专利名称:半导体压力计的制作方法
本发明涉及的是半导体压力计，特别是关于，为了能够简便易行地进行高精度的温度补偿，采用适当的半导体压力传感器，检测出压力和差压等，然后把它们转变成电信号向外部输出的半导体压力计。
在处理流体的化学设备和其它设备中，流体压力和差压的测定对设备的运行来说是必不可少的。近年来，这种压力和差压的测定要求达到±0.2%的高精度，并要求具有高可靠性，虽然压力、差压的测定方法有许多种，但最近，引人注目的是采用半导体压敏电阻的半导体压力传感器。半导体压敏电阻与以往的金属压敏电阻相比，由于其阻值变化率要比后者高数10倍，因而能得到强的输出电信号，而且由于能够利用半导体制造工艺，因而能获得体积小，价格便宜，性能一致性好的产品。但是，另一方面，又存在着一些缺点半导体对温度具有固有的敏感性，使电阻值和灵敏度随温度变化。而且由于压力传感器和差压传感器通常直接安装在室外的设备上，所以使用环境恶劣，使用温度在-40-120℃之间。因此，必须对半导体传感器附加某些改善温度特性的功能。
为了容易理解本发明，图1画出了采用半导体压力传感器的电子式压力、差压传送器的电路原理图。整个电路由以下部分组成传感器部分(1)，它是由扩散法形成的4个半导体压敏电阻构成的电桥(作为半导体压力传感器)和改善部分温度特性的装置组成的;激励电路(2)，它以最佳条件激励电桥;输出运算放大电路(3)，对电桥输出的与压力或差压成正比的电信号进行运算放大，并将其变换成规定电平的电流信号;电流计(4)，显示输出信号;调零电位器(5);对电桥输出的电信号调零;量程调节电位器(6)，用于变化输出运算放大电路(3)的电流信号增益，即变换测定量的灵敏度。此外，在压力计的外面，还有用于驱动电子式压力、差压传感器电路的直流电源(7)和检测信号电流的检测电阻(8)，其连接方式如图所示。A～F分别表示传感器(1)的外部端子。
除了传感器部分(1)之外，此电路的其它部分，通常称为电流变换器，并将这部份组装在一个外壳里，进行统一制作。因此，并不具备改善半导体压力传感器温度特性的功能，它完全附加于半导体压力传感器上。
图2是图1所示半导体压力传感器中的传感器部份(1)的电路详细说明图。电桥(9)由4个半导体压敏电阻(10)构成。为了改善其温度特性，在电桥(9)的周围设置了温度补偿部份(11)。在此温度补偿部份(11)处，有如下设置零温度补偿电路(12)是为了在半导体压力传感器上没有外加压力或差时，使电桥(9)的零平衡不因温度而变化而加的补偿电路;量程温度补偿电路(13)，是为了在半导体压力传感器上没有外加压力或差压时，使电桥(9)送出的电信号与温度无关而保持一定所加的补偿电路;零漂移温度补偿电路(4)，是为了在半导体压力传感器没有外加压力或差压的情况下下，输出电信号不为零而是某一种电平信号所加的补偿电路。
图3是温度补偿电路(12)、(13)和(14)的电路原理图。图4是图3所示的温度补偿电路的阻抗随温度变化的曲线图。图5分别表示图3所示温度补偿电路的补偿特性曲线。
如图3所示，这些温度补偿电路(12)～(14)分别由几个电阻R1、R2和热敏电阻RT组成，其电阻的阻值和热敏电阻的阻值是这确定的，如图4所示，改变半导体压力传感器的温度，再改变某些参数，如在半导体压力传感器的压力或差压的有有无等，以测定半导体压力传感器的特性，由其结果计算出。经这样确定常数的传感器部份(1)，可以组装在任何电流变换器(使用电压变换器也行)上使用。
图3所示的温度补偿电路的阻抗Z为Z＝R1+ (R2·RT)/(R2＋RT)该阻抗随温度的变化曲线和热敏电阻RT随温度的变化曲线如图所示。应用图4中X～Y段的电阻变化规律，可以进行温度补偿。
例如，零点随温度的变化情况由图5中的实线表示。如果按照图3所示的温度补偿电路所产生的补偿曲线，曲虚线表示，对此零点与温度的关系进行补偿，就得到了点划线所表示的特性。
图6是现有差压测定用的受压主体结构图。该主体中装有与之连为一体的温度补偿电路和半导体压力传感器。以下说明其功能。受压主体(15)中，在其低压力侧和高压力侧，分别装有密封膜片(16)(左右边都可以)，作用于各密封膜片(16)外侧的压力，由压力传递媒介-硅油(17)分别传给测量膜片(18)的两侧。在万一只有一边受到压力作用的情况下，测量膜片(18)兼有吸收强大差压的作用。在这样的条件下，高压侧和低压侧构成相同的空间容积，可以封入等量的硅油(17)，以消除硅油(17)的热胀冷缩作用所造成的温度的影响。测量膜片(18)两侧硅油(17)的压力，分别由导管(19)传递给半导体压力传感器(20)的两侧。这样一来，半导体压力传感器(20)就得发生对应于差压的弯曲变形。在半导体压力传感器(20)的一面(20A)上，扩散形成半导体压敏电阻，此电阻的表面覆盖有SiO2保护膜，其阻值随半导体压力传感器(20)的变形而发生变化。各半导体压敏电阻连接成桥状结构，将差压信号变换为电信号，其输出从密封端子(21)送至受压主体(15)之外。这个密封端子(21)也可用作测定半导体压力传感器(20)温度特性时的电接触端。
(22)是温度补偿电路板。在温度补偿电路板(22)上，装置了由电阻(23)和热敏电阻(24)构成的温度补偿部分(11)。电阻(23)相当于图3中的电阻R1、R2，热敏电阻(24)相当于图3中的热敏电阻RT。由软性印制线(27)分别将温度补偿电路板(22)与密封端子(21)和盖子(25)上的连接器(26)相连接，防止错误接线。
图7是采用了图6受压主体(15)的带凸缘受压主体结构图。带凸缘受压部分安装在没有直接画的容器上，用于测量容器内的液面等。接触液体的密封膜片(29)的四周被焊接在安装于容器上的凸缘(28)中。凸缘(28)和标准的受压主体(15)的高压侧由毛细管(30)相连接，其内充满了硅油(31)，将接触液体的密封膜片(29)所受的压力传递给高压侧的密封膜片(16)。(32)是增强管道。
可是，由于通常毛细管(30)有数米长，所以凸缘(28)中的硅油(31)是标准受压主体(15)中的硅油量(17)的倍数，而且，由于只在高压侧安装有凸缘(28)，高压侧的硅油量(17)和(31)要比低压侧显著增多，接触液体的密封膜片(29)的反作用力因硅油的热胀冷缩而发生变化，由此引起的压力变化导致了输出误差的产生。因此，在没有装配凸缘(28)的情况下，受压部分的温度补偿由标准受压主体(15)完成。然而在安装了凸缘(28)之后，就必须重新进行温度补偿。这时，必须用手工方式更换温度补偿电路板上组装的电阻(23)和热敏电阻(24)。然而，在更换时，温度补偿电路板(22)和薄的柔软印制布线(22)会受损伤，并且因受热老化，因而在作业性和可靠性方面出现了问题。而且，温度补偿电路板和软印制布(27)还有这样的问题，即将其安装在受压主体(15)上之后，就几乎不可能更换了。若它们受到损伤，其受压主体(15)也就报废了。
如上所述，由于历来补偿电路板(22)是装入受压主体(15)内，与之合为一体，因此，工作情况全部系列化，其缺点是带来了作业性和可靠性方面的问题。
鉴于以上所述，本发明的目的在于提供能够进行预定的、高精度补偿，且能在必要时，变更温度补偿内容的半导体压力计。
本发明的特征在于，补偿半导体压力传感器温度特性的温度补偿手段，独立于装有上述半导体压力传感器的受压主体和变换器，并且具有通过印刷电路板连接器，可以任意装卸的结构，上述变换器将来自电桥的与压力或差压成正比的电信号变换成规定电平的电流或电压，而该电桥是由上述半导体压力传感器表面上所形成的半导体压敏电阻构成的。
以下，采用图8、图9所示的实例，对采用本发明制作的半导体压力计进行详细说明。
图8是结构说明图，它表示本发明半导体压力计的温度补偿部分的一个实例。在图8中，如图6所示，受压主体(15)中，设有密封膜片(16)，测量膜片(18)、半导体压力传感器(20)和密封端子(21)。并安装有印刷电路板连接器(33)，该连接器则与来自受压主体密封端子(21)的软印刷布线(27)相连接。来自半导体传感器(20)的与压力或差压成正比的电信号被变换器(34)变换成规定电平的电流或电压。在该变换器上，也安装了印刷电路板用的连接器(35)。温度补偿板(22)其输入端和输出端都能分别连接于印刷电路板用的连接器(33)和(35)上。温度补偿电路板(22)独立于受压主体(15)和变换器(34)，并且可以任意装卸。
图9是图8中温度补偿电路板(22)的一个实例的Ⅸ-Ⅸ′方向的侧视图。在温度补偿电路板(22)上，组装有电阻(23)和热敏电阻(24)等，并具有图2所示的零温度补偿电路(12)、量程温度补偿电路(13)以及零漂移温度补偿电路(14)等。
此外，如图8所示，在受压主体(15)上端部，通过C形环(36)装上盖子(37)，温度补偿电路板(22)就不易脱落。
根据以上结构，温度补偿电路板(22)就可以独立于标准型的受压主体(15)和变换器(34)，且可以独立装卸，提高了操作简便性，能够容易进行温度再补偿。而且能够通过印刷电路板连接器(33，35)进行温度补偿时的电连接，提高了可靠性，又可实现高精度的温度补偿，半导体压力计的温度特性可比原来提高 1/2 ～ 1/3 。
还有，使用标准型受压主体(15)作为图7中所示的带凸缘受压部分，或作为带置换器的受压部分时，由于仅仅取出温度补偿电路板(22)，就可重新进行温度补偿，由此解决了因硅油量的差异造成的特性不良。
如以上说明，根据本发明可达到这样的效果，即由于温度补偿手段独立于受压主体和变换器，从而使温度补偿简便易行，又具有高精度，而且能够在以后重新变更温度补偿特性，作业性和可靠性均可得到提高。
此外，由于在受压主体上端部设置了C形环和盖子，因此具有防止温度补偿部分脱落的效果。
本发明的附图简述如下图1是采用半导体压力传感器的电子式压力、差压传送器电路原理图。
图2是图1所示半导体压力传感器部分的详细电路图。
图3是温度补偿电路原理图。
图4是图3所示温度补偿电路阻抗随温度变化的曲线。
图5是图3所示温度补偿电路的补偿特性曲线。
图6是采用现有半导体传感器的温度补偿电路组为一体的差压测试用受压主体结构图。
图7是采用图6中受压主体的带凸缘受压部分的结构图。
图8是表示本发明半导体压力计的温度补偿部分实例的结构说明图。
图9是表示图8中温度补偿电路板的实例侧视图。
(1)-传感器部分。
(2)-激励电路(3)-输出运算放大电路(10)-半导体压敏电阻
(11)-温度补偿部份(15)-受压部主体(20)-半导体压力传感器(21)-密封端子(22)-温度补偿电路板(27)-软印制布线(33)(35)-印刷电路板用的连接器(34)-变换器(36)-C形环(37)-盖
权利要求
1.半导体压力计，其特征是在装有由半导体压敏电阻组成的半导体压力传感器和补偿该半导体压力传感器温度特性的温度补偿装置的半导体压力计中，上述温度补偿装置与装有上述半导体压力传感器的受压主体和变换器相分离，独立设置，上述变换器将上述半导体压敏电阻构成的电桥输出的与压力或差压成正比的电信号变换成为规定电平的电流或电压。
2.根据权项1所述的半导体压力计，其特征是上述温度补偿装置是在印刷电路板所构成的温度补偿电路板上，组装电阻和热敏电阻构成的。
3.根据权项1所述的半导体压力计，其特征是由于在上述受压主体的上端，通过C形环的支持而安装有盖子，防止上述温度补偿装置的脱落。
专利摘要
本发明涉及半导体压力计。它采用能够简便易行地进行温度补偿，且具有高精度的半导体压力传感器。在处理流体的化学设备之类的设备中用这种半导体压力传感器，检测压力和差压，然后变换成电信号输出到外部。
文档编号G01L9/06GK85101372SQ85101372
公开日1987年1月10日 申请日期1985年4月1日
发明者葛西省三, 山本芳己 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan