定装置１において異常が生じたと判定する。 Here, when the plurality of piezo resistance elements 21 are normal, the combined resistance R'is substantially constant regardless of the applied pressure due to the symmetry of the bridge circuit 20. However, when the entire plurality of piezo resistance elements 21 become abnormal, the combined resistance R'changes. According to the above equation (32), the value of the voltage V6 changes according to the change of the combined resistance R'. The second comparison unit 47 compares the voltage V6 across the fixed resistor 60 (R6) with the threshold value. The diagnosis unit 46 diagnoses the operating state of the pressure measuring device 1 based on the comparison result of the second comparison unit 47. Specifically, the diagnostic unit 46 determines that an abnormality has occurred in the pressure measuring device 1 when the voltage V6 at both ends of the fixed resistor 60 (R6) exceeds the threshold value.

図１４は、第３実施形態における第１診断処理の一例を示すフローチャートである。なお、第３実施形態における処理内容は、図１０に示される第２実施形態における処理内容と共通する。特に、第３実施形態における第２診断処理は、図１２に示される第２実施形態における第２診断処理と同様である。したがって、繰り返しの説明を省略する。 FIG. 14 is a flowchart showing an example of the first diagnostic process in the third embodiment. The processing content in the third embodiment is common to the processing content in the second embodiment shown in FIG. In particular, the second diagnostic process in the third embodiment is the same as the second diagnostic process in the second embodiment shown in FIG. Therefore, the repeated description will be omitted.

図１４は、図１０のステップＳ１０のサブルーチンに対応する。ステップＳ４０１からステップＳ４０３は、第２実施形態における図１１に示される処理と同様である。算出部４２は、第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ１３）と、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧Ｖ６と、固定抵抗器６０（Ｒ６）および固定抵抗器６２（Ｒ７）の比率（Ｒ７／Ｒ６）と、既知の電源電圧Ｖｃｃを用いて、電圧比Ｘ１（＝（Ｖｅｘ－Ｖ３）／Ｖｅｘ）を第１計算値として算出する（ステップＳ４０４）。算出部４２は、例えば、上述した式（３０）によって、電圧比Ｘ１を算出する。 FIG. 14 corresponds to the subroutine in step S10 of FIG. Steps S401 to S403 are the same as the process shown in FIG. 11 in the second embodiment. The calculation unit 42 includes a first voltage measured value Vout1 (V13) at the first output terminal 28, a voltage V6 at both ends of the fixed resistor 60 (R6), a fixed resistor 60 (R6), and a fixed resistor 62 (R7). ) (R7 / R6) and the known power supply voltage Vcc, the voltage ratio X1 (= (Vex-V3) / Vex) is calculated as the first calculated value (step S404). The calculation unit 42 calculates the voltage ratio X1 by, for example, the above-mentioned equation (30).

処理部４０は、第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）と、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧Ｖ６と、固定抵抗器６０（Ｒ６）および固定抵抗器６２（Ｒ７）の比率（Ｒ７／Ｒ６）と、既知の電源電圧Ｖｃｃを用いて、電圧比Ｘ４（Ｖ４／Ｖｅｘ）を算出する（ステップＳ４０５）。電圧比Ｘ４は、ピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４を励起電圧Ｖｅｘで除算した値に相当する。算出部４２は、例えば、上述した式（３１）によって、電圧比Ｘ４を算出する。 The processing unit 40 includes a second voltage measured value Vout2 (V24) at the second output terminal 29, a voltage V6 at both ends of the fixed resistor 60 (R6), a fixed resistor 60 (R6), and a fixed resistor 62 (R7). ) (R7 / R6) and the known power supply voltage Vcc are used to calculate the voltage ratio X4 (V4 / Vex) (step S405). The voltage ratio X4 corresponds to a value obtained by dividing the voltage V4 between both ends of the piezo resistance element 21-4 (R4) by the excitation voltage Vex. The calculation unit 42 calculates the voltage ratio X4 by, for example, the above-mentioned equation (31).

ステップＳ４０６からステップＳ４０９の処理は、第２実施形態の図１１におけるステップＳ２０６からステップＳ２０９の処理と同様である。したがって、繰り返しの説明を省略する。 The process from step S406 to step S409 is the same as the process from step S206 to step S209 in FIG. 11 of the second embodiment. Therefore, the repeated description will be omitted.

第３実施形態の圧力測定装置１によれば、第２実施形態の圧力測定装置１と同様に、経年劣化による抵抗値の変化のように複数のピエゾ抵抗素子２１全体に影響してブリッジ回路２０における対称性を失わないタイプの異常についても診断することができる。また、固定抵抗器６２（Ｒ７）によって、ブリッジ回路２０の第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１および第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２の電圧範囲を後段の回路の入力可能範囲に調整することを可能としつつ、動作状態を診断することができる。 According to the pressure measuring device 1 of the third embodiment, like the pressure measuring device 1 of the second embodiment, the bridge circuit 20 affects the entire plurality of piezo resistance elements 21 like a change in the resistance value due to aged deterioration. It is also possible to diagnose the type of anomaly that does not lose symmetry in. Further, the fixed resistor 62 (R7) makes it possible to adjust the voltage range of the first voltage measured value Vout1 and the second voltage measured value Vout2 of the bridge circuit 20 to the inputtable range of the circuit in the subsequent stage, and the operating state. Can be diagnosed.

図１５は、本発明の第４実施形態における圧力測定装置１の概略構成を示す図である。第４実施形態の圧力測定装置１は、温度取得部７０を備える。温度取得部７０は、ブリッジ回路２０の周辺の温度情報を取得する。温度取得部７０は、温度センサ等であってもよく、別途の温度センサ等から温度情報を取得するものであってもよい。温度情報は、ＡＤ変換部３０によってデジタル値に変換されてもよい。処理部４０は、温度情報に基づいて、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧測定値（Ｖ６）等と比較する第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２等の閾値を変更する。本実施形態の他の構成は、図１３および図１４に示される第３実施形態の構成と同様である。したがって、繰り返しの説明を省略する。 FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a pressure measuring device 1 according to a fourth embodiment of the present invention. The pressure measuring device 1 of the fourth embodiment includes a temperature acquisition unit 70. The temperature acquisition unit 70 acquires temperature information around the bridge circuit 20. The temperature acquisition unit 70 may be a temperature sensor or the like, or may acquire temperature information from a separate temperature sensor or the like. The temperature information may be converted into a digital value by the AD conversion unit 30. The processing unit 40 changes the threshold values such as the first threshold value P1 and the second threshold value P2 to be compared with the voltage measured values (V6) and the like at both ends of the fixed resistor 60 (R6) based on the temperature information. Other configurations of this embodiment are similar to those of the third embodiment shown in FIGS. 13 and 14. Therefore, the repeated description will be omitted.

図１６は、第４実施形態における第２診断処理の一例を示すフローチャートである。図１６は、図１０のステップＳ２０のサブルーチンに対応する。なお、第４実施形態における処理内容は、第３実施形態における処理内容と共通する。特に、第１診断処理は、図１４に示される第３実施形態における処理と共通する。したがって、繰り返しの説明を省略する。 FIG. 16 is a flowchart showing an example of the second diagnostic process in the fourth embodiment. FIG. 16 corresponds to the subroutine in step S20 of FIG. The processing content in the fourth embodiment is common to the processing content in the third embodiment. In particular, the first diagnostic process is common to the process in the third embodiment shown in FIG. Therefore, the repeated description will be omitted.

温度取得部７０は、ブリッジ回路２０の周辺の温度情報を取得する（ステップＳ５０１）。そして、処理部４０は、取得した温度情報に応じて第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を変更する（ステップＳ５０２）。第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２は、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧測定値（Ｖ６）と比較される対象である閾値である。ステップＳ５０３からステップＳ５０５の処理は、図１２のステップＳ３０１からステップＳ３０３の処理と同様である。したがって、詳しい説明を省略する。 The temperature acquisition unit 70 acquires temperature information around the bridge circuit 20 (step S501). Then, the processing unit 40 changes the first threshold value P1 and the second threshold value P2 according to the acquired temperature information (step S502). The first threshold value P1 and the second threshold value P2 are threshold values to be compared with the voltage measured values (V6) at both ends of the fixed resistor 60 (R6). The process from step S503 to step S505 is the same as the process from step S301 to step S303 in FIG. Therefore, detailed description will be omitted.

ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値は、温度特性を有する。すなわち、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値は、温度に応じて変化する。したがって、第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２として、それぞれ温度によらず一定の値を用いる場合には、圧力測定装置１が正常であるにもかかわらず異常が生じたと誤検知しない範囲で、第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を設ける必要がある。この結果、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧測定値（Ｖ６）が大きく変化した場合でないと閾値を超えないため、診断部４６は、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が大きく変化するような異常を診断できるが、それ以外の異常を診断しづらい。一方、本実施形態のように、第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を、それぞれ温度に応じて変更することによって、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が小さく変化する異常についても診断することが可能となる。 The resistance value of the piezo resistance element 21 has a temperature characteristic. That is, the resistance value of the piezo resistance element 21 changes according to the temperature. Therefore, when constant values are used as the first threshold value P1 and the second threshold value P2 regardless of the temperature, the pressure measuring device 1 is normal but does not falsely detect that an abnormality has occurred. It is necessary to provide the first threshold value P1 and the second threshold value P2. As a result, the threshold value is not exceeded unless the voltage measurement value (V6) at both ends of the fixed resistor 60 (R6) changes significantly, so that the diagnostic unit 46 has an abnormality such that the resistance value of the piezo resistance element changes significantly. Can be diagnosed, but other abnormalities are difficult to diagnose. On the other hand, as in the present embodiment, by changing the first threshold value P1 and the second threshold value P2 according to the temperature, it is possible to diagnose an abnormality in which the resistance value of the piezo resistance element changes slightly. ..

なお、以上の説明では、第４実施形態として、固定抵抗器６０および固定抵抗器６２を有する場合において、第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を温度に応じて変更する場合を説明したが、第４実施形態は、この場合に限られない。一例において、第２実施形態のように圧力測定装置１が固定抵抗器６０のみを有している場合において、第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を温度に応じて変更してもよい。 In the above description, as the fourth embodiment, when the fixed resistor 60 and the fixed resistor 62 are provided, the case where the first threshold value P1 and the second threshold value P2 are changed according to the temperature has been described. 4 The embodiment is not limited to this case. In one example, when the pressure measuring device 1 has only the fixed resistor 60 as in the second embodiment, the first threshold value P1 and the second threshold value P2 may be changed according to the temperature.

動作状態の診断の一例として、第３実施形態および第４実施形態の圧力測定装置１による処理を適用した場合の特性例を図１７から図２１に示す。図１７は、第３実施形態における正常時の電圧比の一例を示す図である。図１７において、Ｘ１´は、式（３０）および（２５）に示されるとおり、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ１３）と、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧測定値Ｖ６と、固定抵抗器６０（Ｒ６）および固定抵抗器６２（Ｒ７）の抵抗値の比と、既知の電源電圧Ｖｃｃとを用いて、第１計算値として算出された電圧比である。Ｘ４は、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）と、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧測定値Ｖ６と、固定抵抗器６０（Ｒ６）および固定抵抗器６２（Ｒ７）の抵抗値の比と、既知の電源電圧Ｖｃｃとを用いて、算出される。なお、Ｘ３は、ピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）の両端の電圧Ｖ３を励起電圧Ｖｅｘで除算したで電圧比である。Ｘ３は、以下の式で求められる。 As an example of the diagnosis of the operating state, FIG. 17 to FIG. 21 show characteristic examples when the processing by the pressure measuring device 1 of the third embodiment and the fourth embodiment is applied. FIG. 17 is a diagram showing an example of a normal voltage ratio in the third embodiment. In FIG. 17, X1'is fixed to the first voltage measurement value Vout1 (V13) and the voltage measurement value V6 between both ends of the fixed resistor 60 (R6) as shown in the equations (30) and (25). It is a voltage ratio calculated as a first calculated value using the ratio of the resistance values of the resistor 60 (R6) and the fixed resistor 62 (R7) and the known power supply voltage Vcc. X4 is the second voltage measurement value Vout2 (V24), the voltage measurement value V6 between both ends of the fixed resistor 60 (R6), and the resistance values of the fixed resistor 60 (R6) and the fixed resistor 62 (R7). Calculated using the ratio and the known power supply voltage Vcc. Note that X3 is a voltage ratio obtained by dividing the voltage V3 across the piezo resistance element 21-3 (R3) by the excitation voltage Vex. X3 is calculated by the following formula.

Figure 0006992412000014
Figure 0006992412000014

図１７の横軸は、ダイアフラム部１０への入力圧（％）を示している。本例では、ダイアフラム部１０への圧力が高くなるのにしたがって、電圧比Ｘ３は減少し、電圧比Ｘ４および第１計算値Ｘ１´は増加する。図４に示されるとおり、圧力測定装置１に異常が発生していない状態では、第１計算値Ｘ１´と電圧比Ｘ４とは、ほとんど一致する。 The horizontal axis of FIG. 17 shows the input pressure (%) to the diaphragm portion 10. In this example, as the pressure on the diaphragm portion 10 increases, the voltage ratio X3 decreases, and the voltage ratio X4 and the first calculated value X1'increase. As shown in FIG. 4, in a state where no abnormality has occurred in the pressure measuring device 1, the first calculated value X1'and the voltage ratio X4 almost match.

図１８は、第３実施形態における正常時の電圧比の差の一例を示す図である。図１８の横軸は、ダイアフラム部１０への入力圧（％）を示している。図１８の縦軸は、第１計算値Ｘ１´と電圧比Ｘ４との差を示している。圧力測定装置１に異常が発生していない状態では、第１計算値Ｘ１´と電圧比Ｘ４との差は、０付近に留まる。第１計算値Ｘ１´と電圧比Ｘ４との差が、下限閾値以上、上限閾値以下の範囲内に留まるので、診断部４６は、圧力測定装置１に異常が発生していないと診断することができる。 FIG. 18 is a diagram showing an example of a difference in voltage ratio at normal times in the third embodiment. The horizontal axis of FIG. 18 indicates the input pressure (%) to the diaphragm portion 10. The vertical axis of FIG. 18 shows the difference between the first calculated value X1'and the voltage ratio X4. In the state where no abnormality has occurred in the pressure measuring device 1, the difference between the first calculated value X1'and the voltage ratio X4 remains near 0. Since the difference between the first calculated value X1'and the voltage ratio X4 remains within the range of the lower limit threshold value or more and the upper limit threshold value or less, the diagnostic unit 46 may diagnose that no abnormality has occurred in the pressure measuring device 1. can.

図１９は、第３実施形態における異常時の電圧比の一例を示す図である。図２０は、第３実施形態における異常時の電圧比の差の一例を示す図である。図１９および図２０において、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ１´、横軸、および縦軸が示す事項は、図１７および図１８の場合と同様である。図１９および図２０は、ダイアフラム部１０への入力圧８３％付近において、ピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）において異常が生じた場合を例示する。図１９に示されるとおり、圧力測定装置１において複数のピエゾ抵抗素子２１の一部に異常が発生した場合には、第１計算値Ｘ１´と電圧Ｘ４とが乖離する。したがって、図２０に示されるとおり、複数のピエゾ抵抗素子２１の一部に異常が発生した場合には、第１計算値Ｘ１´と電圧比Ｘ４との差が、下限閾値以上および上限閾値以下で与えられる正常な範囲から外れる。本例では、第１計算値Ｘ１´と電圧Ｘ４との差が下限閾値を下回っている。したがって、診断部４６は、圧力測定装置１において複数のピエゾ抵抗素子２１の一部に異常が発生したと診断することができる。 FIG. 19 is a diagram showing an example of the voltage ratio at the time of abnormality in the third embodiment. FIG. 20 is a diagram showing an example of the difference in voltage ratio at the time of abnormality in the third embodiment. In FIGS. 19 and 20, the matters indicated by X3, X4, X1', the horizontal axis, and the vertical axis are the same as those in FIGS. 17 and 18. 19 and 20 illustrate a case where an abnormality occurs in the piezo resistance element 21-4 (R4) in the vicinity of an input pressure of 83% to the diaphragm portion 10. As shown in FIG. 19, when an abnormality occurs in a part of the plurality of piezo resistance elements 21 in the pressure measuring device 1, the first calculated value X1'and the voltage X4 deviate from each other. Therefore, as shown in FIG. 20, when an abnormality occurs in a part of the plurality of piezo resistance elements 21, the difference between the first calculated value X1'and the voltage ratio X4 is equal to or higher than the lower limit threshold and lower than the upper limit threshold value. It is out of the normal range given. In this example, the difference between the first calculated value X1'and the voltage X4 is below the lower limit threshold value. Therefore, the diagnostic unit 46 can diagnose that an abnormality has occurred in a part of the plurality of piezo resistance elements 21 in the pressure measuring device 1.

図２１は、本発明の第３実施形態における異常時の固定抵抗器の両端の電圧の一例を示す図である。図２１は、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧測定値Ｖ６の異常発生前後での変化を示している。図２１において実線が正常時における電圧測定値Ｖ６であり、点線が異常の発生後における電圧測定値Ｖ６である。 FIG. 21 is a diagram showing an example of the voltage across the fixed resistor at the time of abnormality in the third embodiment of the present invention. FIG. 21 shows changes in the voltage measurement value V6 between both ends of the fixed resistor 60 (R6) before and after the occurrence of an abnormality. In FIG. 21, the solid line is the voltage measurement value V6 in the normal state, and the dotted line is the voltage measurement value V6 after the occurrence of the abnormality.

図２１の横軸は、ブリッジ回路２０の周辺の温度を示している。図２１の縦軸は、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧測定値Ｖ６を示している。本例では、温度が高くなるにしたがって、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧測定値Ｖ６が低くなる。図２１において、温度によらず第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を固定する場合を一点鎖線２、３で示す。一方、温度に応じて第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を変更する場合を二点鎖線４、５で示す。 The horizontal axis of FIG. 21 shows the temperature around the bridge circuit 20. The vertical axis of FIG. 21 shows the voltage measurement value V6 between both ends of the fixed resistor 60 (R6). In this example, as the temperature increases, the voltage measurement value V6 between both ends of the fixed resistor 60 (R6) decreases. In FIG. 21, the case where the first threshold value P1 and the second threshold value P2 are fixed regardless of the temperature is shown by the alternate long and short dash lines 2 and 3. On the other hand, the case where the first threshold value P1 and the second threshold value P2 are changed according to the temperature is shown by the two-dot chain lines 4 and 5.

温度によらず第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を固定する場合には、ピエゾ抵抗素子２１等の温度特性による電圧測定値Ｖ６の変化を異常による変化と誤検知しないように、第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２が設定される。したがって、電圧測定値Ｖ６が大きく変化して、電圧測定値Ｖ６が、一点鎖線２で示される第１閾値Ｐ１を下回ったり、一点鎖線３で示される第２閾値Ｐ２を上回ったりした場合に、異常と診断される。したがって、電圧測定値Ｖ６が小さく変化する場合には、異常と判定することが難しい。 When the first threshold value P1 and the second threshold value P2 are fixed regardless of the temperature, the first threshold value P1 is used so that the change in the voltage measurement value V6 due to the temperature characteristics of the piezo resistance element 21 or the like is not erroneously detected as a change due to an abnormality. And the second threshold P2 is set. Therefore, when the voltage measurement value V6 changes significantly and the voltage measurement value V6 falls below the first threshold P1 indicated by the one-point chain line 2 or exceeds the second threshold P2 indicated by the one-point chain line 3, an abnormality occurs. Is diagnosed. Therefore, when the measured voltage value V6 changes slightly, it is difficult to determine that it is abnormal.

二点鎖線４、５で示されるように温度に応じて第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を変更する場合は、正常時の温度特性に基づいて第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を変更してよい。正常時の温度特性Ｖ６（ｔ）から、予め定められた定数ｄを引いた値を第１閾値Ｐ１とし、定数ｄを加えた値を第２閾値Ｐ２としてもよい。この場合、Ｖ６の温度変化の特性を平行移動した特性を示す第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を設定することができる。第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を、それぞれ温度に応じて変更することによって、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値が小さく変化する異常についても診断することが可能となる。 When the first threshold value P1 and the second threshold value P2 are changed according to the temperature as shown by the two-dot chain lines 4 and 5, the first threshold value P1 and the second threshold value P2 are changed based on the normal temperature characteristics. It's okay. The value obtained by subtracting the predetermined constant d from the normal temperature characteristic V6 (t) may be used as the first threshold value P1, and the value obtained by adding the constant d may be used as the second threshold value P2. In this case, a first threshold value P1 and a second threshold value P2 can be set, which indicate the characteristics of the temperature change of V6 translated in parallel. By changing the first threshold value P1 and the second threshold value P2 according to the temperature, it is possible to diagnose an abnormality in which the resistance value of the piezo resistance element 21 changes slightly.

なお、図１７から図２１では、第３実施形態および第４実施形態について説明したが、第２実施形態も、第１計算値Ｘ１´およびＸ４の算出式が異なることを除いて同様の特性を示す。 Although the third embodiment and the fourth embodiment have been described with reference to FIGS. 17 to 21, the second embodiment also has the same characteristics except that the calculation formulas of the first calculated values X1'and X4 are different. show.

なお、上記の説明では、第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子として、ブリッジ回路２０の低電位端子２７に共通して一端が接続されるピエゾ抵抗素子２１－３（Ｒ３）およびピエゾ抵抗素子２１－４（Ｒ４）が用いられる場合を説明した。しかしながら、第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子として、ブリッジ回路２０の高電位端子２６に共通して一端が接続されるピエゾ抵抗素子２１－１（Ｒ１）およびピエゾ抵抗素子２１－２（Ｒ２）が用いられてもよい。 In the above description, as the first piezo resistance element and the second piezo resistance element, the piezo resistance element 21-3 (R3) and the piezo resistance element, one end of which is commonly connected to the low potential terminal 27 of the bridge circuit 20. The case where 21-4 (R4) is used has been described. However, as the first piezo resistance element and the second piezo resistance element, the piezo resistance element 21-1 (R1) and the piezo resistance element 21-2 (R2) to which one end is commonly connected to the high potential terminal 26 of the bridge circuit 20. ) May be used.

以上説明したように，本発明の各実施形態によれば、ブリッジ回路２０の出力電圧値、もしくは，ブリッジ回路２０の出力電圧値とブリッジ回路に接続された固定抵抗器６０の電圧値のみで動作状態を診断することが可能となるため，センサの大きさやコストの増大を抑制しつつ簡便な構成によって動作状態診断機能を備えた圧力測定装置１を提供することが可能となる。 As described above, according to each embodiment of the present invention, the operation is performed only by the output voltage value of the bridge circuit 20 or the output voltage value of the bridge circuit 20 and the voltage value of the fixed resistor 60 connected to the bridge circuit. Since it is possible to diagnose the state, it is possible to provide the pressure measuring device 1 having the operating state diagnosis function with a simple configuration while suppressing an increase in the size and cost of the sensor.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that the form with such changes or improvements may be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operation, procedure, step, and step in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, specification, and drawings is particularly "before" and "prior to". It should be noted that it can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Even if the scope of claims, the specification, and the operation flow in the drawings are described using "first", "next", etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It's not a thing.

１・・圧力測定装置、２・・一点鎖線、３・・一点鎖線、４・・二点鎖線、５・・二点鎖線、１０・・ダイアフラム部、１２・・空洞部、２０・・ブリッジ回路、２１・・ピエゾ抵抗素子、２２・・配線、２３・・配線、２４・・配線、２５・・配線、２６・・高電位端子、２７・・低電位端子、２８・・第１出力端子、２９・・第２出力端子、３０・・ＡＤ変換部、４０・・処理部、４２・・算出部、４３・・補正部、４４・・比較部、４６・・診断部、４７・・第２比較部、５０・・記憶部、６０・・固定抵抗器、６２・・固定抵抗器、７０・・温度取得部 1 ... Pressure measuring device, 2 ... Dashed line, 3 ... Dashed line, 4 ... Dashed line, 5 ... Dashed line, 10 ... Diaphragm part, 12 ... Cavity part, 20 ... Bridge circuit , 21 ... Piezo resistance element, 22 ... Wiring, 23 ... Wiring, 24 ... Wiring, 25 ... Wiring, 26 ... High potential terminal, 27 ... Low potential terminal, 28 ... First output terminal, 29 ... 2nd output terminal, 30 ... AD conversion unit, 40 ... processing unit, 42 ... calculation unit, 43 ... correction unit, 44 ... comparison unit, 46 ... diagnosis unit, 47 ... second Comparison unit, 50 ... Storage unit, 60 ... Fixed resistor, 62 ... Fixed resistor, 70 ... Temperature acquisition unit

Claims (13)

圧力測定装置であって、
印加される圧力によって変位するダイアフラム部と、
前記ダイアフラム部に設けられて、ブリッジ回路を構成する複数のピエゾ抵抗素子と、
前記ブリッジ回路の高電位端子と低電位端子との間に印加される励起電圧と、前記ブリッジ回路の第１出力端子における第１電圧測定値との差分から第１計算値を算出する算出部と、
前記ブリッジ回路において前記第１出力端子と異なる第２出力端子における第２電圧測定値から得られた値と前記第１計算値とを比較する比較部と、
前記比較部による比較結果に基づいて、前記圧力測定装置の動作状態を診断する診断部と、を備える
圧力測定装置。 It ’s a pressure measuring device.
The diaphragm part that is displaced by the applied pressure,
A plurality of piezo resistance elements provided in the diaphragm portion and constituting a bridge circuit, and
A calculation unit that calculates the first calculated value from the difference between the excitation voltage applied between the high-potential terminal and the low-potential terminal of the bridge circuit and the first voltage measured value at the first output terminal of the bridge circuit. ,
A comparison unit that compares the value obtained from the second voltage measurement value at the second output terminal different from the first output terminal in the bridge circuit with the first calculated value.
A pressure measuring device including a diagnostic unit for diagnosing an operating state of the pressure measuring device based on a comparison result by the comparing unit. 前記複数のピエゾ抵抗素子は、前記ブリッジ回路の前記高電位端子および前記低電位端子のうちの一方に共通してそれぞれ一端が電気的に接続される第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子を含んでおり、
前記算出部は、前記励起電圧と前記第１ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧との差分を前記第１計算値として算出し、
前記比較部は、前記第２電圧測定値から得られる前記第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧と、前記第１計算値とを比較する
請求項１に記載の圧力測定装置。 The plurality of piezo resistance elements include a first piezo resistance element and a second piezo resistance element in which one end is electrically connected in common to one of the high potential terminal and the low potential terminal of the bridge circuit. Includes and
The calculation unit calculates the difference between the excitation voltage and the voltage between both ends of the first piezo resistance element as the first calculated value.
The pressure measuring device according to claim 1, wherein the comparison unit compares the voltage between both ends of the second piezo resistance element obtained from the second voltage measured value with the first calculated value. 前記算出部は、さらに、前記ダイアフラム部に圧力が印加されていない状態での前記複数のピエゾ抵抗素子の各抵抗値に基づいて、前記差分を補正する補正部を含み、
前記補正部によって補正された前記差分が前記第１計算値として算出される
請求項２に記載の圧力測定装置。 The calculation unit further includes a correction unit that corrects the difference based on each resistance value of the plurality of piezo resistance elements in a state where no pressure is applied to the diaphragm unit.
The pressure measuring device according to claim 2, wherein the difference corrected by the correction unit is calculated as the first calculated value. 前記複数のピエゾ抵抗素子は、前記ブリッジ回路の前記高電位端子および前記低電位端子のうちの一方に共通してそれぞれ一端が電気的に接続される第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子を含んでおり、
前記算出部は、前記励起電圧と前記第１ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧との差分を前記励起電圧で除算した電圧比を、前記第１計算値として算出し、
前記比較部は、前記第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧を前記励起電圧で除算した前記電圧比と、前記第１計算値とを比較する
請求項１または３に記載の圧力測定装置。 The plurality of piezo resistance elements include a first piezo resistance element and a second piezo resistance element in which one end is electrically connected in common to one of the high potential terminal and the low potential terminal of the bridge circuit. Includes and
The calculation unit calculates the voltage ratio obtained by dividing the difference between the excitation voltage and the voltage between both ends of the first piezo resistance element by the excitation voltage as the first calculated value.
The pressure measuring device according to claim 1 or 3 , wherein the comparison unit compares the voltage ratio obtained by dividing the voltage between both ends of the second piezo resistance element by the excitation voltage with the first calculated value. 圧力測定装置であって、
印加される圧力によって変位するダイアフラム部と、
前記ダイアフラム部に設けられて、ブリッジ回路を構成する複数のピエゾ抵抗素子と、
前記ブリッジ回路の第１出力端子における第１電圧測定値と、予め定められた定数とを用いて第１計算値を算出する算出部と、
前記ブリッジ回路において前記第１出力端子と異なる第２出力端子における第２電圧測定値から得られた値と前記第１計算値とを比較する比較部と、
前記比較部による比較結果に基づいて、前記圧力測定装置の動作状態を診断する診断部と、
前記ブリッジ回路の高電位端子および低電位端子の一方に電気的に接続される固定抵抗器と、を備え、
前記複数のピエゾ抵抗素子は、前記ブリッジ回路の前記高電位端子および前記低電位端子のうちの一方に共通してそれぞれ一端が電気的に接続される第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子を含んでおり、
前記算出部は、前記第１電圧測定値と、前記固定抵抗器の両端間の電圧測定値と、既知の電源電圧値とを用いて、前記高電位端子および前記低電位端子の間に印加される励起電圧と前記第１ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧との差分を前記励起電圧で除算した電圧比を、前記第１計算値として算出し、
前記比較部は、前記第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧を前記励起電圧で除算した前記電圧比と、前記第１計算値とを比較し、
前記第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧を前記励起電圧で除算した電圧比は、前記第２電圧測定値と、前記固定抵抗器の両端間の電圧測定値と、既知の電源電圧値とを用いて得られる
圧力測定装置。 It ’s a pressure measuring device.
The diaphragm part that is displaced by the applied pressure,
A plurality of piezo resistance elements provided in the diaphragm portion and constituting a bridge circuit, and
A calculation unit that calculates the first calculated value using the first voltage measured value at the first output terminal of the bridge circuit and a predetermined constant.
A comparison unit that compares the value obtained from the second voltage measurement value at the second output terminal different from the first output terminal in the bridge circuit with the first calculated value.
A diagnostic unit that diagnoses the operating state of the pressure measuring device based on the comparison result by the comparison unit, and a diagnostic unit.
A fixed resistor electrically connected to one of the high- potential terminal and the low- potential terminal of the bridge circuit is provided.
The plurality of piezo resistance elements include a first piezo resistance element and a second piezo resistance element in which one end is electrically connected in common to one of the high potential terminal and the low potential terminal of the bridge circuit. Includes and
The calculation unit is applied between the high potential terminal and the low potential terminal using the first voltage measurement value, the voltage measurement value between both ends of the fixed resistor, and the known power supply voltage value. The voltage ratio obtained by dividing the difference between the excitation voltage and the voltage between both ends of the first piezo resistance element by the excitation voltage is calculated as the first calculated value.
The comparison unit compares the voltage ratio obtained by dividing the voltage between both ends of the second piezo resistance element by the excitation voltage with the first calculated value.
The voltage ratio obtained by dividing the voltage between both ends of the second piezo resistance element by the excitation voltage is the second voltage measurement value, the voltage measurement value between both ends of the fixed resistor, and the known power supply voltage value. Obtained by using
Pressure measuring device. 前記算出部は、さらに、前記ダイアフラム部に圧力が印加されていない状態での前記複数のピエゾ抵抗素子の各抵抗値に基づいて、前記差分を前記励起電圧で除算した電圧比を補正する補正部を含み、
前記補正部によって補正された前記電圧比が前記第１計算値として算出される
請求項４または５に記載の圧力測定装置。 The calculation unit further corrects the voltage ratio obtained by dividing the difference by the excitation voltage based on the resistance values of the plurality of piezo resistance elements in a state where no pressure is applied to the diaphragm unit. Including
The pressure measuring device according to claim 4 or 5, wherein the voltage ratio corrected by the correction unit is calculated as the first calculated value. 前記第１ピエゾ抵抗素子および前記第２ピエゾ抵抗素子は、前記低電位端子に電気的に接続される
請求項２から６のいずれか一項に記載の圧力測定装置。 The pressure measuring device according to any one of claims 2 to 6, wherein the first piezo resistance element and the second piezo resistance element are electrically connected to the low potential terminal. 圧力測定装置であって、
印加される圧力によって変位するダイアフラム部と、
前記ダイアフラム部に設けられて、ブリッジ回路を構成する複数のピエゾ抵抗素子と、
前記ブリッジ回路の第１出力端子における第１電圧測定値と、予め定められた定数とを用いて第１計算値を算出する算出部と、
前記ブリッジ回路において前記第１出力端子と異なる第２出力端子における第２電圧測定値から得られた値と前記第１計算値とを比較する比較部と、
前記比較部による比較結果に基づいて、前記圧力測定装置の動作状態を診断する診断部と、
前記ブリッジ回路の高電位端子および低電位端子の一方に電気的に接続される固定抵抗器と、
前記固定抵抗器の両端間の電圧測定値と、閾値とを比較する第２比較部と、を備え、
前記診断部は、さらに、前記第２比較部による比較結果に基づいて、前記圧力測定装置の動作状態を診断する
圧力測定装置。 It ’s a pressure measuring device.
The diaphragm part that is displaced by the applied pressure,
A plurality of piezo resistance elements provided in the diaphragm portion and constituting a bridge circuit, and
A calculation unit that calculates the first calculated value using the first voltage measured value at the first output terminal of the bridge circuit and a predetermined constant.
A comparison unit that compares the value obtained from the second voltage measurement value at the second output terminal different from the first output terminal in the bridge circuit with the first calculated value.
A diagnostic unit that diagnoses the operating state of the pressure measuring device based on the comparison result by the comparison unit, and a diagnostic unit.
A fixed resistor electrically connected to one of the high- potential terminal and the low- potential terminal of the bridge circuit,
A second comparison unit for comparing the voltage measurement value between both ends of the fixed resistor and the threshold value is provided.
The diagnostic unit further diagnoses the operating state of the pressure measuring device based on the comparison result by the second comparison unit.
Pressure measuring device. 前記複数のピエゾ抵抗素子は、前記ブリッジ回路の前記高電位端子および前記低電位端子のうちの一方に共通してそれぞれ一端が電気的に接続される第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子を含んでおり、 The plurality of piezo resistance elements include a first piezo resistance element and a second piezo resistance element in which one end is electrically connected in common to one of the high potential terminal and the low potential terminal of the bridge circuit. Includes and
前記算出部は、前記第１電圧測定値と既知の電圧値とを用いて、前記高電位端子および前記低電位端子の間に印加される励起電圧と前記第１ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧との差分を前記第１計算値として算出し、 Using the first voltage measurement value and the known voltage value, the calculation unit uses the excitation voltage applied between the high potential terminal and the low potential terminal and the voltage between both ends of the first piezo resistance element. The difference between the above and is calculated as the first calculated value.
前記比較部は、前記第２電圧測定値から得られる前記第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧と、前記第１計算値とを比較する The comparison unit compares the voltage between both ends of the second piezo resistance element obtained from the second voltage measurement value with the first calculated value.
請求項８に記載の圧力測定装置。 The pressure measuring device according to claim 8. 前記ブリッジ回路周辺の温度情報を取得する取得部を備え、
前記閾値は、前記温度情報に基づいて変更される
請求項８または９に記載の圧力測定装置。 It is equipped with an acquisition unit that acquires temperature information around the bridge circuit.
The pressure measuring device according to claim 8 or 9 , wherein the threshold value is changed based on the temperature information. 印加される圧力によって変位するダイアフラム部と、前記ダイアフラム部に設けられて、ブリッジ回路を構成する複数のピエゾ抵抗素子とを備える圧力測定装置の動作状態診断方法であって
前記ブリッジ回路の高電位端子と低電位端子との間に印加される励起電圧と、前記ブリッジ回路の第１出力端子における第１電圧測定値との差分から第１計算値を算出する段階と、
前記ブリッジ回路において前記第１出力端子と異なる第２出力端子における第２電圧測定値から得られた値と前記第１計算値とを比較する段階と、
比較結果に基づいて、前記圧力測定装置の動作状態を診断する段階と、
を備える圧力測定装置の動作状態診断方法。 A method for diagnosing an operating state of a pressure measuring device including a diaphragm portion that is displaced by an applied pressure and a plurality of piezo resistance elements provided in the diaphragm portion and constituting a bridge circuit.
The step of calculating the first calculated value from the difference between the excitation voltage applied between the high potential terminal and the low potential terminal of the bridge circuit and the first voltage measured value at the first output terminal of the bridge circuit.
A step of comparing a value obtained from a second voltage measurement value at a second output terminal different from the first output terminal in the bridge circuit with the first calculated value.
At the stage of diagnosing the operating state of the pressure measuring device based on the comparison result,
A method for diagnosing the operating state of a pressure measuring device. 印加される圧力によって変位するダイアフラム部と、前記ダイアフラム部に設けられて、ブリッジ回路を構成する複数のピエゾ抵抗素子と、前記ブリッジ回路の高電位端子および低電位端子の一方に電気的に接続される固定抵抗器とを備え、前記複数のピエゾ抵抗素子は、前記ブリッジ回路の前記高電位端子および前記低電位端子のうちの一方に共通してそれぞれ一端が電気的に接続される第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子を含んでいる圧力測定装置の動作状態診断方法であって A diaphragm portion that is displaced by the applied pressure, a plurality of piezo resistance elements provided in the diaphragm portion and constituting the bridge circuit, and electrically connected to one of the high-potential terminal and the low-potential terminal of the bridge circuit. The plurality of piezo resistance elements are common to one of the high potential terminal and the low potential terminal of the bridge circuit, and one end thereof is electrically connected to the first piezo resistance. A method for diagnosing the operating state of a pressure measuring device including an element and a second piezo resistance element.
前記ブリッジ回路の第１出力端子における第１電圧測定値と、予め定められた定数とを用いて第１計算値を算出する段階と、 A step of calculating a first calculated value using a first voltage measured value at the first output terminal of the bridge circuit and a predetermined constant.
前記ブリッジ回路において前記第１出力端子と異なる第２出力端子における第２電圧測定値から得られた値と前記第１計算値とを比較する段階と、 A step of comparing a value obtained from a second voltage measurement value at a second output terminal different from the first output terminal in the bridge circuit with the first calculated value.
前記比較する段階における比較結果に基づいて、前記圧力測定装置の動作状態を診断する段階と、を備え、 A step of diagnosing the operating state of the pressure measuring device based on the comparison result in the step of comparing is provided.
前記第１計算値を算出する段階において、前記第１電圧測定値と、前記固定抵抗器の両端間の電圧測定値と、既知の電源電圧値とを用いて、前記高電位端子および前記低電位端子の間に印加される励起電圧と前記第１ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧との差分を前記励起電圧で除算した電圧比を、前記第１計算値として算出し、 In the step of calculating the first calculated value, the high potential terminal and the low potential are used by using the first voltage measurement value, the voltage measurement value between both ends of the fixed resistor, and the known power supply voltage value. The voltage ratio obtained by dividing the difference between the excitation voltage applied between the terminals and the voltage between both ends of the first piezo resistance element by the excitation voltage is calculated as the first calculated value.
前記比較する段階において、前記第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧を前記励起電圧で除算した前記電圧比と、前記第１計算値とを比較し、 In the comparison stage, the voltage ratio obtained by dividing the voltage between both ends of the second piezo resistance element by the excitation voltage is compared with the first calculated value.
前記第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧を前記励起電圧で除算した電圧比は、前記第２電圧測定値と、前記固定抵抗器の両端間の電圧測定値と、既知の電源電圧値とを用いて得られる The voltage ratio obtained by dividing the voltage between both ends of the second piezo resistance element by the excitation voltage is the second voltage measurement value, the voltage measurement value between both ends of the fixed resistor, and the known power supply voltage value. Obtained by using
圧力測定装置の動作状態診断方法。 A method for diagnosing the operating condition of a pressure measuring device. 印加される圧力によって変位するダイアフラム部と、前記ダイアフラム部に設けられて、ブリッジ回路を構成する複数のピエゾ抵抗素子と、前記ブリッジ回路の高電位端子および低電位端子の一方に電気的に接続される固定抵抗器とを備える圧力測定装置の動作状態診断方法であって
前記ブリッジ回路の第１出力端子における第１電圧測定値と、予め定められた定数とを用いて第１計算値を算出する段階と、
前記ブリッジ回路において前記第１出力端子と異なる第２出力端子における第２電圧測定値から得られた値と前記第１計算値とを比較する第１段階と、
前記固定抵抗器の両端間の電圧測定値と、閾値とを比較する第２段階と、
前記第１段階および前記第２段階における比較結果に基づいて、前記圧力測定装置の動作状態を診断する段階と、を備える
圧力測定装置の動作状態診断方法。 A diaphragm portion that is displaced by the applied pressure, a plurality of piezo resistance elements provided in the diaphragm portion and constituting the bridge circuit, and electrically connected to one of the high- potential terminal and the low- potential terminal of the bridge circuit. It is a method of diagnosing the operating state of a pressure measuring device equipped with a fixed resistor.
A step of calculating a first calculated value using a first voltage measured value at the first output terminal of the bridge circuit and a predetermined constant.
In the bridge circuit, the first step of comparing the value obtained from the second voltage measurement value at the second output terminal different from the first output terminal with the first calculated value,
The second step of comparing the voltage measurement value between both ends of the fixed resistor with the threshold value, and
A step of diagnosing the operating state of the pressure measuring device based on the comparison results in the first step and the second step is provided.
A method for diagnosing the operating condition of a pressure measuring device.
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