センサ回路

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【発明の名称】	センサ回路
【発明者】	【氏名】谷口直博【氏名】堀正美【氏名】片山秀一
【要約】	【課題】大型化することなく、オフセット温度ドリフト補償をすることができるようにする。【解決手段】両出力端子1c,1d を有し測定対象の物理量変化に対応して変動する出力信号が両出力端子1c,1d 間から出力されるセンサ部1 と、センサ部1 の両出力端子にそれぞれ接続された非反転入力端子を有する第１及び第２のオペアンプAmp1,Amp2 が設けられて出力信号を増幅する差動増幅部2 と、増幅された出力信号が反転入力端子に入力された第３のオペアンプAmp3が設けられて周囲温度に基づいて出力値を変動させて感度温度特性補償する感度温度特性補償部10と、を備え、第１又は第２のオペアンプAmp1,Amp2 の反転入力端子のいずれかは、分圧用抵抗R5,R6 により基準電圧Ｖccの分圧された分圧電圧が入力されるセンサ回路において、分圧用抵抗R5,R6 は、可変抵抗からなる構成にしてある。

【特許請求の範囲】
【請求項１】両出力端子を有し測定対象の物理量変化に対応して変動する出力信号が両出力端子間から出力されるセンサ部と、センサ部の両出力端子にそれぞれ接続された非反転入力端子を有する第１及び第２のオペアンプが設けられて出力信号を増幅する差動増幅部と、増幅された出力信号が反転入力端子に入力された第３のオペアンプが設けられて周囲温度に基づいて出力値を変動させて感度温度特性補償する感度温度特性補償部と、を備え、第１又は第２のオペアンプの反転入力端子のいずれかは、分圧用抵抗により基準電圧の分圧された分圧電圧が入力されるセンサ回路において、前記分圧用抵抗は、可変抵抗からなることを特徴とするセンサ回路。
【請求項２】両出力端子を有し測定対象の物理量変化に対応して変動する出力信号が両出力端子間から出力されるセンサ部と、センサ部の両出力端子にそれぞれ接続された非反転入力端子を有する第１及び第２のオペアンプが設けられて出力信号を増幅する差動増幅部と、増幅された出力信号が反転入力端子に入力された第３のオペアンプが設けられて周囲温度に基づいて出力値を変動させて感度温度特性補償する感度温度特性補償部と、を備え、第３のオペアンプの非反転入力端子は、第２の分圧用抵抗により基準電圧の分圧された分圧電圧が入力されるセンサ回路において、前記第２の分圧用抵抗は、可変抵抗からなることを特徴とするセンサ回路。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力や加速度等のセンサに用いられるセンサ回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のセンサ回路として、図３に示すものが存在する。このものは、両出力端子A₁,A₂を有し測定対象の物理量変化に対応して変動する出力信号が両出力端子A₁,A₂間から出力されるセンサ部A と、センサ部A の両出力端子A₁,A₂にそれぞれ接続された非反転入力端子を有する第１及び第２のオペアンプB₁,B₂が設けられて出力信号を増幅する第１段増幅部B と、増幅された出力信号が反転入力端子に入力されるとともに感温抵抗C₁により負帰還された第３のオペアンプC₂が設けられた第２段増幅部C と、第３のアンプC₂から出力された出力信号が反転入力端子に入力されるとともに可変抵抗D₁により負帰還された第４のオペアンプD₂が設けられた第３段増幅部D と、を備え、第１のオペアンプB₁の反転入力端子には、第１の分圧用抵抗E₁,E₂により基準電圧Ｖccの分圧された分圧電圧が入力され、第３のオペアンプC₂の非反転入力端子には、第２の分圧用抵抗F₁,F₂により基準電圧Ｖccの分圧された分圧電圧が入力される。
【０００３】詳しくは、センサ部A の一方出力端子とグラウンドＧＮＤとの間には、感温素子G₁及び抵抗G₂からなる直列回路G が接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のセンサ回路にあっては、センサ部A の一方出力端子とグラウンドＧＮＤとの間には、感温素子G₁及び抵抗G₂からなる直列回路G が接続されているから、周囲温度に応じてオフセットを補償する、いわゆるオフセット温度ドリフト補償が可能となっている。
【０００５】しかしながら、感温素子G₁及び抵抗G₂からなる直列回路G を別に設けなくてはならないために、部品点数が多くなってしまい、大型化してしまうという問題点があった。
【０００６】本発明は、上記の点に着目してなされたもので、その目的とするところは、大型化することなく、オフセット温度ドリフト補償をすることができるセンサ回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決するために、請求項１記載の発明は、両出力端子を有し測定対象の物理量変化に対応して変動する出力信号が両出力端子間から出力されるセンサ部と、センサ部の両出力端子にそれぞれ接続された非反転入力端子を有する第１及び第２のオペアンプが設けられて出力信号を増幅する差動増幅部と、増幅された出力信号が反転入力端子に入力された第３のオペアンプが設けられて周囲温度に基づいて出力値を変動させて感度温度特性補償する感度温度特性補償部と、を備え、第１又は第２のオペアンプの反転入力端子のいずれかは、分圧用抵抗により基準電圧の分圧された分圧電圧が入力されるセンサ回路において、前記分圧用抵抗は、可変抵抗からなる構成にしてある。
【０００８】請求項２記載の発明は、両出力端子を有し測定対象の物理量変化に対応して変動する出力信号が両出力端子間から出力されるセンサ部と、センサ部の両出力端子にそれぞれ接続された非反転入力端子を有する第１及び第２のオペアンプが設けられて出力信号を増幅する差動増幅部と、増幅された出力信号が反転入力端子に入力された第３のオペアンプが設けられて周囲温度に基づいて出力値を変動させて感度温度特性補償する感度温度特性補償部と、を備え、第３のオペアンプの非反転入力端子は、第２の分圧用抵抗により基準電圧の分圧された分圧電圧が入力されるセンサ回路において、前記第２の分圧用抵抗は、可変抵抗からなる構成にしてある。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態を図１に基づいて以下に説明する。このセンサ回路は、半導体歪みゲージ式センサであって、センサ部1 、第１段増幅部（差動増幅部）2 、第２段増幅部3 、第３段増幅部4 を備えて構成される。
【００１０】センサ部1 は、センサ用抵抗R1,R2,R3,R4 がブリッジ接続されてなり、例えば、圧力や加速度といった、測定対象の物理量の変化を検出する。このセンサ部1の一方対向接続点1a,1b の間には基準電圧Ｖccが印加され、他方対向接続点1c,1d が両出力端子となって、他方対向接続点1c,1d 間の電圧値を出力信号として出力する。
【００１１】第１段増幅部（差動増幅部）2 は、第１の分圧用抵抗R5,R6 、第１段増幅用抵抗R7,R8,R9,R10、第１及び第２のAmp1,Amp2 からなる。第１の分圧用抵抗R5,R6は、いずれも可変抵抗であって、接続点でもって基準電圧Ｖccを分圧するよう直列接続されている。
【００１２】第１のオペアンプAmp1は、その非反転入力端子がセンサ部1 の他方対向接続点1dに接続されるとともに、反転入力端子が第１段増幅用抵抗R7を介して出力端子に接続されて、負帰還されている。
【００１３】第２のオペアンプAmp2は、その非反転入力端子がセンサ部1 の他方対向接続点1cに接続されるとともに、反転入力端子が第１段増幅用抵抗R8を介して第１の分圧用抵抗R5,R6 の接続点に接続されている。この第２のオペアンプAmp2は、反転入力端子が第１段増幅用抵抗R9を介して出力端子に接続されて、負帰還されている。この第２のオペアンプAmp2は、第１段増幅用抵抗R10 を介して、第１のオペアンプAmp1の反転入力端子に接続されている。
【００１４】第２段増幅部3 は、第２の分圧用抵抗R11,R12 、第２段増幅用抵抗R13,R14 、第３のオペアンプAmp3からなる。第２の分圧用抵抗R11,R12 は、接続点でもって基準電圧Ｖccを分圧するよう直列接続されている。第３のオペアンプAmp3は、その非反転入力端子が第２の分圧用抵抗R11,R12 の接続点に接続され、この第２の分圧用抵抗R11,R12 により基準電圧Ｖccが分圧された分圧電圧が入力されている。この第３のオペアンプAmp3は、その反転入力端子が、第２段増幅用抵抗R13 を介して第１のオペアンプAmp1の出力端子に接続されるとともに、感温抵抗の第２段増幅用抵抗R14 を介して出力端子に接続されて、負帰還されている。
【００１５】第３段増幅部4 は、第３の分圧用抵抗R15,R16 、第２段増幅用抵抗R17,R18 、第４のオペアンプAmp4からなる。第３の分圧用抵抗R15,R16 は、可変抵抗であって、接続点でもって基準電圧Ｖccを分圧するよう直列接続されている。第４のオペアンプAmp4は、その非反転入力端子が第３の分圧用抵抗R15,R16 の接続点に接続され、この第３の分圧用抵抗R15,R16 により基準電圧Ｖccが分圧された分圧電圧が入力されている。この第４のオペアンプAmp4は、反転入力端子が、第３段増幅用抵抗R17 を介して第３のオペアンプAmp3の出力端子に接続されるとともに、可変抵抗の第３段増幅用抵抗R18 を介して、出力電圧Ｖout を出力する出力端子に接続されて、負帰還されている。
【００１６】次に、動作について説明する。測定対象の物理量、例えば、圧力や加速度が変化すると、センサ部1 の抵抗値が変化して、その他方対向接続点1c,1d の間の電圧値である出力信号も変動する。
【００１７】この出力信号は、第１段増幅部2 の第１及び第２のオペアンプAmp1,Amp2 のそれぞれの非反転入力端子に入力されて増幅される。なお、第２のオペアンプAmp2の反転入力端子には、可変抵抗である第１の分圧用抵抗R5,R6 により基準電圧Ｖccの分圧された分圧電圧が、第１段増幅用抵抗R8を介して入力されるので、第１の分圧用抵抗R5,R6 の抵抗値を変えることによって、第２のオペアンプAmp2の非反転入力端子に入力される出力信号が可変となっている。
【００１８】第１段増幅部2 により増幅された出力信号が、第２段増幅用抵抗R13 を介して第２段増幅部3 の第３のオペアンプAmp3に入力されて、再度増幅される。なお、第３のオペアンプAmp3の帰還抵抗となっている第２段増幅用抵抗R14 は、感温抵抗であるから、第３のオペアンプAmp3と共に、周囲温度に基づいて出力値を変動させて感度温度特性補償する感度温度特性補償部10を構成する。
【００１９】詳しくは、感度の温度係数がαであって、２５℃を基準とした周囲温度がＴであるとき、センサ部1 の感度温度特性Ｓ₁が、例えば、(1) 式で表現されるとすると、Ｓ₁＝１／（１＋αＴ） (1)このとき、感温抵抗の温度特性Ｓ₂が(2) 式で表現されるようにする。
【００２０】Ｓ₂＝（１＋αＴ） (2)そうすると、感度温度特性補償部10から出力される出力値の温度特性Ｓは、(3) 式で表現されるようになる。
【００２１】
Ｓ＝Ｓ₁×Ｓ₂＝（１／（１＋αＴ））×（１＋αＴ）＝１ (3) この(3) 式に示すように、感度温度特性補償部10から出力される出力値の温度特性Ｓは、温度係数を有さないことになって、感度温度特性補償がなされることになる。
【００２２】第２段増幅部3 により増幅された出力信号は、第３段増幅用抵抗R17 を介して第３段増幅部4 の第４のオペアンプAmp4に入力されて、再度増幅される。なお、第４のオペアンプAmp4の非反転入力端子に接続される接続点でもって互いに直列接続された第３の分圧用抵抗R15,R16 は、可変抵抗であるから、抵抗値を変動させることにより、オフセット調整をすることができる。また、第４のオペアンプAmp4の帰還抵抗となっている第３段増幅用抵抗R18 は、可変抵抗であるから、抵抗値を変動させることにより、感度調整をすることができる。
【００２３】かかるセンサ回路にあっては、第１の分圧用抵抗R5,R6 により基準電圧Ｖccの分圧された分圧電圧が変動すると、第１段増幅部2 により増幅された出力信号は、その分圧電圧の変動分ΔＶだけ変動するとともに、感度温度特性補償部10により、周囲温度に基づいて感度温度特性補償されて出力される。
【００２４】詳しくは、第３のオペアンプAmp3そのものの増幅ゲインをＧ₁とすると、第２段増幅用抵抗R14 の温度特性Ｓ₂＝１＋αＴであるから、感度温度特性補償部10全体としての増幅ゲインＧ₂は、(4) 式で表現される。
【００２５】Ｇ₂＝Ｇ₁（１＋αＴ） (4)よって、第４のオペアンプAmp4の増幅ゲインをＧ₃とし、温度がΔＴだけ変動したとすると、本センサ回路から出力されるＶout は、分圧電圧の変動分ΔＶに対応して、(5) 式で表現される変動量ΔＶout だけ変動する。
【００２６】ΔＶout ＝ΔＶＧ₂Ｇ₃αΔＴ (5)従って、変動量ΔＶout が、センサ部1 のオフセット温度ドリフトと正負の符号が逆であって絶対値が同一となるよう、第１の分圧用抵抗R5,R6 である可変抵抗の抵抗値を変化させることにより、従来例のように、感温素子及び抵抗からなる直列回路を別に設けて大型化しなくても、周囲温度に応じてオフセットを補償する、いわゆるオフセット温度ドリフト補償をすることができる。
【００２７】次に、本発明の第２実施形態を図２に基づいて以下に説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の素子には同一の符号を付し、第１実施形態と異なるところのみ記す。第１実施形態では、第１の分圧用抵抗R5,R6 が可変抵抗であるのに対し、本実施形態では、第２の分圧用抵抗R11,R12 が可変抵抗となっている。
【００２８】かかるセンサ回路にあっては、第２の分圧用抵抗R11,R12 により基準電圧Ｖccの分圧された分圧電圧が変動すると、その分圧電圧の変動分も、感度温度特性補償部10により、周囲温度に基づいて感度温度特性補償されて出力される。従って、温度がΔＴだけ変動したとすると、本センサ回路から出力されるＶout は、第１実施形態と同様に、分圧電圧の変動分ΔＶに対応して変動量ΔＶout だけ変動するので、その変動量ΔＶout が、センサ部1 のオフセット温度ドリフトと正負の符号が逆であって絶対値が同一となるよう、第２の分圧用抵抗R11,R12 である可変抵抗の抵抗値を変化させることにより、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００２９】なお、第１及び第２実施形態では、第３段増幅部4 が設けられているが、例えば、オフセット調整及び感度調整をしないために、第３段増幅部4 が設けられない場合でも同様の効果を奏することができる。詳しくは、第２段増幅部3 からの出力された直後の出力値は、第１分圧用抵抗R5,R6 又は第２の分圧用抵抗R11,R12 により基準電圧Ｖccの分圧された分圧電圧が変動するとともに変動するので、その変動量が、センサ部1 のオフセット温度ドリフトと正負の符号が逆であって絶対値が同一となるよう、第１分圧用抵抗R5,R6 又は第２の分圧用抵抗R11,R12である可変抵抗の抵抗値を変化させることにより、同様の効果を奏することができる。
【００３０】
【発明の効果】請求項１記載の発明は、分圧用抵抗により基準電圧の分圧された分圧電圧が変動すると、差動増幅部により増幅された出力信号は、その分圧電圧の変動分だけ変動するとともに、感度温度特性補償部により、周囲温度に基づいて感度温度特性補償されて出力されるので、分圧電圧の変動分に対応する温度特性補償部からの変動量が、センサ部のオフセット温度ドリフトと正負の符号が逆であって絶対値が同一となるよう、分圧用抵抗である可変抵抗の抵抗値を変化させることにより、従来例のように、感温素子及び抵抗からなる直列回路を別に設けて大型化しなくても、周囲温度に応じてオフセットを補償する、いわゆるオフセット温度ドリフト補償をすることができる。
【００３１】請求項２記載の発明は、第２の分圧用抵抗により基準電圧の分圧された分圧電圧が変動すると、その分圧電圧の変動分も、感度温度特性補償部により、周囲温度に基づいて感度温度特性補償されて出力されるので、分圧電圧の変動分に対応する温度特性補償部からの変動量が、センサ部のオフセット温度ドリフトと正負の符号が逆であって、絶対値が同一となるよう、第２の分圧用抵抗である可変抵抗の抵抗値を変化させることにより、従来例のように、感温素子及び抵抗からなる直列回路を別に設けて大型化しなくても、周囲温度に応じてオフセットを補償する、いわゆるオフセット温度ドリフト補償をすることができる。

【出願人】	【識別番号】０００００５８３２【氏名又は名称】松下電工株式会社
【出願日】	平成９年（１９９７）１１月２８日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】安藤淳二（外１名）
【公開番号】	特開平１１－１６０３４７
【公開日】	平成１１年（１９９９）６月１８日
【出願番号】	特願平９－３２８７６６