[其他]半导体压力计

说明书

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。补偿该半导体压力传感器温度特性的温度补偿电路板独立于受压主体和变换器，且通过印刷电路板连接器能任意装卸，因此容易对半导体压力计进行高精度的温度再补偿。

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，并将这部分组装在一个外壳里，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分（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分（11）。在此温度补偿部分（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，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R₇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分（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·R₇/R₂+R₇