JPS6142876B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6142876B2 JPS6142876B2 JP52119916A JP11991677A JPS6142876B2 JP S6142876 B2 JPS6142876 B2 JP S6142876B2 JP 52119916 A JP52119916 A JP 52119916A JP 11991677 A JP11991677 A JP 11991677A JP S6142876 B2 JPS6142876 B2 JP S6142876B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- compensation circuit
- resistor
- strain gauge
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 29
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
- G01B7/18—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2268—Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects
- G01L1/2281—Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects for temperature variations
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
- G01L1/2293—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges of the semi-conductor type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体ストレンゲージに係り、特
に、ホイートストンブリツジの零点遷移を行つて
も温度によつて変動することのない温度補償回路
に関する。
に、ホイートストンブリツジの零点遷移を行つて
も温度によつて変動することのない温度補償回路
に関する。
まず零点遷移という操作について、第１図に従
つて説明する。第１図は、入力と出力の関係を示
したものであり、実線は、ストレンゲージをホイ
ートストンブリツジ回路に接続した場合の入出力
関係、破線はブリツジ出力を増幅器に接続した場
合の入出力関係を示したものである。一般的使用
方法の第１は、直線で示された100％入力に
対して100％出力を得る方法で、このとき便宜上
増幅器のゲインは１としてある。一般的使用方法
の第２は直線およびで示された方法であ
る。すなわち、入力100％以下の任意入力に対し
て増幅器のゲインを上げて100％出力となるよう
にする方法である。次に零点遷移と称する特殊な
使用方法を，及び，で示した。これ
は、OOなる入力でブリツジの出力が零となるよ
うにし、OOから100％入力の間を増幅器のゲイ
ンを上げて、０，100％出力を得るようにし感度
よく測定しようとするものである。このように、
任意入力に対して、ブリツジ出力を零となるよう
に操作することを零点遷移と言う。
つて説明する。第１図は、入力と出力の関係を示
したものであり、実線は、ストレンゲージをホイ
ートストンブリツジ回路に接続した場合の入出力
関係、破線はブリツジ出力を増幅器に接続した場
合の入出力関係を示したものである。一般的使用
方法の第１は、直線で示された100％入力に
対して100％出力を得る方法で、このとき便宜上
増幅器のゲインは１としてある。一般的使用方法
の第２は直線およびで示された方法であ
る。すなわち、入力100％以下の任意入力に対し
て増幅器のゲインを上げて100％出力となるよう
にする方法である。次に零点遷移と称する特殊な
使用方法を，及び，で示した。これ
は、OOなる入力でブリツジの出力が零となるよ
うにし、OOから100％入力の間を増幅器のゲイ
ンを上げて、０，100％出力を得るようにし感度
よく測定しようとするものである。このように、
任意入力に対して、ブリツジ出力を零となるよう
に操作することを零点遷移と言う。
さて、従来使用されていた金属ひずみゲージは
ひずみが加えられない状態における抵抗の温度係
数と、ひずみが加えられて抵抗が変化した時の温
度係数は等しいので、第２図に示すように、ゲー
ジ１〜４の温度係数にほぼ等しい可変抵抗器５，
６をブリツジ出力端７，８及び９，１０に接続
し、零点遷移用の可変抵抗器とすれば、零点遷移
時の零点の温度による変動等の問題は生じなかつ
た。
ひずみが加えられない状態における抵抗の温度係
数と、ひずみが加えられて抵抗が変化した時の温
度係数は等しいので、第２図に示すように、ゲー
ジ１〜４の温度係数にほぼ等しい可変抵抗器５，
６をブリツジ出力端７，８及び９，１０に接続
し、零点遷移用の可変抵抗器とすれば、零点遷移
時の零点の温度による変動等の問題は生じなかつ
た。
しかし、感度向上のために、ゲージとして、半
導体、一般にはシリコンストレンゲージを用いる
ときは、ゲージ抵抗のひずみが加えられない状態
における抵抗の温度係数と、ひずみによつて抵抗
が変化した時の温度係数が異なるとともに前者は
金属ひずみゲージに比較して２桁も大きいので、
特殊な温度係数を持つた可変抵抗器を出力端に接
続しなければならないという問題点が生じた。
導体、一般にはシリコンストレンゲージを用いる
ときは、ゲージ抵抗のひずみが加えられない状態
における抵抗の温度係数と、ひずみによつて抵抗
が変化した時の温度係数が異なるとともに前者は
金属ひずみゲージに比較して２桁も大きいので、
特殊な温度係数を持つた可変抵抗器を出力端に接
続しなければならないという問題点が生じた。
本発明に目的は、零点遷移時の零点もしくはス
パンが温度によつて変動しない半導体ストレンゲ
ージの温度補償回路を提供するにある。
パンが温度によつて変動しない半導体ストレンゲ
ージの温度補償回路を提供するにある。
本発明は感温素子を固定しまた、抵抗値の選定
により広範囲に亘る零点遷移補償を行いうる方式
を示すものである。本発明は感温素子として要求
される最適値を決定し、諸抵抗値を効果的な値に
選択することにより上記目的を達成するものであ
る。
により広範囲に亘る零点遷移補償を行いうる方式
を示すものである。本発明は感温素子として要求
される最適値を決定し、諸抵抗値を効果的な値に
選択することにより上記目的を達成するものであ
る。
最初に発明者が先に特願昭50−4453号で提案し
た零点遷移時の零点の温度補償方法について第３
図に従つて説明する。
た零点遷移時の零点の温度補償方法について第３
図に従つて説明する。
半導体ストレンゲージ１１〜１４で構成された
ホイートストンブリツジ回路の出力端１５，１６
および１７，１８に零点遷移時の零点温度補償回
路１９および２０が接続され、その補償回路に
は、半導体ストンゲージに所定の入力が印加され
たとき、ブリツジ出力端子２１，２２間の電圧を
零に調整するための可変抵抗器２３及び２４が含
まれている。さらに、前記温度補償回路が接続さ
れない状態、すなわち端子１５と１６及び１７と
１８が短絡されたブリツジ回路で、半導体ストレ
ンゲージに入力が加えられない状態での、ブリツ
ジ出力すなわち第１図で述べたＯ点で表わした零
点は、実用上温度影響を受けないとする。またこ
のことは、本発明の前提条件とする。
ホイートストンブリツジ回路の出力端１５，１６
および１７，１８に零点遷移時の零点温度補償回
路１９および２０が接続され、その補償回路に
は、半導体ストンゲージに所定の入力が印加され
たとき、ブリツジ出力端子２１，２２間の電圧を
零に調整するための可変抵抗器２３及び２４が含
まれている。さらに、前記温度補償回路が接続さ
れない状態、すなわち端子１５と１６及び１７と
１８が短絡されたブリツジ回路で、半導体ストレ
ンゲージに入力が加えられない状態での、ブリツ
ジ出力すなわち第１図で述べたＯ点で表わした零
点は、実用上温度影響を受けないとする。またこ
のことは、本発明の前提条件とする。
次に温度補償回路のもつべき温度特性について
述べる。第３図において、ブリツジ出力端子２
１，２２間電圧V0は次式で示される。
述べる。第３図において、ブリツジ出力端子２
１，２２間電圧V0は次式で示される。
Vo１／２｛−２ΔＲ＋Ｒz（γ−β）｝I0 …(1)
ここで、ΔＲは、半導体ストレンゲージの抵抗
値が所定入力によつて変化した量を示す。Ｒzは
温度補償回路の端子１５，１６（１７，１８）間
のインピーダンスを示し、γ，βは前記可変抵抗
器の中点タツプ２５，２６の位置を示し、０から
１までの値をとるものとする。零点遷移操作をす
ることは、γ，βを適当な位置に設定して、出力
Ｖ＝０とすることである。この零に調整された出
力が、γ，βを再調整することなく、温度影響を
受けないようにすることである。そのためには、
入力電流I0が一定のとき温度補償回路に次式で示
される温度特性をもたせなければならない。
値が所定入力によつて変化した量を示す。Ｒzは
温度補償回路の端子１５，１６（１７，１８）間
のインピーダンスを示し、γ，βは前記可変抵抗
器の中点タツプ２５，２６の位置を示し、０から
１までの値をとるものとする。零点遷移操作をす
ることは、γ，βを適当な位置に設定して、出力
Ｖ＝０とすることである。この零に調整された出
力が、γ，βを再調整することなく、温度影響を
受けないようにすることである。そのためには、
入力電流I0が一定のとき温度補償回路に次式で示
される温度特性をもたせなければならない。
１／ΔＲ ∂ΔＲ／∂Ｔ＝１／Ｒｚ ∂Ｒｚ／∂Ｔ…
(2) すなわち、(2)式は温度補償回路のインピーダン
スの温度係数１／Ｒｚ ∂Ｒｚ／∂ＴとΔＲの温度係数
１／ΔＲ ∂ΔＲ／∂Ｔを一致させなければならないことを意味す る。これが、発明者が先に提案した零点遷移時の
零点の温度補償方法の原理である。
(2) すなわち、(2)式は温度補償回路のインピーダン
スの温度係数１／Ｒｚ ∂Ｒｚ／∂ＴとΔＲの温度係数
１／ΔＲ ∂ΔＲ／∂Ｔを一致させなければならないことを意味す る。これが、発明者が先に提案した零点遷移時の
零点の温度補償方法の原理である。
本発明は好適な感温素子回路定数を選定するこ
とにより、温度変化に対する感度がない抵抗いわ
ゆる一般にいう抵抗（以下単に抵抗という）の定
数を選択するのみで、(2)式を満足し、構成素子の
数を極力少なくした温度補償回路を提供するもの
である。
とにより、温度変化に対する感度がない抵抗いわ
ゆる一般にいう抵抗（以下単に抵抗という）の定
数を選択するのみで、(2)式を満足し、構成素子の
数を極力少なくした温度補償回路を提供するもの
である。
第４図に本発明の一実施例を示す。２７は本発
明の温度補償回路であり例えば第３図における１
９，２０の改良回路を示すものである。２８，２
９は前記補償回路を外部回路に接続するための例
えば第３図における１５，１６，（１７，１８）
の２端子である。３０はサーミスタ３１に並列に
接続された抵抗、３２，３３，３４もそれぞれ抵
抗、３５は中点タツプ３７を持つた可変抵抗器、
３６は正の温度係数をもつた抵抗体で、普通、応
力（ひずみ）がない位置に配置された半導体スト
レンゲージ、あるいは応力（ひずみ）に感度がな
い結晶方向に切り出されたバルク形半導体抵抗片
又は拡散された拡散形抵抗体が使われる。
明の温度補償回路であり例えば第３図における１
９，２０の改良回路を示すものである。２８，２
９は前記補償回路を外部回路に接続するための例
えば第３図における１５，１６，（１７，１８）
の２端子である。３０はサーミスタ３１に並列に
接続された抵抗、３２，３３，３４もそれぞれ抵
抗、３５は中点タツプ３７を持つた可変抵抗器、
３６は正の温度係数をもつた抵抗体で、普通、応
力（ひずみ）がない位置に配置された半導体スト
レンゲージ、あるいは応力（ひずみ）に感度がな
い結晶方向に切り出されたバルク形半導体抵抗片
又は拡散された拡散形抵抗体が使われる。
温度補償回路２７の２端子２８，２９からみた
インピーダンスＲzのもつべき条件は次の事項で
ある。
インピーダンスＲzのもつべき条件は次の事項で
ある。
(イ) Ｒzの温度特性は、(2)式を満足すること。
(ロ) 可変抵抗器３５の中点３７を移動させること
によつて、零点遷移操作をするとき、あらかじ
め決められた零点遷移量を遷移させることが可
能であること。
によつて、零点遷移操作をするとき、あらかじ
め決められた零点遷移量を遷移させることが可
能であること。
(ハ) 半導体ストレンゲージの(2)式左辺で示された
温度特性が物と物との間で変化したときも、感
温抵抗体３１，３６はそれぞれ物と物との間で
同一種類の感温抵抗体を使用し、抵抗３０，３
２，３３，３４，３５の回路定数をかえて(イ)の
条件を満足させ得ること。
温度特性が物と物との間で変化したときも、感
温抵抗体３１，３６はそれぞれ物と物との間で
同一種類の感温抵抗体を使用し、抵抗３０，３
２，３３，３４，３５の回路定数をかえて(イ)の
条件を満足させ得ること。
(ニ) 条件(ハ)で抵抗の回路定数は実用上実現可能な
値であること、例えば抵抗値が負になつたり、
数百ＭΩであつたりすると実用上ほとんど安定
して実現できない値である。
値であること、例えば抵抗値が負になつたり、
数百ＭΩであつたりすると実用上ほとんど安定
して実現できない値である。
さて、条件(イ)を満足させるためには、応力（ひ
ずみ）によつて半導体ストレンゲージの抵抗値が
変化する量ΔＲの温度影響の小さいゲージを使用
することが有利である。これを実現するために
は、半導体ストレンゲージの不純物濃度を２×
1018cm-3近傍の値にすればよい。すなわち不純物
濃度が前記近傍の値とすればΔＲの１次の温度係
数はほとんど零になる。拡散形半導体ストレンゲ
ージのΔＲの温度特性の代表例を第５図の曲線３
９で示す。なお第５図の縦軸は(2)式の左辺の値を
示す。20℃付近の１次係数は負となつており、不
純物濃度は２×1018cm-3より若干濃い方にある。
曲線３９から明らかなように、ΔＲの温度係数は
大きな高次項成分を含んでいることがわかる。例
えば曲線３９では、20℃を基準温度としたとき、
１次温度係数C1−3.8×10-4（℃-1）、２次温度
係数C29.2×10-6（℃-2）、３次温度係数C3−
3.9×10-8（℃-3）となつている。このように高次
項成分を含んだ特性も、本発明の補償回路によれ
ば、非常によい補償をすることが可能である。
ずみ）によつて半導体ストレンゲージの抵抗値が
変化する量ΔＲの温度影響の小さいゲージを使用
することが有利である。これを実現するために
は、半導体ストレンゲージの不純物濃度を２×
1018cm-3近傍の値にすればよい。すなわち不純物
濃度が前記近傍の値とすればΔＲの１次の温度係
数はほとんど零になる。拡散形半導体ストレンゲ
ージのΔＲの温度特性の代表例を第５図の曲線３
９で示す。なお第５図の縦軸は(2)式の左辺の値を
示す。20℃付近の１次係数は負となつており、不
純物濃度は２×1018cm-3より若干濃い方にある。
曲線３９から明らかなように、ΔＲの温度係数は
大きな高次項成分を含んでいることがわかる。例
えば曲線３９では、20℃を基準温度としたとき、
１次温度係数C1−3.8×10-4（℃-1）、２次温度
係数C29.2×10-6（℃-2）、３次温度係数C3−
3.9×10-8（℃-3）となつている。このように高次
項成分を含んだ特性も、本発明の補償回路によれ
ば、非常によい補償をすることが可能である。
次に感温抵抗の回路定数と抵抗の値等の関数に
ついて以下の図に従つて説明する。第４図におけ
る抵抗３０の抵抗値をR30とし、以下同様に、３
２をR32，３３をR33とし、３４と３５の並列抵抗
をR34と略記する。又ΔＲの温度特性は第５図に
示した特性を代表例とする。
ついて以下の図に従つて説明する。第４図におけ
る抵抗３０の抵抗値をR30とし、以下同様に、３
２をR32，３３をR33とし、３４と３５の並列抵抗
をR34と略記する。又ΔＲの温度特性は第５図に
示した特性を代表例とする。
第６図ａは、サーミスタ３１のＢ定数と他の抵
抗の関係を示す。今温度T0時の抵抗値をR0、温
度Ｔ時の抵抗値をＲとした場合Ｒ＝R0 exp Ｂ（１／Ｔ＝１／Ｔ０）の関係がある。このＢをＢ定数
（温 度の感度）と云う。第４図に示した本発明の回路
では自由度が多いため、次の固定条件のもとに条
件(イ)を満足するように抵抗値を選択した例であ
る。すなわち、サーミスタ３１の０℃における抵
抗値ＲTp＝2kΩ、感温抵抗３６のそれはＲcp＝2k
Ω、補償回路インピーダンスの０℃における抵抗
値Ｒzp＝1.2kΩとした場合である。サーミスタの
Ｂ定数が1500〜4000゜ｋ内でR30，R33，R34，R32
は実現可能な値で、条件(イ)を満足するけれども、
それぞれの満足の度合が異なつている。すなわち
Ｂ定数2000，2500，3000゜ｋの近似誤差、（第５
図に示す理想的な補償回路インピーダンスと実際
の回路で得られるインピーダンスの差を前者で割
つて％表示したもの）を第６図ｂに示す。温度範
囲が−40゜〜120℃ではＢ定数が小さいものほど
近似の度合がよいがほとんど±0.5％以内に入つ
ている。
抗の関係を示す。今温度T0時の抵抗値をR0、温
度Ｔ時の抵抗値をＲとした場合Ｒ＝R0 exp Ｂ（１／Ｔ＝１／Ｔ０）の関係がある。このＢをＢ定数
（温 度の感度）と云う。第４図に示した本発明の回路
では自由度が多いため、次の固定条件のもとに条
件(イ)を満足するように抵抗値を選択した例であ
る。すなわち、サーミスタ３１の０℃における抵
抗値ＲTp＝2kΩ、感温抵抗３６のそれはＲcp＝2k
Ω、補償回路インピーダンスの０℃における抵抗
値Ｒzp＝1.2kΩとした場合である。サーミスタの
Ｂ定数が1500〜4000゜ｋ内でR30，R33，R34，R32
は実現可能な値で、条件(イ)を満足するけれども、
それぞれの満足の度合が異なつている。すなわち
Ｂ定数2000，2500，3000゜ｋの近似誤差、（第５
図に示す理想的な補償回路インピーダンスと実際
の回路で得られるインピーダンスの差を前者で割
つて％表示したもの）を第６図ｂに示す。温度範
囲が−40゜〜120℃ではＢ定数が小さいものほど
近似の度合がよいがほとんど±0.5％以内に入つ
ている。
第７図に０℃におけるサーミスタ抵抗値ＲTpと
各抵抗の関係を示す。他のパラメータはＢ＝2500
〓、Ｒcp＝2kΩ、ＲZp＝1.2kΩとした。ＲTpが変
化した場合、(2)式を満足させるR30の値は急激に
変化する。ＲTpが0.5〜5kΩのときR30は実現し得
る値とみることができる。他の抵抗については図
示したＲTpの範囲で充分実現し得る値である。本
発明における好適な条件としてＲTpが0.5〜5kΩ
があげられる。
各抵抗の関係を示す。他のパラメータはＢ＝2500
〓、Ｒcp＝2kΩ、ＲZp＝1.2kΩとした。ＲTpが変
化した場合、(2)式を満足させるR30の値は急激に
変化する。ＲTpが0.5〜5kΩのときR30は実現し得
る値とみることができる。他の抵抗については図
示したＲTpの範囲で充分実現し得る値である。本
発明における好適な条件としてＲTpが0.5〜5kΩ
があげられる。
第８図に０℃における拡散感温抵抗値Ｒcpと各
抵抗の関係を示す。他のパラメータはＢ＝2500
〓、ＲTp＝2kΩ、Ｒzp＝1.2kΩ、とした。Ｒcpは
R34が極端に大きくならないために0.5kΩ以上
で、R33が負にならないために5kΩ以下なる条件
が必要であることがわかる。これらのＲcpに加え
られる条件は絶対的な値ではなく、固定したパラ
メータをある範囲でふれば、Ｒcpの上限は1.5kΩ
程度大きくすることは可能である。
抵抗の関係を示す。他のパラメータはＢ＝2500
〓、ＲTp＝2kΩ、Ｒzp＝1.2kΩ、とした。Ｒcpは
R34が極端に大きくならないために0.5kΩ以上
で、R33が負にならないために5kΩ以下なる条件
が必要であることがわかる。これらのＲcpに加え
られる条件は絶対的な値ではなく、固定したパラ
メータをある範囲でふれば、Ｒcpの上限は1.5kΩ
程度大きくすることは可能である。
以上の実施例で述べたごとく、感温素子に好適
な条件を選択することによつて次の効果が得られ
る。
な条件を選択することによつて次の効果が得られ
る。
第１に、ΔＲの特性の広い変化にわたつて、い
わゆる抵抗３０，３２，３３，３４，３５を選択
するのみで補償可能であること。すなわち、第９
図４３で示すごとくΔＲの特性の広い範囲にわた
つて±0.2％以下の近似誤差で補償が可能であ
る。拡散形の半導体ストレンゲージでは、特性の
上記範囲は拡散のロツドによつて、不純物濃度が
変わる範囲を充分カバーするもので、実用上すべ
て補償できることを意味する。さらに、条件(ハ)を
満足することすなわちサーミスタ３１および感温
抵抗３６をそれぞれ一種類にすることができるこ
とは、実用上の価値は非常に高い。なぜならば、
感温素子は、半導体ストレンゲージの近傍に組み
込まなければならないものであるため、容易に取
りはずしが出来にくい所へ取付けるのが普通であ
る。そのためこの素子を数種から選択して接続す
ることは不利である。本発明によれば、それぞれ
一種の素子で充分であり、抵抗のみの選択でよい
ことは、信頼性のみならず生産性が非常に高いこ
とが明らかである。
わゆる抵抗３０，３２，３３，３４，３５を選択
するのみで補償可能であること。すなわち、第９
図４３で示すごとくΔＲの特性の広い範囲にわた
つて±0.2％以下の近似誤差で補償が可能であ
る。拡散形の半導体ストレンゲージでは、特性の
上記範囲は拡散のロツドによつて、不純物濃度が
変わる範囲を充分カバーするもので、実用上すべ
て補償できることを意味する。さらに、条件(ハ)を
満足することすなわちサーミスタ３１および感温
抵抗３６をそれぞれ一種類にすることができるこ
とは、実用上の価値は非常に高い。なぜならば、
感温素子は、半導体ストレンゲージの近傍に組み
込まなければならないものであるため、容易に取
りはずしが出来にくい所へ取付けるのが普通であ
る。そのためこの素子を数種から選択して接続す
ることは不利である。本発明によれば、それぞれ
一種の素子で充分であり、抵抗のみの選択でよい
ことは、信頼性のみならず生産性が非常に高いこ
とが明らかである。
第２の効果は、第１０図に示すごとく、感温抵
抗３６の１次の温度係数が図のごとく変化して
も、各抵抗は広範囲な変化しかせず感温抵抗の拡
散濃度が変化しても本方式による補償は確実に実
施できる。拡散形半導体ストレンゲージを使う場
合、感温抵抗には、前述したごとく、感度のない
結晶軸に拡散した抵抗体を使うことがほとんどで
ある。そこで拡散のロツトで、不純物濃度が若干
異なり、ΔＲの温度特性のみならず拡散抵抗体の
温度係数も異なることがしばしばある。その変動
は±10％見積れば充分であることから、ゲージの
ΔＲ及び感温抵抗体の温度係数がロツト間で変化
しても、各抵抗を選択するのみで充分補償が可能
である。
抗３６の１次の温度係数が図のごとく変化して
も、各抵抗は広範囲な変化しかせず感温抵抗の拡
散濃度が変化しても本方式による補償は確実に実
施できる。拡散形半導体ストレンゲージを使う場
合、感温抵抗には、前述したごとく、感度のない
結晶軸に拡散した抵抗体を使うことがほとんどで
ある。そこで拡散のロツトで、不純物濃度が若干
異なり、ΔＲの温度特性のみならず拡散抵抗体の
温度係数も異なることがしばしばある。その変動
は±10％見積れば充分であることから、ゲージの
ΔＲ及び感温抵抗体の温度係数がロツト間で変化
しても、各抵抗を選択するのみで充分補償が可能
である。
第３の効果は、第１１図に示すごとく、補償回
路の全インピーダンスを大きく変化させても補償
可能であることである。前にも述べたごとく、全
インピーダンスは、零点遷移量の最大値で決定さ
れるものであるため、対象となるブリツジが100
％入力の何％まで零点遷移操作を受けるかが問題
で、一概には決められないため、全インピーダン
スにはフレキシビリテイが要求される。従つて本
実施例によれば、0.7kΩ〜1.6kΩ範囲では充分余
裕をもつて補償でき、実用上著しい利点をもつて
いる。
路の全インピーダンスを大きく変化させても補償
可能であることである。前にも述べたごとく、全
インピーダンスは、零点遷移量の最大値で決定さ
れるものであるため、対象となるブリツジが100
％入力の何％まで零点遷移操作を受けるかが問題
で、一概には決められないため、全インピーダン
スにはフレキシビリテイが要求される。従つて本
実施例によれば、0.7kΩ〜1.6kΩ範囲では充分余
裕をもつて補償でき、実用上著しい利点をもつて
いる。
半導体ストレンゲージのスパン補償も、前記し
た温度補償回路と同一の特性をもつた補償回路が
必要である。その説明図を第１２図に示す。４４
〜４７は半導体ストレンゲージ、４８はブリツジ
電流I0を制御するための増幅器、４９は基準電
圧、５０は電流増幅用トランジスタ、Ｒsはスパ
ン補償回路である。
た温度補償回路と同一の特性をもつた補償回路が
必要である。その説明図を第１２図に示す。４４
〜４７は半導体ストレンゲージ、４８はブリツジ
電流I0を制御するための増幅器、４９は基準電
圧、５０は電流増幅用トランジスタ、Ｒsはスパ
ン補償回路である。
(1)式でＲz＝０とおけば
V0−ΔRI0 ……(3)
V0が温度係数をもたないようにするのがスパ
ン補償である。従つてI0の温度特性は −１／Ｉ０ ∂Ｉ０／∂Ｔ＝１／ΔＲ ∂ΔＲ／∂Ｔ
……(4) でなければならない。一方第１２図より励起電流
I0は、 I0＝Ｅs／Ｒs Ｅsは温度に対し一定であるから −１／Ｉ０ ∂Ｔ０／∂Ｔ＝１／Ｒｓ ∂Ｒｓ／∂Ｔ
＝１／ΔＲ ∂ΔＲ／∂Ｔ……(5) となり、(5)式の第２、第３項の等式は(2)式と等価
である。スパン補償の場合は、可変抵抗器が不必
要なため、第４図の３４と３５を一箇の抵抗に置
きかえる必要がある。その他は零点遷移補償と同
じである。
ン補償である。従つてI0の温度特性は −１／Ｉ０ ∂Ｉ０／∂Ｔ＝１／ΔＲ ∂ΔＲ／∂Ｔ
……(4) でなければならない。一方第１２図より励起電流
I0は、 I0＝Ｅs／Ｒs Ｅsは温度に対し一定であるから −１／Ｉ０ ∂Ｔ０／∂Ｔ＝１／Ｒｓ ∂Ｒｓ／∂Ｔ
＝１／ΔＲ ∂ΔＲ／∂Ｔ……(5) となり、(5)式の第２、第３項の等式は(2)式と等価
である。スパン補償の場合は、可変抵抗器が不必
要なため、第４図の３４と３５を一箇の抵抗に置
きかえる必要がある。その他は零点遷移補償と同
じである。
本発明によれば、零点遷移時の零点もしくはス
パンが温度によつて変動しない半導体ストレンゲ
ージ温度補償回路を提供できる。
パンが温度によつて変動しない半導体ストレンゲ
ージ温度補償回路を提供できる。
第１図は零点遷移の説明図、第２図は従来説明
図、第３図は温度補償説明図、第４図は本発明の
説明図、第５図は本発明を説明するためのΔＲ温
度特性図、第６図より第８図は本発明の説明図、
第９より第１１図は本発明による効果を説明する
ための図、第１２図はスパン補償説明図である。 ２７……温度補償回路、２８，２９……端子、
３１……サーミスタ、３６……感温抵抗、３０，
３２，３３，３４……固定抵抗、３７……出力端
子。
図、第３図は温度補償説明図、第４図は本発明の
説明図、第５図は本発明を説明するためのΔＲ温
度特性図、第６図より第８図は本発明の説明図、
第９より第１１図は本発明による効果を説明する
ための図、第１２図はスパン補償説明図である。 ２７……温度補償回路、２８，２９……端子、
３１……サーミスタ、３６……感温抵抗、３０，
３２，３３，３４……固定抵抗、３７……出力端
子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１つの腕に半導体ストレンゲージ
を有するホイートストンブリツジと、前記ブリツ
ジの入力端子もしくは出力端子の少なくとも一方
に接続される抵抗と感温素子とから温度補償回路
とを有し、前記補償回路のインピーダンスの温度
係数を前記ゲージの圧力変化に基く抵抗変化量の
温度係数と等しく構成した半導体ストレンゲージ
の温度補償回路において、前記温度補償回路は、
一次の温度係数が正である感温素子に直列接続さ
れた抵抗とよりなる第１の回路と、一次の温度係
数が負である感温素子に並列接続された抵抗に直
列接続される抵抗とよりなる第２の回路と、抵抗
よりなる第３の回路とよりなり、前記補償回路を
前記第１、第２、第３の回路を並列接続すること
により構成したことを特徴とする半導体ストレン
ゲージの温度補償回路。 ２ 第１項記載の半導体ストレンゲージの温度補
償回路において、第３の回路を可変抵抗により構
成したことを特徴とする半導体ストレンゲージの
温度補償回路。 ３ 第１項もしくは第２項記載の半導体ストレン
ゲージの温度補償回路において、第１の回路の感
温素子を半導体拡散形抵抗体により構成したこと
を特徴とする半導体ストレンゲージの温度補償回
路。 ４ 第１項もしくは第２項記載の半導体ストレン
ゲージの温度補償回路において、第２の回路の感
温素子をサーミスタにより構成したことを特徴と
する半導体ストレンゲージの温度補償回路。 ５ 第３項記載の半導体ストレンゲージの温度補
償回路において、半導体拡散形抵抗体の室温にお
ける抵抗値を0.5kΩないしは5kΩに構成したこ
とを特徴とする半導体ストレンゲージの温度補償
回路。 ６ 第４項もしくは第５項記載の半導体ストレン
ゲージの温度補償回路において、サーミスタのＢ
定数を2000ないし3000，０℃における抵抗を0.5k
Ωないし4kΩに構成したことを特徴とする半導
体ストレンゲージの温度補償回路。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11991677A JPS5453877A (en) | 1977-10-07 | 1977-10-07 | Temperature compensation circuit of semiconductor strain gauge |
| US05/948,778 US4173148A (en) | 1977-10-07 | 1978-10-05 | Semiconductor strain gauge with temperature compensator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11991677A JPS5453877A (en) | 1977-10-07 | 1977-10-07 | Temperature compensation circuit of semiconductor strain gauge |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15873281A Division JPS57103027A (en) | 1981-10-07 | 1981-10-07 | Semiconductor transducer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5453877A JPS5453877A (en) | 1979-04-27 |
| JPS6142876B2 true JPS6142876B2 (ja) | 1986-09-24 |
Family
ID=14773354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11991677A Granted JPS5453877A (en) | 1977-10-07 | 1977-10-07 | Temperature compensation circuit of semiconductor strain gauge |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4173148A (ja) |
| JP (1) | JPS5453877A (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4299130A (en) * | 1979-10-22 | 1981-11-10 | Gould Inc. | Thin film strain gage apparatus with unstrained temperature compensation resistances |
| JPS57103027A (en) * | 1981-10-07 | 1982-06-26 | Hitachi Ltd | Semiconductor transducer |
| JPS58123780A (ja) * | 1982-01-20 | 1983-07-23 | Hitachi Ltd | 半導体ストレインゲ−ジトランスジユ−サ |
| JPS59184819A (ja) * | 1983-04-06 | 1984-10-20 | Hitachi Ltd | 半導体圧力センサ |
| USRE32631E (en) * | 1984-03-12 | 1988-03-29 | Frazier Precision Instrument Company, Inc. | Measurement circuit for load cell |
| JPH0797010B2 (ja) * | 1986-03-26 | 1995-10-18 | 株式会社日立製作所 | 半導体歪ゲ−ジブリツジ回路 |
| US4807151A (en) * | 1986-04-11 | 1989-02-21 | Purdue Research Foundation | Electrical technique for correcting bridge type mass air flow rate sensor errors resulting from ambient temperature variations |
| JPH0691265B2 (ja) * | 1986-08-01 | 1994-11-14 | 株式会社日立製作所 | 半導体圧力センサ |
| EP0265816B1 (en) * | 1986-10-28 | 1991-08-28 | Sumitomo Electric Industries Limited | Method of measuring semiconductor pressure sensor |
| US4809536A (en) * | 1986-11-06 | 1989-03-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of adjusting bridge circuit of semiconductor pressure sensor |
| US5431064A (en) * | 1992-09-18 | 1995-07-11 | Home Row, Inc. | Transducer array |
| CA2203658A1 (en) * | 1994-10-27 | 1996-05-09 | Randy John Brunn | Mixing apparatus |
| DE19825761C2 (de) * | 1998-06-09 | 2001-02-08 | Fraunhofer Ges Forschung | Vorrichtung zum Erfassen einer Dehnung und/oder einer Stauchung eines Körpers |
| DE19848362A1 (de) * | 1998-10-21 | 2000-04-27 | Bosch Gmbh Robert | Schaltungsanordnung zur Kompensation der Temperaturnichtlinearität der Kennlinien von in einer Brückenschaltung geschalteter piezoresistiver Meßwiderstände |
| GB2370122B (en) * | 2000-12-16 | 2005-04-27 | Senstronics Ltd | Temperature compensated strain gauge |
| WO2008029648A1 (fr) * | 2006-09-05 | 2008-03-13 | Ishida Co., Ltd. | Module de cellules de charge, contrôleur de poids, et instrument de pesée électronique |
| RU2507475C1 (ru) * | 2012-07-03 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом положительной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика |
| RU2507477C1 (ru) * | 2012-07-03 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом положительной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика |
| RU2507476C1 (ru) * | 2012-07-03 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом положительной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика |
| RU2506534C1 (ru) * | 2012-07-20 | 2014-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом положительной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика |
| RU2539816C1 (ru) * | 2013-07-23 | 2015-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет | Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика |
| RU2542611C1 (ru) * | 2013-07-23 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика |
| JP6511336B2 (ja) * | 2015-06-02 | 2019-05-15 | エイブリック株式会社 | 温度補償回路およびセンサ装置 |
| DE102015222756A1 (de) | 2015-11-18 | 2017-05-18 | Robert Bosch Gmbh | Sensorelement für einen Drucksensor |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2801388A (en) * | 1953-09-15 | 1957-07-30 | Baldwin Lima Hamilton Corp | Extensometer with adjustable temperature compensation |
| US3161821A (en) * | 1962-07-02 | 1964-12-15 | Statham Instrument Inc | Wheatstone bridge transducer circuits with external balancing means |
-
1977
- 1977-10-07 JP JP11991677A patent/JPS5453877A/ja active Granted
-
1978
- 1978-10-05 US US05/948,778 patent/US4173148A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4173148A (en) | 1979-11-06 |
| JPS5453877A (en) | 1979-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS6142876B2 (ja) | ||
| US4516865A (en) | Resistance thermometer | |
| US5187985A (en) | Amplified pressure transducer | |
| EP0086462B1 (en) | Pressure sensor employing semiconductor strain gauge | |
| US3967188A (en) | Temperature compensation circuit for sensor of physical variables such as temperature and pressure | |
| US3245252A (en) | Temperature compensated semiconductor strain gage unit | |
| US4498330A (en) | Gas detecting and monitoring device | |
| JPH0777266B2 (ja) | 半導体歪み検出装置 | |
| US4463274A (en) | Temperature compensation circuit for pressure sensor | |
| US5197334A (en) | Programmable compensation of bridge circuit thermal response | |
| US6314815B1 (en) | Pressure sensor with compensation for null shift non-linearity at very low temperatures | |
| US4196382A (en) | Physical quantities electric transducers temperature compensation circuit | |
| US4478527A (en) | Temperature compensation for zero and span changes in a measurement circuit | |
| US6107861A (en) | Circuit for self compensation of silicon strain gauge pressure transmitters | |
| JP4710119B2 (ja) | センサ回路 | |
| US5031463A (en) | Load cell output correction circuitry | |
| US3067613A (en) | Temperature transducer device | |
| KR100261315B1 (ko) | 압력 센서용 신호 처리 회로 | |
| KR100238390B1 (ko) | 압력센서의 온도 보상 회로 | |
| JPS6122766B2 (ja) | ||
| US3199354A (en) | Compensated measuring circuit | |
| JP2536822B2 (ja) | 計量装置用温度補償回路 | |
| JPH0720155A (ja) | ホール素子の温度係数測定方法および電流検出器の温度補償方法 | |
| JPH0419470Y2 (ja) | ||
| JP2516647Y2 (ja) | 温度補償回路 |