專(zhuān)利名稱(chēng):半導(dǎo)體壓力計(jì)的制作方法
本發(fā)明涉及的是半導(dǎo)體壓力計(jì)，特別是關(guān)于，為了能夠簡(jiǎn)便易行地進(jìn)行高精度的溫度補(bǔ)償，采用適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體壓力傳感器，檢測(cè)出壓力和差壓等，然后把它們轉(zhuǎn)變成電信號(hào)向外部輸出的半導(dǎo)體壓力計(jì)。
在處理流體的化學(xué)設(shè)備和其它設(shè)備中，流體壓力和差壓的測(cè)定對(duì)設(shè)備的運(yùn)行來(lái)說(shuō)是必不可少的。近年來(lái)，這種壓力和差壓的測(cè)定要求達(dá)到±0.2%的高精度，并要求具有高可靠性，雖然壓力、差壓的測(cè)定方法有許多種，但最近，引人注目的是采用半導(dǎo)體壓敏電阻的半導(dǎo)體壓力傳感器。半導(dǎo)體壓敏電阻與以往的金屬壓敏電阻相比，由于其阻值變化率要比后者高數(shù)10倍，因而能得到強(qiáng)的輸出電信號(hào)，而且由于能夠利用半導(dǎo)體制造工藝，因而能獲得體積小，價(jià)格便宜，性能一致性好的產(chǎn)品。但是，另一方面，又存在著一些缺點(diǎn)半導(dǎo)體對(duì)溫度具有固有的敏感性，使電阻值和靈敏度隨溫度變化。而且由于壓力傳感器和差壓傳感器通常直接安裝在室外的設(shè)備上，所以使用環(huán)境惡劣，使用溫度在-40-120℃之間。因此，必須對(duì)半導(dǎo)體傳感器附加某些改善溫度特性的功能。
為了容易理解本發(fā)明，圖1畫(huà)出了采用半導(dǎo)體壓力傳感器的電子式壓力、差壓傳送器的電路原理圖。整個(gè)電路由以下部分組成傳感器部分(1)，它是由擴(kuò)散法形成的4個(gè)半導(dǎo)體壓敏電阻構(gòu)成的電橋(作為半導(dǎo)體壓力傳感器)和改善部分溫度特性的裝置組成的;激勵(lì)電路(2)，它以最佳條件激勵(lì)電橋;輸出運(yùn)算放大電路(3)，對(duì)電橋輸出的與壓力或差壓成正比的電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算放大，并將其變換成規(guī)定電平的電流信號(hào);電流計(jì)(4)，顯示輸出信號(hào);調(diào)零電位器(5);對(duì)電橋輸出的電信號(hào)調(diào)零;量程調(diào)節(jié)電位器(6)，用于變化輸出運(yùn)算放大電路(3)的電流信號(hào)增益，即變換測(cè)定量的靈敏度。此外，在壓力計(jì)的外面，還有用于驅(qū)動(dòng)電子式壓力、差壓傳感器電路的直流電源(7)和檢測(cè)信號(hào)電流的檢測(cè)電阻(8)，其連接方式如圖所示。A～F分別表示傳感器(1)的外部端子。
除了傳感器部分(1)之外，此電路的其它部分，通常稱(chēng)為電流變換器，并將這部份組裝在一個(gè)外殼里，進(jìn)行統(tǒng)一制作。因此，并不具備改善半導(dǎo)體壓力傳感器溫度特性的功能，它完全附加于半導(dǎo)體壓力傳感器上。
圖2是圖1所示半導(dǎo)體壓力傳感器中的傳感器部份(1)的電路詳細(xì)說(shuō)明圖。電橋(9)由4個(gè)半導(dǎo)體壓敏電阻(10)構(gòu)成。為了改善其溫度特性，在電橋(9)的周?chē)O(shè)置了溫度補(bǔ)償部份(11)。在此溫度補(bǔ)償部份(11)處，有如下設(shè)置零溫度補(bǔ)償電路(12)是為了在半導(dǎo)體壓力傳感器上沒(méi)有外加壓力或差時(shí)，使電橋(9)的零平衡不因溫度而變化而加的補(bǔ)償電路;量程溫度補(bǔ)償電路(13)，是為了在半導(dǎo)體壓力傳感器上沒(méi)有外加壓力或差壓時(shí)，使電橋(9)送出的電信號(hào)與溫度無(wú)關(guān)而保持一定所加的補(bǔ)償電路;零漂移溫度補(bǔ)償電路(4)，是為了在半導(dǎo)體壓力傳感器沒(méi)有外加壓力或差壓的情況下下，輸出電信號(hào)不為零而是某一種電平信號(hào)所加的補(bǔ)償電路。
圖3是溫度補(bǔ)償電路(12)、(13)和(14)的電路原理圖。圖4是圖3所示的溫度補(bǔ)償電路的阻抗隨溫度變化的曲線(xiàn)圖。圖5分別表示圖3所示溫度補(bǔ)償電路的補(bǔ)償特性曲線(xiàn)。
如圖3所示，這些溫度補(bǔ)償電路(12)～(14)分別由幾個(gè)電阻R1、R2和熱敏電阻RT組成，其電阻的阻值和熱敏電阻的阻值是這確定的，如圖4所示，改變半導(dǎo)體壓力傳感器的溫度，再改變某些參數(shù)，如在半導(dǎo)體壓力傳感器的壓力或差壓的有有無(wú)等，以測(cè)定半導(dǎo)體壓力傳感器的特性，由其結(jié)果計(jì)算出。經(jīng)這樣確定常數(shù)的傳感器部份(1)，可以組裝在任何電流變換器(使用電壓變換器也行)上使用。
圖3所示的溫度補(bǔ)償電路的阻抗Z為Z＝R1+ (R2·RT)/(R2＋RT)該阻抗隨溫度的變化曲線(xiàn)和熱敏電阻RT隨溫度的變化曲線(xiàn)如圖所示。應(yīng)用圖4中X～Y段的電阻變化規(guī)律，可以進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
例如，零點(diǎn)隨溫度的變化情況由圖5中的實(shí)線(xiàn)表示。如果按照?qǐng)D3所示的溫度補(bǔ)償電路所產(chǎn)生的補(bǔ)償曲線(xiàn)，曲虛線(xiàn)表示，對(duì)此零點(diǎn)與溫度的關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，就得到了點(diǎn)劃線(xiàn)所表示的特性。
圖6是現(xiàn)有差壓測(cè)定用的受壓主體結(jié)構(gòu)圖。該主體中裝有與之連為一體的溫度補(bǔ)償電路和半導(dǎo)體壓力傳感器。以下說(shuō)明其功能。受壓主體(15)中，在其低壓力側(cè)和高壓力側(cè)，分別裝有密封膜片(16)(左右邊都可以)，作用于各密封膜片(16)外側(cè)的壓力，由壓力傳遞媒介-硅油(17)分別傳給測(cè)量膜片(18)的兩側(cè)。在萬(wàn)一只有一邊受到壓力作用的情況下，測(cè)量膜片(18)兼有吸收強(qiáng)大差壓的作用。在這樣的條件下，高壓側(cè)和低壓側(cè)構(gòu)成相同的空間容積，可以封入等量的硅油(17)，以消除硅油(17)的熱脹冷縮作用所造成的溫度的影響。測(cè)量膜片(18)兩側(cè)硅油(17)的壓力，分別由導(dǎo)管(19)傳遞給半導(dǎo)體壓力傳感器(20)的兩側(cè)。這樣一來(lái)，半導(dǎo)體壓力傳感器(20)就得發(fā)生對(duì)應(yīng)于差壓的彎曲變形。在半導(dǎo)體壓力傳感器(20)的一面(20A)上，擴(kuò)散形成半導(dǎo)體壓敏電阻，此電阻的表面覆蓋有SiO2保護(hù)膜，其阻值隨半導(dǎo)體壓力傳感器(20)的變形而發(fā)生變化。各半導(dǎo)體壓敏電阻連接成橋狀結(jié)構(gòu)，將差壓信號(hào)變換為電信號(hào)，其輸出從密封端子(21)送至受壓主體(15)之外。這個(gè)密封端子(21)也可用作測(cè)定半導(dǎo)體壓力傳感器(20)溫度特性時(shí)的電接觸端。
(22)是溫度補(bǔ)償電路板。在溫度補(bǔ)償電路板(22)上，裝置了由電阻(23)和熱敏電阻(24)構(gòu)成的溫度補(bǔ)償部分(11)。電阻(23)相當(dāng)于圖3中的電阻R1、R2，熱敏電阻(24)相當(dāng)于圖3中的熱敏電阻RT。由軟性印制線(xiàn)(27)分別將溫度補(bǔ)償電路板(22)與密封端子(21)和蓋子(25)上的連接器(26)相連接，防止錯(cuò)誤接線(xiàn)。
圖7是采用了圖6受壓主體(15)的帶凸緣受壓主體結(jié)構(gòu)圖。帶凸緣受壓部分安裝在沒(méi)有直接畫(huà)的容器上，用于測(cè)量容器內(nèi)的液面等。接觸液體的密封膜片(29)的四周被焊接在安裝于容器上的凸緣(28)中。凸緣(28)和標(biāo)準(zhǔn)的受壓主體(15)的高壓側(cè)由毛細(xì)管(30)相連接，其內(nèi)充滿(mǎn)了硅油(31)，將接觸液體的密封膜片(29)所受的壓力傳遞給高壓側(cè)的密封膜片(16)。(32)是增強(qiáng)管道。
可是，由于通常毛細(xì)管(30)有數(shù)米長(zhǎng)，所以凸緣(28)中的硅油(31)是標(biāo)準(zhǔn)受壓主體(15)中的硅油量(17)的倍數(shù)，而且，由于只在高壓側(cè)安裝有凸緣(28)，高壓側(cè)的硅油量(17)和(31)要比低壓側(cè)顯著增多，接觸液體的密封膜片(29)的反作用力因硅油的熱脹冷縮而發(fā)生變化，由此引起的壓力變化導(dǎo)致了輸出誤差的產(chǎn)生。因此，在沒(méi)有裝配凸緣(28)的情況下，受壓部分的溫度補(bǔ)償由標(biāo)準(zhǔn)受壓主體(15)完成。然而在安裝了凸緣(28)之后，就必須重新進(jìn)行溫度補(bǔ)償。這時(shí)，必須用手工方式更換溫度補(bǔ)償電路板上組裝的電阻(23)和熱敏電阻(24)。然而，在更換時(shí)，溫度補(bǔ)償電路板(22)和薄的柔軟印制布線(xiàn)(22)會(huì)受損傷，并且因受熱老化，因而在作業(yè)性和可靠性方面出現(xiàn)了問(wèn)題。而且，溫度補(bǔ)償電路板和軟印制布(27)還有這樣的問(wèn)題，即將其安裝在受壓主體(15)上之后，就幾乎不可能更換了。若它們受到損傷，其受壓主體(15)也就報(bào)廢了。
如上所述，由于歷來(lái)補(bǔ)償電路板(22)是裝入受壓主體(15)內(nèi)，與之合為一體，因此，工作情況全部系列化，其缺點(diǎn)是帶來(lái)了作業(yè)性和可靠性方面的問(wèn)題。
鑒于以上所述，本發(fā)明的目的在于提供能夠進(jìn)行預(yù)定的、高精度補(bǔ)償，且能在必要時(shí)，變更溫度補(bǔ)償內(nèi)容的半導(dǎo)體壓力計(jì)。
本發(fā)明的特征在于，補(bǔ)償半導(dǎo)體壓力傳感器溫度特性的溫度補(bǔ)償手段，獨(dú)立于裝有上述半導(dǎo)體壓力傳感器的受壓主體和變換器，并且具有通過(guò)印刷電路板連接器，可以任意裝卸的結(jié)構(gòu)，上述變換器將來(lái)自電橋的與壓力或差壓成正比的電信號(hào)變換成規(guī)定電平的電流或電壓，而該電橋是由上述半導(dǎo)體壓力傳感器表面上所形成的半導(dǎo)體壓敏電阻構(gòu)成的。
以下，采用圖8、圖9所示的實(shí)例，對(duì)采用本發(fā)明制作的半導(dǎo)體壓力計(jì)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖8是結(jié)構(gòu)說(shuō)明圖，它表示本發(fā)明半導(dǎo)體壓力計(jì)的溫度補(bǔ)償部分的一個(gè)實(shí)例。在圖8中，如圖6所示，受壓主體(15)中，設(shè)有密封膜片(16)，測(cè)量膜片(18)、半導(dǎo)體壓力傳感器(20)和密封端子(21)。并安裝有印刷電路板連接器(33)，該連接器則與來(lái)自受壓主體密封端子(21)的軟印刷布線(xiàn)(27)相連接。來(lái)自半導(dǎo)體傳感器(20)的與壓力或差壓成正比的電信號(hào)被變換器(34)變換成規(guī)定電平的電流或電壓。在該變換器上，也安裝了印刷電路板用的連接器(35)。溫度補(bǔ)償板(22)其輸入端和輸出端都能分別連接于印刷電路板用的連接器(33)和(35)上。溫度補(bǔ)償電路板(22)獨(dú)立于受壓主體(15)和變換器(34)，并且可以任意裝卸。
圖9是圖8中溫度補(bǔ)償電路板(22)的一個(gè)實(shí)例的Ⅸ-Ⅸ′方向的側(cè)視圖。在溫度補(bǔ)償電路板(22)上，組裝有電阻(23)和熱敏電阻(24)等，并具有圖2所示的零溫度補(bǔ)償電路(12)、量程溫度補(bǔ)償電路(13)以及零漂移溫度補(bǔ)償電路(14)等。
此外，如圖8所示，在受壓主體(15)上端部，通過(guò)C形環(huán)(36)裝上蓋子(37)，溫度補(bǔ)償電路板(22)就不易脫落。
根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，溫度補(bǔ)償電路板(22)就可以獨(dú)立于標(biāo)準(zhǔn)型的受壓主體(15)和變換器(34)，且可以獨(dú)立裝卸，提高了操作簡(jiǎn)便性，能夠容易進(jìn)行溫度再補(bǔ)償。而且能夠通過(guò)印刷電路板連接器(33，35)進(jìn)行溫度補(bǔ)償時(shí)的電連接，提高了可靠性，又可實(shí)現(xiàn)高精度的溫度補(bǔ)償，半導(dǎo)體壓力計(jì)的溫度特性可比原來(lái)提高 1/2 ～ 1/3 。
還有，使用標(biāo)準(zhǔn)型受壓主體(15)作為圖7中所示的帶凸緣受壓部分，或作為帶置換器的受壓部分時(shí)，由于僅僅取出溫度補(bǔ)償電路板(22)，就可重新進(jìn)行溫度補(bǔ)償，由此解決了因硅油量的差異造成的特性不良。
如以上說(shuō)明，根據(jù)本發(fā)明可達(dá)到這樣的效果，即由于溫度補(bǔ)償手段獨(dú)立于受壓主體和變換器，從而使溫度補(bǔ)償簡(jiǎn)便易行，又具有高精度，而且能夠在以后重新變更溫度補(bǔ)償特性，作業(yè)性和可靠性均可得到提高。
此外，由于在受壓主體上端部設(shè)置了C形環(huán)和蓋子，因此具有防止溫度補(bǔ)償部分脫落的效果。
本發(fā)明的附圖簡(jiǎn)述如下圖1是采用半導(dǎo)體壓力傳感器的電子式壓力、差壓傳送器電路原理圖。
圖2是圖1所示半導(dǎo)體壓力傳感器部分的詳細(xì)電路圖。
圖3是溫度補(bǔ)償電路原理圖。
圖4是圖3所示溫度補(bǔ)償電路阻抗隨溫度變化的曲線(xiàn)。
圖5是圖3所示溫度補(bǔ)償電路的補(bǔ)償特性曲線(xiàn)。
圖6是采用現(xiàn)有半導(dǎo)體傳感器的溫度補(bǔ)償電路組為一體的差壓測(cè)試用受壓主體結(jié)構(gòu)圖。
圖7是采用圖6中受壓主體的帶凸緣受壓部分的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是表示本發(fā)明半導(dǎo)體壓力計(jì)的溫度補(bǔ)償部分實(shí)例的結(jié)構(gòu)說(shuō)明圖。
圖9是表示圖8中溫度補(bǔ)償電路板的實(shí)例側(cè)視圖。
(1)-傳感器部分。
(2)-激勵(lì)電路(3)-輸出運(yùn)算放大電路(10)-半導(dǎo)體壓敏電阻
(11)-溫度補(bǔ)償部份(15)-受壓部主體(20)-半導(dǎo)體壓力傳感器(21)-密封端子(22)-溫度補(bǔ)償電路板(27)-軟印制布線(xiàn)(33)(35)-印刷電路板用的連接器(34)-變換器(36)-C形環(huán)(37)-蓋
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體壓力計(jì)，其特征是在裝有由半導(dǎo)體壓敏電阻組成的半導(dǎo)體壓力傳感器和補(bǔ)償該半導(dǎo)體壓力傳感器溫度特性的溫度補(bǔ)償裝置的半導(dǎo)體壓力計(jì)中，上述溫度補(bǔ)償裝置與裝有上述半導(dǎo)體壓力傳感器的受壓主體和變換器相分離，獨(dú)立設(shè)置，上述變換器將上述半導(dǎo)體壓敏電阻構(gòu)成的電橋輸出的與壓力或差壓成正比的電信號(hào)變換成為規(guī)定電平的電流或電壓。
2.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的半導(dǎo)體壓力計(jì)，其特征是上述溫度補(bǔ)償裝置是在印刷電路板所構(gòu)成的溫度補(bǔ)償電路板上，組裝電阻和熱敏電阻構(gòu)成的。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的半導(dǎo)體壓力計(jì)，其特征是由于在上述受壓主體的上端，通過(guò)C形環(huán)的支持而安裝有蓋子，防止上述溫度補(bǔ)償裝置的脫落。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體壓力計(jì)。它采用能夠簡(jiǎn)便易行地進(jìn)行溫度補(bǔ)償，且具有高精度的半導(dǎo)體壓力傳感器。在處理流體的化學(xué)設(shè)備之類(lèi)的設(shè)備中用這種半導(dǎo)體壓力傳感器，檢測(cè)壓力和差壓，然后變換成電信號(hào)輸出到外部。
文檔編號(hào)G01L9/06GK85101372SQ85101372
公開(kāi)日1987年1月10日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者葛西省三, 山本芳己 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan