(57)【要約】【課題】簡便な構成による動作状態診断機能を備えた圧力測定装置を提供する。【解決手段】圧力測定装置であって、印加される圧力によって変位するダイアフラム部と、ダイアフラム部に設けられて、ブリッジ回路を構成する複数のピエゾ抵抗素子と、ブリッジ回路の第１出力端子における第１電圧測定値と、予め定められた定数とを用いて第１計算値を算出する算出部と、ブリッジ回路において第１出力端子と異なる第２出力端子における第２電圧測定値から得られた値と第１計算値とを比較する比較部と、比較部による比較結果に基づいて、圧力測定装置の動作状態を診断する診断部と、を備える圧力測定装置を提供する。【選択図】図２
2019086343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力測定装置であって、
印加される圧力によって変位するダイアフラム部と、
前記ダイアフラム部に設けられて、ブリッジ回路を構成する複数のピエゾ抵抗素子と、
前記ブリッジ回路の第１出力端子における第１電圧測定値と、予め定められた定数とを用いて第１計算値を算出する算出部と、
前記ブリッジ回路において前記第１出力端子と異なる第２出力端子における第２電圧測定値から得られた値と前記第１計算値とを比較する比較部と、
前記比較部による比較結果に基づいて、前記圧力測定装置の動作状態を診断する診断部と、を備える
圧力測定装置。
【請求項２】
前記複数のピエゾ抵抗素子は、前記ブリッジ回路の高電位端子および低電位端子のうちの一方に共通してそれぞれ一端が電気的に接続される第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子を含んでおり、
前記算出部は、前記第１電圧測定値と既知の電圧値とを用いて、前記高電位端子および前記低電位端子の間に印加される励起電圧と前記第１ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧との差分を前記第１計算値として算出し、
前記比較部は、前記第２電圧測定値から得られる前記第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧と、前記第１計算値とを比較する
請求項１に記載の圧力測定装置。
【請求項３】
前記算出部は、さらに、前記ダイアフラム部に圧力が印加されていない状態での前記複数のピエゾ抵抗素子の各抵抗値に基づいて、前記差分を補正する補正部を含み、
前記補正部によって補正された前記差分が前記第１計算値として算出される
請求項２に記載の圧力測定装置。
【請求項４】
前記複数のピエゾ抵抗素子は、前記ブリッジ回路の高電位端子および低電位端子のうちの一方に共通してそれぞれ一端が電気的に接続される第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子を含んでおり、
前記算出部は、前記第１電圧測定値と既知の電圧値とを用いて、前記高電位端子および前記低電位端子の間に印加される励起電圧と前記第１ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧との差分を前記励起電圧で除算した電圧比を、前記第１計算値として算出し、
前記比較部は、前記第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧を前記励起電圧で除算した前記電圧比と、前記第１計算値とを比較する
請求項１に記載の圧力測定装置。
【請求項５】
前記ブリッジ回路の前記高電位端子および前記低電位端子の一方に電気的に接続される固定抵抗器を備え、
前記算出部は、前記第１電圧測定値と、前記固定抵抗器の両端間の電圧測定値と、既知の電源電圧値とを用いて、前記第１計算値を算出し、
前記第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧を前記励起電圧で除算した電圧比は、前記第２電圧測定値と、前記固定抵抗器の両端間の電圧測定値と、既知の電源電圧値とを用いて得られる
請求項４に記載の圧力測定装置。
【請求項６】
前記算出部は、さらに、前記ダイアフラム部に圧力が印加されていない状態での前記複数のピエゾ抵抗素子の各抵抗値に基づいて、前記差分を前記励起電圧で除算した電圧比を補正する補正部を含み、
前記補正部によって補正された前記電圧比が前記第１計算値として算出される
請求項４または５に記載の圧力測定装置。
【請求項７】
前記第１ピエゾ抵抗素子および前記第２ピエゾ抵抗素子は、前記低電位端子に電気的に接続される
請求項２から６のいずれか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項８】
前記ブリッジ回路の前記高電位端子および前記低電位端子の一方に電気的に接続される固定抵抗器と、
前記固定抵抗器の両端間の電圧測定値と、閾値とを比較する第２比較部と、を備え、
前記診断部は、さらに、前記第２比較部による比較結果に基づいて、前記圧力測定装置の動作状態を診断する
請求項２から７のいずれか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項９】
前記ブリッジ回路周辺の温度情報を取得する取得部を備え、
前記閾値は、前記温度情報に基づいて変更される
請求項８に記載の圧力測定装置。
【請求項１０】
印加される圧力によって変位するダイアフラム部と、前記ダイアフラム部に設けられて、ブリッジ回路を構成する複数のピエゾ抵抗素子とを備える圧力測定装置の動作状態診断方法であって
前記ブリッジ回路の第１出力端子における第１電圧測定値と、予め定められた定数とを用いて第１計算値を算出する段階と、
前記ブリッジ回路において前記第１出力端子と異なる第２出力端子における第２電圧測定値から得られた値と前記第１計算値とを比較する段階と、
比較結果に基づいて、前記圧力測定装置の動作状態を診断する段階と、
を備える圧力測定装置の動作状態診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力測定装置および圧力測定装置の動作状態診断方法に関する。
【０００２】
圧力測定装置は、設備の制御等のために広く用いられている。圧力測定装置においては、測定値の信頼性を確保することが好ましい。信頼性を高めることを目的として、２つのセンサを設ける技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この技術は、２つのセンサ測定値を比較することによって、測定値の信頼性を高める。
【０００３】
また、故障の有無など動作状態の診断機能を有する圧力測定装置が知られている。例えば、ダイアフラム部上にブリッジ回路を２個配置して、２つのブリッジ回路によって測定された２つの値を比較することによって動作状態を診断する技術が提案されている（特許文献１および２参照）。また、１つのブリッジ回路を４個のピエゾ抵抗素子で構成した圧力測定装置において、それぞれのピエゾ抵抗素子を分割して、端子出力を演算および比較することによって、動作状態を診断する技術が提案されている（特許文献３および４参照）。
［先行技術文献］
［非特許文献］
［非特許文献１］  IEC 61508 -7:2010 Functional Safety of Electrical/Electronic/Programmable Electronic Safety-related Systems/Part7: Overview of techniques and measures / A.12.1 Reference sensor
［特許文献］
［特許文献１］  特表平１０−５０６７１８号公報
［特許文献２］  特開２００２−０３９８９１号公報
［特許文献３］  特開２００２−３７３９９１号公報
［特許文献４］  特開２００４−０６１１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧力測定装置のサイズおよびコストの増加を抑制するためには、簡便な回路構成により動作状態を診断することができる圧力測定装置が好ましい。しかしながら、単純に２つのセンサを用いてセンサの二重化を行う場合は、１つのセンサを使用する場合に比べて、圧力測定装置のサイズおよびコストが増大するという欠点がある。
【０００５】
また、ダイアフラム部上にブリッジ回路を複数用いる方法では、基板を含むセンサのサイズが増大する。ピエゾ抵抗素子を分割して動作状態診断用の測定端子を設ける方法では、圧力検出用の端子の他に診断用の端子を追加することが必要となる。したがって、センサのサイズが増大する。また、個々のピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を監視することによって動作状態を診断する方法では、個々のピエゾ抵抗素子の抵抗値が圧力により変化するために、圧力による影響と、異常との区別が困難である。したがって、個々のピエゾ抵抗素子の抵抗値を監視する方法では、センサの断線および短絡などの明確な異常しか検出できない。そこで、本発明の目的は、圧力測定装置のサイズおよびコストが増大することを抑制するために簡便な構成による動作状態診断機能を備えた圧力測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様においては、圧力測定装置を提供する。圧力測定装置は、ダイアフラム部を備えてよい。ダイアフラム部は、印加される圧力によって変位してよい。圧力測定装置は、複数のピエゾ抵抗素子を備えてよい。複数のピエゾ抵抗素子は、ダイアフラム部に設けられてよい。複数のピエゾ抵抗素子は、ブリッジ回路を構成してよい。圧力測定装置は、算出部を備えてよい。算出部は、ブリッジ回路の第１出力端子における第１電圧測定値と、予め定められた定数とを用いて第１計算値を算出してよい。圧力測定装置は、比較部を備えてよい。比較部は、第２出力端子における第２電圧測定値から得られた値と第１計算値とを比較してよい。第２出力端子は、ブリッジ回路において第１出力端子と異なる端子であってよい。圧力測定装置は、診断部を備えてよい。診断部は、比較部による比較結果に基づいて、圧力測定装置の動作状態を診断してよい。
【０００７】
複数のピエゾ抵抗素子は、第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子を含んでよい。第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子は、ブリッジ回路の高電位端子および低電位端子のうちの一方に共通してそれぞれ一端が電気的に接続されてよい。算出部は、第１電圧測定値と既知の電圧値とを用いて、高電位端子および低電位端子の間に印加される励起電圧と第１ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧との差分を第１計算値として算出してよい。比較部は、第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧と、第１計算値とを比較してよい。第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧は、第２電圧測定値から得られてよい。
【０００８】
算出部は、さらに、補正部を含んでよい。補正部は、ダイアフラム部に圧力が印加されていない状態での複数のピエゾ抵抗素子の各抵抗値に基づいて、差分を補正してよい。補正部によって補正された差分が第１計算値として算出されてよい。
【０００９】
複数のピエゾ抵抗素子は、第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子を含んでよい。第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子は、ブリッジ回路の高電位端子および低電位端子のうちの一方に共通してそれぞれ一端が電気的に接続されてよい。算出部は、第１電圧測定値と既知の電圧値とを用いて、電圧比を第１計算値として算出してよい。電圧比は、高電位端子および低電位端子の間に印加される励起電圧と第１ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧との差分を励起電圧で除算した電圧比であってよい。比較部は、第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧を励起電圧で除算した電圧比と、第１計算値とを比較してよい。
【００１０】
圧力測定装置は、固定抵抗器を備えてよい。固定抵抗器は、ブリッジ回路の高電位端子および低電位端子の一方に電気的に接続されてよい。算出部は、第１電圧測定値と、固定抵抗器の両端間の電圧測定値と、既知の電源電圧値とを用いて、第１計算値を算出してよい。第２ピエゾ抵抗素子の両端間の電圧を励起電圧で除算した電圧比は、第２電圧測定値と、固定抵抗器の両端間の電圧測定値と、既知の電源電圧値とを用いて得られてよい。
【００１１】
算出部は、さらに、補正部を備えてよい。補正部は、ダイアフラム部に圧力が印加されていない状態での複数のピエゾ抵抗素子の各抵抗値に基づいて、差分を励起電圧で除算した電圧比を補正してよい。
【００１２】
第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子は、低電位端子に電気的に接続されてよい。
【００１３】
圧力測定装置は、固定抵抗器を備えてよい。固定抵抗器は、ブリッジ回路の高電位端子および低電位端子の一方に電気的に接続されてよい。圧力測定装置は、第２比較部を備えてよい。第２比較部は、固定抵抗器の両端間の電圧測定値と、閾値とを比較してよい。診断部は、さらに、第２比較部による比較結果に基づいて、圧力測定装置の動作状態を診断してよい。
【００１４】
圧力測定装置は、取得部を備えてよい。取得部は、ブリッジ回路周辺の温度情報を取得してよい。閾値は、温度情報に基づいて変更されてよい。
【００１５】
本発明の第２の態様においては、圧力測定装置の動作状態診断方法を提供する。圧力測定装置は、ダイアフラム部を備えてよい。ダイアフラム部は、印加される圧力によって変位してよい。圧力測定装置は、複数のピエゾ抵抗素子を備えてよい。複数のピエゾ抵抗素子は、ダイアフラム部に設けられてよい。複数のピエゾ抵抗素子は、ブリッジ回路を構成してよい。圧力測定装置の動作状態診断方法は、ブリッジ回路の第１出力端子における第１電圧測定値と、予め定められた定数とを用いて第１計算値を算出する段階を備えてよい。圧力測定装置の動作状態診断方法は、ブリッジ回路において第１出力端子と異なる第２出力端子における第２電圧測定値から得られた値と第１計算値とを比較する段階を備えてよい。圧力測定装置の動作状態診断方法は、比較結果に基づいて、圧力測定装置の動作状態を診断する段階を備えてよい。
【００１６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態における圧力測定装置のダイアフラム部に形成されるピエゾ抵抗素子の配置例を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態における圧力測定装置の概略構成を示す図である。
【図３】第１実施形態における圧力測定装置の変形例の概略構成を示す図である。
【図４】第１実施形態における正常時の出力例を示す図である。
【図５】第１実施形態における正常時の電圧差の一例を示す図である。
【図６】第１実施形態における異常時の出力例を示す図である。
【図７】第１実施形態における異常時の電圧差の一例を示す図である。
【図８】第１実施形態における圧力測定装置による処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態における圧力測定装置の概略構成を示す図である。
【図１０】第２実施形態における圧力測定装置による処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】第２実施形態における第１診断処理の一例を示すフローチャートである。
【図１２】第２実施形態における第２診断処理の一例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３実施形態における圧力測定装置の概略構成を示す図である。
【図１４】第３実施形態における第１診断処理の一例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第４実施形態における圧力測定装置の概略構成を示す図である。
【図１６】第４実施形態における第１診断処理の一例を示すフローチャートである。
【図１７】第３実施形態における正常時の電圧比の一例を示す図である。
【図１８】第３実施形態における正常時の電圧比の差の一例を示す図である。
【図１９】第３実施形態における異常時の電圧比の一例を示す図である。
【図２０】第３実施形態における異常時の電圧比の差の一例を示す図である。
【図２１】本発明の第３実施形態における異常時の固定抵抗器の両端の電圧の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１９】
図１は、本発明の第１実施形態における圧力測定装置のダイアフラム部に形成されるピエゾ抵抗素子の配置例を示す図である。図１は、ダイアフラム部１０の上面図、およびＡ−Ａ´線に沿った断面図を示す。本実施形態の圧力測定装置は、ダイアフラム部１０と、複数のピエゾ抵抗素子２１−１、２１−２、２１―３、および２１−４（以下、複数のピエゾ抵抗素子２１と総称する場合がある）とを備える。ダイアフラム部１０は、印加される圧力によって変位する。複数のピエゾ抵抗素子２１は、ダイアフラム部１０に設けられる。具体的には、４つのピエゾ抵抗素子２１が、ダイアフラム部１０のおもて面に形成されてよい。複数のピエゾ抵抗素子２１は、ブリッジ回路２０を構成する。ブリッジ回路２０については、後述する。図１において、複数のピエゾ抵抗素子２１は、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４と表記される。
【００２０】
ダイアフラム部１０は、例えば、半導体基板によって形成される。半導体基板は、シリコン基板であってもよく、炭化珪素（ＳｉＣ）等の化合物半導体基板であってもよい。ピエゾ抵抗素子２１は、半導体基板内の表層に形成された拡散抵抗であってよい。ピエゾ抵抗素子２１は、ｐ型またはｎ型のドーパントを半導体基板に選択的にドーピングし、さらに熱拡散することによって形成されてよい。
【００２１】
半導体基板の裏面には、空洞部１２が設けられている。図１の上面図では、空洞部１２が点線で示されている。点線で囲まれた領域である空洞部１２は、点線で囲まれた領域の外側に比べて、半導体基板の厚みが薄い。空洞部１２の上側の半導体基板の領域は、点線で囲まれた領域の外側に比べて厚みが薄いので、圧力によって変位しやすい。空洞部１２の上側の半導体基板が、ダイアフラム部１０として機能する。
【００２２】
複数のピエゾ抵抗素子２１であるＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は、空洞部１２の上側の半導体基板の領域に設けられてよい。本例では、空洞部１２の領域が、上面視で矩形をしており、矩形の４辺にＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４が設けられる。ダイアフラム部１０が圧力を受けて歪むと、各ピエゾ抵抗素子２１には、ダイアフラム部１０の歪み量に応じた応力が発生する。この応力に応じてピエゾ抵抗素子２１の抵抗が変化する。
【００２３】
例えば、ダイアフラム部１０に圧力が印加されるときにピエゾ抵抗素子２１に生じる応力方向が、ピエゾ抵抗素子２１に電流が流れる長手方向に対応する場合には、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗変化率は正となる。すなわち、ダイアフラム部１０に印加される圧力が高くなるのにしたがって、ピエゾ抵抗素子２１の電気抵抗値が増大する。一方、ピエゾ抵抗素子２１に生じる応力方向が、ピエゾ抵抗素子２１に電流が流れる長手方向に直交する短手方向に対応する場合には、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗変化率は負となる。すなわち、ダイアフラム部１０に印加される圧力が高くなるのにしたがって、ピエゾ抵抗素子２１の電気抵抗値が減少する。
【００２４】
本例では、ダイアフラム部１０の下側から上側に向かって圧力が加わった場合に、ピエゾ抵抗素子２１−１（Ｒ１）およびピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）の電気抵抗値が増加する。一方、ダイアフラム部１０の下側から上側に向かって圧力が加わった場合に、ピエゾ抵抗素子２１−２（Ｒ２）およびピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）の電気抵抗値が減少する。但し、本例の圧力測定装置は、このようなレイアウトに限定されない。
【００２５】
図２は、本発明の第１実施形態における圧力測定装置１の概略構成を示す図である。４個のピエゾ抵抗素子２１−１から２１−４は、図で示されるとおり、配線２２、２３、２４、２５によって接続されてブリッジ回路２０を構成する。ブリッジ回路２０は、ピエゾ抵抗素子２１−１から２１−４の電気抵抗の変化を検出する検出回路である。ピエゾ抵抗素子２１−１から２１−４を含むブリッジ回路２０は、ダイアフラム部１０の歪みに応じてブリッジ出力が変化する圧力検出用のブリッジ回路である。なお、配線２２、配線２３、配線２４、および配線２５は、ダイアフラム部１０のおもて面に形成されるアルミニウムまたは銅等の金属で構成されてもよく、半導体基板内の表層に形成された拡散抵抗であってもよい。
【００２６】
本例では、ピエゾ抵抗素子２１−１（Ｒ１）の一端とピエゾ抵抗素子２１−２（Ｒ２）の一端とが配線２２を経て高電位端子２６に接続される。ピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）の一端とピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）の一端とが配線２３を経て低電位端子２７に接続される。本例のピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）およびピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）は、高電位端子および低電位端子のうちの一方に共通してそれぞれ一端が電気的に接続される第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子の一例である。本例では、本例のピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）およびピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）は、低電位端子２７に接続される。
【００２７】
ピエゾ抵抗素子２１−１（Ｒ１）の他端とピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）の他端とが、配線２４を経て第１出力端子２８に電気的に接続される。ピエゾ抵抗素子２１−２（Ｒ２）の他端とピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）の他端とが、配線２５を経て、第１出力端子２８と異なる第２出力端子２９に電気的に接続される。
【００２８】
以上のように、ダイアフラム部１０に印加される圧力が高くなるのにしたがってピエゾ抵抗素子２１の電気抵抗値が増大するピエゾ抵抗素子（Ｒ１、Ｒ４）の端部と、ダイアフラム部１０に印加される圧力が高くなるのにしたがってピエゾ抵抗素子２１の電気抵抗値が減少するピエゾ抵抗素子（Ｒ２、Ｒ３）の端部とが接続される。換言すれば、圧力に応じた抵抗値の変化方向が同じ素子は、ブリッジ回路２０における対角側に位置する。ピエゾ抵抗素子２１−１から２１−４の抵抗値および圧力に対する抵抗変化率は、ほぼ同じに設計されてよい。
【００２９】
本例では、高電位端子２６には、既知の電源電圧Ｖｃｃが印加される。ブリッジ回路２０は、回路基板に接続された電源から電源電圧Ｖｃｃの供給を受けてよい。低電位端子２７は、グランド電位（ＧＮＤ）に接続されてよい。したがって、本例では、高電位端子２６と低電位端子２７の間に印加される励起電圧Ｖｅｘは、電源電圧Ｖｃｃである。但し、本発明は、この場合に限られず、高電位端子２６および低電位端子２７間に、励起電圧Ｖｅｘが印加される構成であれば適用できる。
【００３０】
本例の圧力測定装置１は、ＡＤ変換部３０、処理部４０、および記憶部５０を備える。これらの各部は、ダイアフラム部１０とは別の回路基板上に設けられてよい。回路基板は、ダイアフラム部１０とピエゾ抵抗素子２１とを有する圧力センサ部分と配線で接続されてよい。但し、ＡＤ変換部３０、処理部４０、および記憶部５０の各部のうちの少なくとも一部が、ダイアフラム部１０を構成する半導体基板上に形成されてもよい。ＡＤ変換部３０は、ブリッジ回路２０から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。本例では、ブリッジ回路２０において抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続端である第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１が取得されて、デジタル値に変換される。同様に、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４との接続端である第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２が取得されて、デジタル値に変換される。記憶部５０は、閾値の値、既知の電源電圧Ｖｃｃの値、および補正係数の値を予め格納してよい。
【００３１】
本例では、グランド電位に対する第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１は、ピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）の両端の電圧Ｖ３である。グランド電位に対する第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２は、ピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）の両端の電圧Ｖ４である。
【００３２】
処理部４０は、デジタル変換された第１電圧測定値および第２電圧測定値を用いて各種の演算処理を実行する。処理部４０は、マイクロプロセッサ等であってよい。本例では、処理部４０は、算出部４２、比較部４４、および診断部４６を含む。
【００３３】
算出部４２は、ブリッジ回路２０の第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１と、予め定められた定数とを用いて第１計算値を算出する。本例では、予め定められた定数は、既知の電源電圧値Ｖｃｃであってよい。本例では、第１計算値は、高電位端子２６と低電位端子２７の間に印加される励起電圧Ｖｅｘと、ピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）の両端の電圧Ｖ３との差分である。したがって、本例の算出部４２は、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１と既知の電圧値Ｖｃｃとを用いて、励起電圧Ｖｅｘと、第１ピエゾ抵抗素子の一例であるピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）の両端間の電圧との差分を第１計算値として算出してよい。本例では、励起電圧Ｖｅｘは、電源電圧Ｖｃｃである。したがって、算出部４２は、第１計算値として、Ｖｃｃ−Ｖ３を算出する。
【００３４】
比較部４４は、第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２から得られた値と第１計算値とを比較する。本例では、比較部４４は、第２ピエゾ抵抗素子の一例であるピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４と、第１計算値であるＶｃｃ−Ｖ３とを比較する。ピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４は、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２から得られる。本例では、ピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４は、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２に等しい。
【００３５】
診断部４６は、比較部４４による比較結果に基づいて、圧力測定装置１の動作状態を診断する。動作状態の診断には、故障診断が含まれてよい。例えば、動作状態の診断には、故障の検知が含まれる。診断部４６は、ピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４と第１計算値であるＶｃｃ−Ｖ３との差が、予め定められた値を超える場合に、圧力測定装置１において異常が生じていると診断する。以下に、本実施形態における動作状態診断の動作について説明する。
【００３６】
複数のピエゾ抵抗素子２１である抵抗Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４のそれぞれの両端間の電圧をＶ１、Ｖ３、Ｖ４とすると、各電圧は以下に示す式で表すことができる。ここで、Ｒ１０、Ｒ２０、Ｒ３０、およびＲ４０は、圧力印加の無い状態での各ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値である。ｋａおよびｋｂは、圧力に対する抵抗変化率であり、ｐは印加圧力である。
【００３７】
【数１】
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【００３８】
ここで、各ピエゾ抵抗素子２１は、ほぼ同じ抵抗値となるように設計されている。ほぼ同じとは、たとえば、各ピエゾ抵抗素子２１のバラツキが１０％以内となることを意味してよい。Ｒ１０＝Ｒ２０＝Ｒ３０＝Ｒ４０であるとすると、圧力測定装置１におけるブリッジ回路２０等が正常である場合には、ブリッジ回路２０の対称性から、式（５）および式（７）が等しくなる。すなわち、Ｖ１とＶ４は同じ値となる。
【００３９】
ここで、式（３）より電圧Ｖ１は、既知である電源電圧Ｖｃｃと、測定値である電圧Ｖ３の差を計算することで取得することができることが分かる。したがって、圧力測定装置１が正常である場合は、ピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４と第１計算値であるＶｃｃ−Ｖ３とは同じ値となる。
【００４０】
ここで、一つのピエゾ抵抗素子２１に異常が生じた場合は、ブリッジ回路２０における対称性が失われるため、ＶｃｃとＶ３の差である第１計算値と、電圧Ｖ４の値とが乖離する。したがって、比較部４４が、第１計算値Ｖｃｃ−Ｖ３と、電圧Ｖ４との差を計算し、第１計算値Ｖｃｃ−Ｖ３と、電圧Ｖ４との差が、閾値を超えた場合には、診断部４６は、圧力測定装置１に異常が生じたと判断する。
【００４１】
図３は、圧力測定装置１の変形例の概略構成を示す図である。本変形例の圧力測定装置１においては、算出部４２が、補正部４３を備える。補正部４３は、ダイアフラム部１０に圧力が印加されていない状態での複数のピエゾ抵抗素子２１−１から２１−４の各抵抗値Ｒ１０、Ｒ２０、Ｒ３０、Ｒ４０に基づいて、差分（Ｖｃｃ−Ｖ３）を補正する。補正部４３を備えることを除いて、本変形例の圧力測定装置１は、図１および図２に示される圧力測定装置１と同様の構造を有する。したがって、繰り返しの説明は省略する。
【００４２】
ダイアフラム部１０に対するピエゾ抵抗素子２１−１から２１−４の配置位置の違いおよびピエゾ抵抗素子２１−１から２１−４の特性バラツキに起因して、ピエゾ抵抗素子２１−１から２１−４の抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の値が、互いにわずかに異なる場合がある。この場合、補正部４３は、ＶｃｃとＶ３との差分に補正係数αを乗じて、差分を補正する。そして、算出部４２は、補正部４３によって補正された差分であるα（Ｖｃｃ−Ｖ３）を第１計算値として算出する。補正係数αは、ピエゾ抵抗素子２１−１から２１−４の各抵抗値Ｒ１０、Ｒ２０、Ｒ３０、Ｒ４０の違いを補正するための係数である。
【００４３】
具体的には、上述した式（２）、式（５）、式（７）における抵抗変化率ｋａおよびｋｂは、ほぼ同じになるように複数のピエゾ抵抗素子２１が設計されている。そのため、式（２）、式（５）、式（７）における分母においては、圧力印加が無い状態での抵抗値の和、すなわち、Ｒ１０＋Ｒ３０およびＲ２０＋Ｒ４０が支配的である。したがって、補正部４３は、以下のような式（８）により補正係数αを計算してよい。算出部４２は、補正係数を差分（Ｖｃｃ−Ｖ３）に乗じて第１計算値Ｖ１´を算出する。診断部４６は、第１計算値Ｖ１´（α（Ｖｃｃ−Ｖ３））と電圧Ｖ４とを比較して、圧力測定装置１に異常が生じたか否かを診断する。
【００４４】
【数２】
2019086343.tif 000004
【００４５】
なお、圧力測定装置１の動作状態が正常であり、さらに、補正部４３による補正を実行したとしても、測定ノイズ等により第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４とは完全には一致しない。したがって、診断部４６は、妥当な許容値を設けて動作状態を診断してよい。具体的には、診断部４６は、第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４との差分の絶対値｜Ｖ１´−Ｖ４｜が、閾値を超えたら、異常が発生していると判定してよい。閾値の値は、測定ノイズ等の影響を考慮して、適宜に設定してよい。なお、圧力測定装置１が正常である場合には、理想的には、圧力によらず電圧Ｖ１（第１計算値Ｖｃｃ−Ｖ３）と電圧Ｖ４の差がゼロになる。したがって、閾値は、圧力によらず一定であってよい。但し、閾値を圧力に応じて変更してもよい。式（５）および式（７）において、圧力に対する抵抗変化率ｋａおよびｋｂがほぼ等しいと仮定すると、Ｒ１０とＲ４０が理想的に等しい値ではなく、補正係数αによる補正を実行したとしても補正係数の精度（補正係数算出時の抵抗値の測定精度）などにより完全に一致しない場合、電圧Ｖ１と電圧Ｖ４との差が圧力に比例する。そのため、異常のモードが抵抗変化率ｋａなどの変化（悪化）である場合は圧力が小さくなるほど変化量Ｖ１−Ｖ４は小さくなる。したがって、処理部４０は、圧力が小さくなるほど閾値を小さくし、圧力が大きくなるほど閾値を大きくしてよい。このように構成することによって、圧力が小さくなった場合において異常の検知精度を維持しつつ、圧力が大きくなった場合において圧力測定装置１が正常であるにもかかわらず異常が生じたと誤検知することを防止してよい。
【００４６】
動作状態の診断の一例として、第１実施形態の圧力測定装置１による処理を適用した場合の特性例を図４から図７に示す。図４は、第１実施形態における正常時の出力例を示す図である。図４において、Ｖ３は、ピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）の両端の電圧であり、本例では、第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１である。Ｖ４は、ピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）の両端の電圧であり、本例では、第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２である。Ｖ１´は、式（９）により、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ３）と、既知の電源電圧値Ｖｃｃとから算出した第１計算値である。本例では、補正部４３によって補正された第１計算値Ｖ１´を用いている。
【００４７】
図４の横軸は、ダイアフラム部１０への入力圧（％）を示している。本例では、ダイアフラム部１０への圧力が高くなるのにしたがって、電圧Ｖ３は減少し、電圧Ｖ４および第１計算値Ｖ１´は増加する。図４に示されるとおり、圧力測定装置１が正常である状態では、第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４とは、ほとんど一致する。
【００４８】
図５は、第１実施形態における正常時の電圧差の一例を示す図である。図５の横軸は、ダイアフラム部１０への入力圧（％）を示している。図５の縦軸は、第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４との差を示している。圧力測定装置１が正常である状態では、第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４との差は、０付近に留まる。第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４との差が、下限閾値以上、上限閾値以下の範囲内に留まるので、診断部４６は、圧力測定装置１が正常であると診断することができる。図５では、上限閾値および下限閾値とも、圧力によらず一定の場合を示している。
【００４９】
図６は、第１実施形態における異常時の出力例を示す図である。図７は、第１実施形態における異常時の電圧差の一例を示す図である。図６および図７において、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ１´、横軸、および縦軸が示す事項は、図４および図５の場合と同様である。図６および図７は、ダイアフラム部１０への入力圧８３％付近において、ピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）に異常が生じた場合を例示する。図６に示されるとおり、圧力測定装置１に異常が生じた場合には、第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４とが乖離する。したがって、図７に示されるとおり、圧力測定装置１に異常が生じた場合には、第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４との差が、下限閾値以上および上限閾値以下で与えられる正常な範囲から外れる。本例では、第１計算値Ｖ１´と電圧Ｖ４との差が下限閾値を下回っている。したがって、診断部４６は、圧力測定装置１に異常が発生したと診断することができる。
【００５０】
図８は、第１実施形態における圧力測定装置１による処理の一例を示すフローチャートである。図８は、ダイアフラム部１０と複数のピエゾ抵抗素子２１とを備える圧力測定装置１の動作状態診断方法の一例を示す。
【００５１】
算出部４２は、ブリッジ回路２０の第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１を取得する（ステップＳ１０１）。本例では、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１は、ピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）の両端の電圧Ｖ３に対応する。算出部４２は、ブリッジ回路２０の第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２を取得する（ステップＳ１０２）。本例では、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２は、ピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）の両端の電圧Ｖ４に対応する。ステップＳ１０１とステップＳ１０２の順序は、この場合に限定されない。
【００５２】
算出部４２は、第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１と、既知の電源電圧Ｖｃｃを用いて、第１計算値として、励起電圧Ｖｅｘと、ピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）の両端の電圧Ｖ３との差分を算出する（ステップＳ１０３）。既知の電源電圧Ｖｃｃは、記憶部５０に予め格納されていてもよい。なお、本例では、電源電圧Ｖｃｃ自体が、励起電圧Ｖｅｘであり、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１がＶ３であるので、算出部４２は、Ｖｃｃ−Ｖｏｕｔ１を算出してよい。
【００５３】
補正部４３は、ダイアフラム部１０に圧力が印加されていない状態での複数のピエゾ抵抗素子２１−１から２１−４の各抵抗値Ｒ１０、Ｒ２０、Ｒ３０、Ｒ４０に基づいて、差分（Ｖｃｃ−Ｖ３）を補正する（ステップＳ１０４）。補正部４３は、差分（Ｖｃｃ−Ｖ３）に補正係数αを乗じて、第１計算値（Ｖ１´）を算出してよい。但し、ステップＳ１０４の処理は、省略してもよい。ステップＳ１０１からステップＳ１０４の処理は、ブリッジ回路２０の第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１と、予め定められた定数（既知の電源電圧Ｖｃｃ）とを用いて第１計算値を算出する段階の一例に対応する。
【００５４】
比較部４４は、第１計算値（Ｖ１´）と、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２とを比較する（ステップＳ１０５）。本例では、第２電圧測定値Ｖｏｕｔは、ピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）の両端の電圧Ｖ４に対応する。第１計算値（Ｖ１´）と電圧Ｖ４との差の絶対値｜Ｖ１´−Ｖ４｜が閾値を超える場合には（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、診断部４６は、圧力測定装置１において異常が生じたと診断する（ステップＳ１０７）。第１計算値（Ｖ１´）と電圧Ｖ４との差の絶対値｜Ｖ１´−Ｖ４｜が閾値以下である場合には（ステップＳ１０６：ＮＯ）、圧力測定装置１が正常である。したがって、処理は、ステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１０５の処理は、ブリッジ回路２０において第１出力端子２８と異なる第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔから得られた値と第１計算値とを比較する段階に対応する。ステップＳ１０６およびステップＳ１０７の処理は、比較結果に基づいて、圧力測定装置１の動作状態を診断する段階に対応する。
【００５５】
第１実施形態における圧力測定装置１によれば、２つのセンサを用いてセンサの二重化をしないので、圧力測定装置１のサイズおよびコストの増大を抑制できる。また、ダイアフラム部１０にブリッジ回路を複数形成しなくてもよいので、基板を含むセンサを小型化できる。さらに、圧力検出用のブリッジ回路２０の第１出力端子２８および第２出力端子２９を、動作状態診断用の端子として兼用することができる。したがって、別途に動作状態診断用の端子を設ける必要がないため、センサを小型化することができる。ＡＤ変換部３０についても、圧力検出用のＡＤ変換回路を兼用してもよい。
【００５６】
したがって、本実施形態の圧力測定装置１によれば、簡便な回路構成により動作状態を診断することができる圧力測定装置１を提供することができる。また、補正部４３によって補正する場合には、ダイアフラム部１０に対するピエゾ抵抗素子２１−１から２１−４の配置位置の違いおよびピエゾ抵抗素子２１−１から２１−４の特性バラツキを考慮して、正確に動作状態診断することが可能である。
【００５７】
図９は、本発明の第２実施形態における圧力測定装置１の概略構成を示す図である。第１実施形態においては、ブリッジ回路２０を構成する一部のピエゾ抵抗素子２１の異常を診断する場合を説明した。しかしながら、圧力測定装置１には、経年劣化による抵抗値の変化のように、複数のピエゾ抵抗素子２１全体に影響し、ブリッジ回路２０における対称性を失わないタイプの異常が生じる場合があり得る。そこで、第２実施形態の圧力測定装置１は、一部のピエゾ抵抗素子２１が異常となった場合と、複数のピエゾ抵抗素子２１の全体が異常となった場合の双方を診断することを可能とする。
【００５８】
本実施形態の圧力測定装置１は、固定抵抗器６０を備える。図９において、固定抵抗器６０は、抵抗Ｒ５と表示されている。固定抵抗器６０は、ＡＤ変換部３０等が配置されている回路基板上に配置されてよい。但し、ピエゾ抵抗素子２１が形成される半導体基板の拡散抵抗を固定抵抗器６０として用いてもよい。固定抵抗器６０が、ダイアフラム上に形成されている場合には、圧力変化による歪みの影響を受ける可能性がある。したがって、固定抵抗器６０は、半導体基板上において、歪みの影響を受けにくい位置に設けられてよい。例えば、固定抵抗器６０は、空洞部１２から離隔して配置されてよい。固定抵抗器６０は、高電位端子２６および低電位端子２７の一方に電気的に接続される。本例では、固定抵抗器６０は、低電位端子２７に電気的に接続される。固定抵抗器６０の一端は、低電位端子２７に接続され、固定抵抗器６０の他端は、グランド電位（ＧＮＤ）に接続されてよい。固定抵抗器６０の抵抗値は、後段のＡＤ変換部３０の分解能に応じて設計されてよい。但し、好ましくは、固定抵抗器６０（Ｒ５）の抵抗値は、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値と同程度であることが望ましい。一例において、固定抵抗器６０（Ｒ５）の抵抗値は、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値の１／１０以上、１０倍以下であってよく、より好ましくは、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値の１／１０以上、１倍以下であってよい。ピエゾ抵抗素子２１が数ｋΩの場合に、固定抵抗器６０の抵抗値は、１ｋΩ程度であってよい。固定抵抗器６０の抵抗値が大きくなりすぎると、相対的にピエゾ抵抗素子２１の変化による算出値の変化（Ｖ５  後述する式（２６））が小さくなるため、ピエゾ抵抗素子に比べて固定抵抗は大きくなりすぎないことが望ましい。一方、固定抵抗器６０の抵抗値が、小さすぎると、算出値はピエゾ抵抗素子２１に対する固定抵抗器６０抵抗値の比率であることから、算出値の値そのものが小さくなる。したがって、固定抵抗器６０の抵抗値が小さすぎるのも望ましくない。
【００５９】
第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（電圧Ｖ１３）と、第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（電圧Ｖ２４）がそれぞれ取得されて、ＡＤ変換部３０によってデジタル値に変換される。なお、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１は、グランド電位に対する第１出力端子２８の電圧であってよく、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２は、グランド電位に対する第２出力端子２９の電圧であってよい。
【００６０】
さらに、本例では、固定抵抗器６０の一端が接続される接続端における電圧測定値Ｖｏｕｔ３が取得される。本例では、電圧測定値Ｖｏｕｔ３は、固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端の電圧Ｖ５に対応する。電圧測定値Ｖｏｕｔ３も、ＡＤ変換部３０によってデジタル値に変換されてよい。処理部４０は第２比較部４７を備える、第２比較部４７は、固定抵抗器６０の両端間の電圧測定値Ｖｏｕｔ３（Ｖ５）と、閾値とを比較する。閾値は、記憶部５０に予め格納されていてよい。診断部４６は、比較部４４による比較結果のみならず、さらに第２比較部４７による比較結果に基づいて、圧力測定装置１の動作状態を診断する。具体的には、診断部４６は、比較部４４による比較結果に基づいて、複数のピエゾ抵抗素子２１の一部に異常が生じたか否かを診断し、第２比較部４７による比較結果に基づいて、複数のピエゾ抵抗素子２１の全体に異常が生じたか否かを診断してよい。
【００６１】
本例の算出部４２は、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１と、既知の電圧値である電源電圧Ｖｃｃとを用いて、電圧比Ｘ１（＝（Ｖｅｘ−Ｖ３）／Ｖｅｘ）を第１計算値として算出する。電圧比Ｘ１は、高電位端子２６および低電位端子２７の間に印加される励起電圧Ｖｅｘと、ピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）の両端の電圧（Ｖ３）との差分（Ｖｅｘ−Ｖ３）を励起電圧Ｖｅｘで除算した値を意味する。なお、ピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）は、第１ピエゾ抵抗素子の一例である。
【００６２】
また、処理部４０は、ピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４を励起電圧Ｖｅｘで除算した電圧比Ｘ４（Ｖ４／Ｖｅｘ）を算出する。ピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）は、第２ピエゾ抵抗素子の一例である。また、電圧比Ｘ４（Ｖ４／Ｖｅｘ）は、第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２から得られた値の一例である。本例では、比較部４４は、電圧比Ｘ４（Ｖ４／Ｖｅｘ）と、第１計算値である電圧比Ｘ１とを比較する。以上の点を除いて、本実施形態の圧力測定装置１の構成は、第１実施形態における圧力測定装置１と同様の構造を有する。したがって、繰り返しの説明を省略する。
【００６３】
第２実施形態の圧力測定装置１は、複数のピエゾ抵抗素子２１のうち一部のピエゾ抵抗素子が異常となった場合は、圧力測定装置１は、第１実施形態の場合と同様に、４個のピエゾ抵抗素子の変化の対称性を利用して動作状態を診断する。一方、複数のピエゾ抵抗素子２１全体の抵抗値が異常となった場合は、圧力測定装置１は、ブリッジ回路２０の合成抵抗が変化する。そして、これに起因して固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端の電圧Ｖ５が変化する。電圧Ｖ５の変化を検出することによって、動作状態を診断する。以下に、本実施形態における動作状態診断の動作について説明する。
【００６４】
［第１診断処理］
まず、複数のピエゾ抵抗素子２１のうち一部のピエゾ抵抗素子において異常が生じたことを判定するための処理について説明する。複数のピエゾ抵抗素子２１である抵抗Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４のそれぞれの両端間の電圧をＶ１、Ｖ３、Ｖ４とすると、各電圧は以下に示す式で表すことができる。Ｖｅｘは、ブリッジ回路２０の励起電圧である。
【００６５】
【数３】
2019086343.tif 000005
【００６６】
ここで、励起電圧Ｖｅｘに対する電圧Ｖ３、Ｖ１、Ｖ４の電圧比は、式（１２）、式（１３）から、以下の式で表すことができる。
【００６７】
【数４】
2019086343.tif 000006
【００６８】
ここで、各ピエゾ抵抗素子２１は、ほぼ同じ抵抗値となるように設計されている。すなわち、Ｒ１０＝Ｒ２０＝Ｒ３０＝Ｒ４０である。したがって、圧力測定装置１におけるブリッジ回路２０等に異常がない場合には、ブリッジ回路２０の対称性から、式（１６）および式（１９）が等しくなる。すなわち、Ｘ１とＸ４は同じ値となる。
【００６９】
ここで、一つのピエゾ抵抗素子２１に異常が生じた場合は、ブリッジ回路２０における対称性が失われるため、Ｘ１の値とＸ４の値が乖離する。診断部４６は、Ｘ１の値とＸ４の値との乖離が所定の閾値を超えた場合に異常が生じたと判断する。
【００７０】
以下に、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ（Ｖ１３）および第２電圧測定値Ｖｏｕｔ（Ｖ２４）から、電圧比Ｘ１と電圧比Ｘ４を算出する処理を説明する。図９に示される第２実施形態においては、励起電圧Ｖｅｘ、Ｖ３、およびＶ４は、以下の式で表すことができる。ここで、Ｖ５は、固定抵抗器６０の両端間の電圧測定値Ｖｏｕｔ３である。
【００７１】
【数５】
2019086343.tif 000007
【００７２】
したがって、式（１１）、（１４）、（２０）、（２１）よりＸ１は以下の式で与えられる。
【００７３】
【数６】
2019086343.tif 000008
【００７４】
また、式（１７）、（２０）、（２２）よりＸ４は以下の式で与えられる。
【００７５】
【数７】
2019086343.tif 000009
【００７６】
上記の式（２３）によれば、算出部４２は、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ１３）と、固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端間の電圧測定値Ｖ５と、既知の電源電圧値Ｖｃｃとを用いて、電圧比Ｘ１を第１計算値として算出することができる。また、式（２４）によれば、電圧比Ｘ４は、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）から得られた値である。電圧比Ｘ４は、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）と、固定抵抗器Ｒ５の両端間の電圧測定値Ｖ５と、既知の電源電圧値Ｖｃｃとに基づいて得られる。
【００７７】
なお、図３において説明した変形例と同様に、第２実施形態の圧力測定装置１においても、補正部４３が設けられてもよい。この場合は、補正部４３は、Ｘ１に補正係数αを乗じて補正する。算出部４２は、補正係数αを電圧比Ｘ１に乗じて第１計算値Ｘ１´を算出する。この場合、ダイアフラム部１０に対するピエゾ抵抗素子２１−１から２１−４の配置位置の違いおよびピエゾ抵抗素子２１−１から２１−４での特性バラツキを考慮して、正確に動作状態を診断することが可能である。
【００７８】
【数８】
2019086343.tif 000010
【００７９】
［第２診断処理］
次に、ブリッジ回路２０の対称性を失わず、複数のピエゾ抵抗素子２１の全体が異常となった場合の動作状態を判定するための処理について説明する。ブリッジ回路２０の合成抵抗をＲ´とすると、第２実施形態における固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端の電圧Ｖ５は、以下の式で表すことができる。
【００８０】
【数９】
2019086343.tif 000011
【００８１】
ここで，複数のピエゾ抵抗素子２１が正常な場合は、ブリッジ回路２０の対称性により、印加圧力によらず合成抵抗Ｒ´は、ほぼ一定である。しかしながら複数のピエゾ抵抗素子２１全体が異常となった場合は合成抵抗Ｒ´が変化する。そのため、上記の式（２６）にしたがって、合成抵抗Ｒ´の変化に応じて電圧Ｖ５の値が変化する。第２比較部４７は、固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端の電圧Ｖ５を閾値と比較する。診断部４６は、第２比較部４７の比較結果に基づいて、圧力測定装置１の動作状態を診断する。具体的には、固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端の電圧Ｖ５が閾値を超えた場合には、診断部４６は、圧力測定装置１において異常が生じたと判定する。
【００８２】
図１０は、第２実施形態における圧力測定装置１による処理の一例を示すフローチャートである。図１０は、圧力測定装置１の動作状態診断方法の一例を示す。上述したとおり、圧力測定装置１は、第１診断処理（ステップＳ１０）と第２診断処理（ステップＳ２０）とを実行する。第１診断処理は、複数のピエゾ抵抗素子２１のうち一部のピエゾ抵抗素子において異常が生じたことを診断するための処理である。第２診断処理は、複数のピエゾ抵抗素子２１の全体が異常となったことを診断するための処理である。なお、第１診断処理（ステップＳ１０）と第２診断処理（ステップＳ２０）とを実行する順序は、図１０に示される場合に限られない。第１診断処理（ステップＳ１０）と第２診断処理（ステップＳ２０）は並行して実行されてもよい。
【００８３】
図１１は、第１診断処理の一例を示すフローチャートである。図１１は、図１０のステップＳ１０のサブルーチンに対応する。算出部４２は、ブリッジ回路２０の第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ１３）を取得する（ステップＳ２０１）。算出部４２は、ブリッジ回路２０の第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）を取得する（ステップＳ２０２）。算出部４２は、固定抵抗器６０の両端の電圧Ｖ５を取得する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０１からステップＳ２０３の処理の順序は、図１１の場合に限られない。
【００８４】
算出部４２は、第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ１３）と、固定抵抗器６０の両端の電圧Ｖ５と、既知の電源電圧Ｖｃｃを用いて、電圧比Ｘ１（＝（Ｖｅｘ−Ｖ３）／Ｖｅｘ）を第１計算値として算出する（ステップＳ２０４）。電圧比Ｘ１は、励起電圧Ｖｅｘとピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）の両端の電圧との差分を励起電圧で除算した値に相当する。算出部４２は、例えば、上述した式（２３）によって、電圧比Ｘ１を算出する。
【００８５】
処理部４０は、第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）と、固定抵抗器６０の両端の電圧Ｖ５と、既知の電源電圧Ｖｃｃを用いて、電圧比Ｘ４（Ｖ４／Ｖｅｘ）を算出する（ステップＳ２０５）。電圧比Ｘ４は、ピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４を励起電圧Ｖｅｘで除算した値に相当する。算出部４２は、例えば、上述した式（２４）によって、電圧比Ｘ４を算出する。
【００８６】
補正部４３は、ダイアフラム部１０に圧力が印加されていない状態での複数のピエゾ抵抗素子２１の各抵抗値Ｒ１０、Ｒ２０、Ｒ３０、Ｒ４０に基づいて、電圧比Ｘ１（＝（Ｖｅｘ−Ｖ３）／Ｖｅｘ）を補正する（ステップＳ２０６）。補正部４３は、電圧比Ｘ１に補正係数αを乗じて、第１計算値（Ｘ１´）を算出してよい。但し、ステップＳ２０６の処理は、省略してもよい。ステップＳ２０１からステップＳ２０４、およびステップＳ２０６の処理は、ブリッジ回路２０の第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１と、予め定められた定数（既知の電源電圧Ｖｃｃ）とを用いて第１計算値を算出する段階の一例に対応する。
【００８７】
比較部４４は、第１計算値（Ｘ１´）と、電圧比Ｘ４とを比較する（ステップＳ２０７）。第１計算値（Ｘ１´）と電圧比Ｘ４との差の絶対値｜Ｘ１´−Ｘ４｜が閾値を超える場合には（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、診断部４６は、圧力測定装置１において異常が生じたと診断する（ステップＳ２０９）。第１計算値（Ｘ１´）と電圧比Ｘ４との差の絶対値｜Ｘ１´−Ｘ４｜が閾値以下である場合には（ステップＳ２０８：ＮＯ）、圧力測定装置１が正常である。したがって、処理は、メインルーチンにリターンする。ステップＳ２０７の処理は、ブリッジ回路２０において第１出力端子２８と異なる第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔから得られた値と第１計算値とを比較する段階に対応する。ステップＳ２０８およびステップＳ２０９の処理は、比較結果に基づいて、圧力測定装置１の動作状態を診断する段階に対応する。
【００８８】
図１２は、第２診断処理の一例を示すフローチャートである。図１２は、図１０のステップＳ２０のサブルーチンに対応する。第２比較部４７は、固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端の電圧測定値（Ｖ５）を第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２と比較してよい（ステップＳ３０１）。第１閾値Ｐ１は、下限閾値であり、第２閾値Ｐ２は、上限閾値である。電圧測定値（Ｖ５）が第１閾値Ｐ１未満であるか第２閾値Ｐ２を超えた場合には（ステップＳ３０２：ＮＯ）、圧力測定装置１において異常が生じたと診断する（ステップＳ３０３）。固定抵抗器６０（Ｒ５）の両端の電圧測定値（Ｖ５）が、第１閾値Ｐ１以上第２閾値Ｐ２以下である場合には（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、圧力測定装置１は正常である。したがって、処理は、メインルーチンにリターンする。
【００８９】
第２実施形態の圧力測定装置１によれば、第１実施形態の圧力測定装置１と同様の効果に加えて、経年劣化による抵抗値の変化のように複数のピエゾ抵抗素子２１全体に影響してブリッジ回路２０における対称性を失わないタイプの異常についても診断することができる。
【００９０】
なお、第２実施形態の圧力測定装置１では、第１診断処理および第２診断処理を共に実行するものを説明した。しかしながら、圧力測定装置１が、動作状態の診断以外を目的として固定抵抗器６０を備えており、第１診断処理のみを実行してもよい。一例において、ブリッジ回路２０の第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１および第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２の電圧を適切な範囲に調整するために、固定抵抗器６０が設けられてよい。この場合も、図１１で示されるように第１診断処理が実行される。
【００９１】
図１３は、本発明の第３実施形態における圧力測定装置１の回路構成の一例を示す図である。本実施形態の圧力測定装置１は、固定抵抗器６０および固定抵抗器６２を備える。図１３において、固定抵抗器６０は、抵抗Ｒ６と表示されている。固定抵抗器６２は、抵抗Ｒ７と表示されている。固定抵抗器６０および固定抵抗器６２は、ＡＤ変換部３０等が配置されている回路基板上に配置されてよい。但し、ピエゾ抵抗素子２１が形成される半導体基板の拡散抵抗を固定抵抗器６０および固定抵抗器６２として用いてもよい。この場合、固定抵抗器６０および固定抵抗器６２は、半導体基板上において、歪みの影響を受けにくい位置に設けられてよい。本例では、ブリッジ回路２０の高電位端子２６および低電位端子２７の双方に、それぞれ固定抵抗器が接続されている。本例では、固定抵抗器６０は、低電位端子２７に電気的に接続される。固定抵抗器６０の一端は、低電位端子２７に接続され、固定抵抗器６０の他端は、グランド電位（ＧＮＤ）に接続されてよい。一方、固定抵抗器６２は、高電位端子２６に電気的に接続される。固定抵抗器６２の一端は、高電位端子２６に接続され、固定抵抗器６２の他端は、電源電圧（Ｖｃｃ）に接続されてよい。
【００９２】
本実施形態の圧力測定装置１は、固定抵抗器６２が設けられていることを除いて、第２実施形態の圧力測定装置１と共通する。したがって、繰り返しの説明を省略する。固定抵抗器６２（Ｒ７）は、ブリッジ回路２０の第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１および第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２の電圧範囲が後段のＡＤ変換部３０への入力可能範囲に収まるように調整する。したがって、固定抵抗器６２（Ｒ７）の抵抗値は、後段のＡＤ変換部３０の仕様に応じて設定されてよい。固定抵抗器６０の抵抗値は、後段のＡＤ変換部３０の分解能に応じて設計されてよい。好ましくは、固定抵抗器６０（Ｒ５）の抵抗値は、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値と同程度であることが望ましい。一例において、固定抵抗器６０（Ｒ５）の抵抗値は、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値の１／１０以上、１０倍以下であってよく、より好ましくは、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値の１／１０以上、１倍以下であってよい。
【００９３】
図１３に示される第３実施形態においては、励起電圧Ｖｅｘ、Ｖ３、およびＶ４は、以下の式で表すことができる。ここで、Ｖ５は、固定抵抗器６０の両端間の電圧測定値Ｖｏｕｔ３である。Ｖ７は、固定抵抗器６２の両端間の電圧測定値である。
【００９４】
【数１０】
2019086343.tif 000012
【００９５】
したがって、式（１１）、（１４）、（２７）、（２８）より、Ｘ１は以下の式で与えられる。
【００９６】
【数１１】
2019086343.tif 000013
【００９７】
また、式（１７）、（２７）、（２９）よりＸ４は以下の式で与えられる。
【００９８】
【数１２】
2019086343.tif 000014
【００９９】
上記の式（３０）によれば、算出部４２は、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ１３）と、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧測定値Ｖ６と、固定抵抗器６０（Ｒ６）および固定抵抗器６２（Ｒ７）の抵抗値の比と、既知の電源電圧Ｖｃｃとを用いて、電圧比Ｘ１を第１計算値として算出することができる。また、式（３１）によれば、電圧比Ｘ４は、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）から得られた値の一例である。電圧比Ｘ４は、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）と、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧測定値Ｖ６と、固定抵抗器６０（Ｒ６）および固定抵抗器６２（Ｒ７）の抵抗値の比と、既知の電源電圧Ｖｃｃとを用いて、算出される。
【０１００】
すなわち、式（３０）および式（３１）によれば、既知の値である電源電圧Ｖｃｃ、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧測定値、および固定抵抗器６０（Ｒ６）と固定抵抗器６２（Ｒ７）との抵抗値の比に加えて、圧力を検出するための測定値である第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ１３）および第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）を用いて、電圧比Ｘ１および電圧比Ｘ４を算出することができる。
【０１０１】
さらに、補正部４３は、式（２５）を用いて、Ｘ１に補正係数αを乗じて、第１計算値Ｘ１´を算出してよい。比較部４４は、第１計算値（Ｘ１´）と、電圧比Ｘ４とを比較してよい。第１計算値（Ｘ１´）と電圧比Ｘ４との差の絶対値｜Ｘ１´−Ｘ４｜が閾値を超える場合には、診断部４６は、圧力測定装置１において異常が生じたと診断してよい。
【０１０２】
また、第３実施形態においては、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧Ｖ６は、以下の式で表すことができる。
【０１０３】
【数１３】
2019086343.tif 000015
【０１０４】
ここで，複数のピエゾ抵抗素子２１が正常な場合は、ブリッジ回路２０の対称性により、印加圧力によらず合成抵抗Ｒ´は、ほぼ一定である。しかしながら複数のピエゾ抵抗素子２１全体が異常となった場合は合成抵抗Ｒ´が変化する。上記の式（３２）によれば、合成抵抗Ｒ´の変化に応じて電圧Ｖ６の値が変化する。第２比較部４７は、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧Ｖ６を閾値と比較する。診断部４６は、第２比較部４７の比較結果に基づいて、圧力測定装置１の動作状態を診断する。具体的には、診断部４６は、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧Ｖ６が閾値を超えた場合には、圧力測定装置１において異常が生じたと判定する。
【０１０５】
図１４は、第３実施形態における第１診断処理の一例を示すフローチャートである。なお、第３実施形態における処理内容は、図１０に示される第２実施形態における処理内容と共通する。特に、第３実施形態における第２診断処理は、図１２に示される第２実施形態における第２診断処理と同様である。したがって、繰り返しの説明を省略する。
【０１０６】
図１４は、図１０のステップＳ１０のサブルーチンに対応する。ステップＳ４０１からステップＳ４０３は、第２実施形態における図１１に示される処理と同様である。算出部４２は、第１出力端子２８における第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ１３）と、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧Ｖ６と、固定抵抗器６０（Ｒ６）および固定抵抗器６２（Ｒ７）の比率（Ｒ７／Ｒ６）と、既知の電源電圧Ｖｃｃを用いて、電圧比Ｘ１（＝（Ｖｅｘ−Ｖ３）／Ｖｅｘ）を第１計算値として算出する（ステップＳ４０４）。算出部４２は、例えば、上述した式（３０）によって、電圧比Ｘ１を算出する。
【０１０７】
処理部４０は、第２出力端子２９における第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）と、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧Ｖ６と、固定抵抗器６０（Ｒ６）および固定抵抗器６２（Ｒ７）の比率（Ｒ７／Ｒ６）と、既知の電源電圧Ｖｃｃを用いて、電圧比Ｘ４（Ｖ４／Ｖｅｘ）を算出する（ステップＳ４０５）。電圧比Ｘ４は、ピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）の両端間の電圧Ｖ４を励起電圧Ｖｅｘで除算した値に相当する。算出部４２は、例えば、上述した式（３１）によって、電圧比Ｘ４を算出する。
【０１０８】
ステップＳ４０６からステップＳ４０９の処理は、第２実施形態の図１１におけるステップＳ２０６からステップＳ２０９の処理と同様である。したがって、繰り返しの説明を省略する。
【０１０９】
第３実施形態の圧力測定装置１によれば、第２実施形態の圧力測定装置１と同様に、経年劣化による抵抗値の変化のように複数のピエゾ抵抗素子２１全体に影響してブリッジ回路２０における対称性を失わないタイプの異常についても診断することができる。また、固定抵抗器６２（Ｒ７）によって、ブリッジ回路２０の第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１および第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２の電圧範囲を後段の回路の入力可能範囲に調整することを可能としつつ、動作状態を診断することができる。
【０１１０】
図１５は、本発明の第４実施形態における圧力測定装置１の概略構成を示す図である。第４実施形態の圧力測定装置１は、温度取得部７０を備える。温度取得部７０は、ブリッジ回路２０の周辺の温度情報を取得する。温度取得部７０は、温度センサ等であってもよく、別途の温度センサ等から温度情報を取得するものであってもよい。温度情報は、ＡＤ変換部３０によってデジタル値に変換されてもよい。処理部４０は、温度情報に基づいて、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧測定値（Ｖ６）等と比較する第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２等の閾値を変更する。本実施形態の他の構成は、図１３および図１４に示される第３実施形態の構成と同様である。したがって、繰り返しの説明を省略する。
【０１１１】
図１６は、第４実施形態における第２診断処理の一例を示すフローチャートである。図１６は、図１０のステップＳ２０のサブルーチンに対応する。なお、第４実施形態における処理内容は、第３実施形態における処理内容と共通する。特に、第１診断処理は、図１４に示される第３実施形態における処理と共通する。したがって、繰り返しの説明を省略する。
【０１１２】
温度取得部７０は、ブリッジ回路２０の周辺の温度情報を取得する（ステップＳ５０１）。そして、処理部４０は、取得した温度情報に応じて第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を変更する（ステップＳ５０２）。第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２は、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧測定値（Ｖ６）と比較される対象である閾値である。ステップＳ５０３からステップＳ５０５の処理は、図１２のステップＳ３０１からステップＳ３０３の処理と同様である。したがって、詳しい説明を省略する。
【０１１３】
ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値は、温度特性を有する。すなわち、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値は、温度に応じて変化する。したがって、第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２として、それぞれ温度によらず一定の値を用いる場合には、圧力測定装置１が正常であるにもかかわらず異常が生じたと誤検知しない範囲で、第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を設ける必要がある。この結果、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端の電圧測定値（Ｖ６）が大きく変化した場合でないと閾値を超えないため、診断部４６は、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が大きく変化するような異常を診断できるが、それ以外の異常を診断しづらい。一方、本実施形態のように、第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を、それぞれ温度に応じて変更することによって、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が小さく変化する異常についても診断することが可能となる。
【０１１４】
なお、以上の説明では、第４実施形態として、固定抵抗器６０および固定抵抗器６２を有する場合において、第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を温度に応じて変更する場合を説明したが、第４実施形態は、この場合に限られない。一例において、第２実施形態のように圧力測定装置１が固定抵抗器６０のみを有している場合において、第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を温度に応じて変更してもよい。
【０１１５】
動作状態の診断の一例として、第３実施形態および第４実施形態の圧力測定装置１による処理を適用した場合の特性例を図１７から図２１に示す。図１７は、第３実施形態における正常時の電圧比の一例を示す図である。図１７において、Ｘ１´は、式（３０）および（２５）に示されるとおり、第１電圧測定値Ｖｏｕｔ１（Ｖ１３）と、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧測定値Ｖ６と、固定抵抗器６０（Ｒ６）および固定抵抗器６２（Ｒ７）の抵抗値の比と、既知の電源電圧Ｖｃｃとを用いて、第１計算値として算出された電圧比である。Ｘ４は、第２電圧測定値Ｖｏｕｔ２（Ｖ２４）と、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧測定値Ｖ６と、固定抵抗器６０（Ｒ６）および固定抵抗器６２（Ｒ７）の抵抗値の比と、既知の電源電圧Ｖｃｃとを用いて、算出される。なお、Ｘ３は、ピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）の両端の電圧Ｖ３を励起電圧Ｖｅｘで除算したで電圧比である。Ｘ３は、以下の式で求められる。
【０１１６】
【数１４】
2019086343.tif 000016
【０１１７】
図１７の横軸は、ダイアフラム部１０への入力圧（％）を示している。本例では、ダイアフラム部１０への圧力が高くなるのにしたがって、電圧比Ｘ３は減少し、電圧比Ｘ４および第１計算値Ｘ１´は増加する。図４に示されるとおり、圧力測定装置１に異常が発生していない状態では、第１計算値Ｘ１´と電圧比Ｘ４とは、ほとんど一致する。
【０１１８】
図１８は、第３実施形態における正常時の電圧比の差の一例を示す図である。図１８の横軸は、ダイアフラム部１０への入力圧（％）を示している。図１８の縦軸は、第１計算値Ｘ１´と電圧比Ｘ４との差を示している。圧力測定装置１に異常が発生していない状態では、第１計算値Ｘ１´と電圧比Ｘ４との差は、０付近に留まる。第１計算値Ｘ１´と電圧比Ｘ４との差が、下限閾値以上、上限閾値以下の範囲内に留まるので、診断部４６は、圧力測定装置１に異常が発生していないと診断することができる。
【０１１９】
図１９は、第３実施形態における異常時の電圧比の一例を示す図である。図２０は、第３実施形態における異常時の電圧比の差の一例を示す図である。図１９および図２０において、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ１´、横軸、および縦軸が示す事項は、図１７および図１８の場合と同様である。図１９および図２０は、ダイアフラム部１０への入力圧８３％付近において、ピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）において異常が生じた場合を例示する。図１９に示されるとおり、圧力測定装置１において複数のピエゾ抵抗素子２１の一部に異常が発生した場合には、第１計算値Ｘ１´と電圧Ｘ４とが乖離する。したがって、図２０に示されるとおり、複数のピエゾ抵抗素子２１の一部に異常が発生した場合には、第１計算値Ｘ１´と電圧比Ｘ４との差が、下限閾値以上および上限閾値以下で与えられる正常な範囲から外れる。本例では、第１計算値Ｘ１´と電圧Ｘ４との差が下限閾値を下回っている。したがって、診断部４６は、圧力測定装置１において複数のピエゾ抵抗素子２１の一部に異常が発生したと診断することができる。
【０１２０】
図２１は、本発明の第３実施形態における異常時の固定抵抗器の両端の電圧の一例を示す図である。図２１は、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧測定値Ｖ６の異常発生前後での変化を示している。図２１において実線が正常時における電圧測定値Ｖ６であり、点線が異常の発生後における電圧測定値Ｖ６である。
【０１２１】
図２１の横軸は、ブリッジ回路２０の周辺の温度を示している。図２１の縦軸は、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧測定値Ｖ６を示している。本例では、温度が高くなるにしたがって、固定抵抗器６０（Ｒ６）の両端間の電圧測定値Ｖ６が低くなる。図２１において、温度によらず第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を固定する場合を一点鎖線２、３で示す。一方、温度に応じて第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を変更する場合を二点鎖線４、５で示す。
【０１２２】
温度によらず第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を固定する場合には、ピエゾ抵抗素子２１等の温度特性による電圧測定値Ｖ６の変化を異常による変化と誤検知しないように、第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２が設定される。したがって、電圧測定値Ｖ６が大きく変化して、電圧測定値Ｖ６が、一点鎖線２で示される第１閾値Ｐ１を下回ったり、一点鎖線３で示される第２閾値Ｐ２を上回ったりした場合に、異常と診断される。したがって、電圧測定値Ｖ６が小さく変化する場合には、異常と判定することが難しい。
【０１２３】
二点鎖線４、５で示されるように温度に応じて第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を変更する場合は、正常時の温度特性に基づいて第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を変更してよい。正常時の温度特性Ｖ６（ｔ）から、予め定められた定数ｄを引いた値を第１閾値Ｐ１とし、定数ｄを加えた値を第２閾値Ｐ２としてもよい。この場合、Ｖ６の温度変化の特性を平行移動した特性を示す第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を設定することができる。第１閾値Ｐ１および第２閾値Ｐ２を、それぞれ温度に応じて変更することによって、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗値が小さく変化する異常についても診断することが可能となる。
【０１２４】
なお、図１７から図２１では、第３実施形態および第４実施形態について説明したが、第２実施形態も、第１計算値Ｘ１´およびＸ４の算出式が異なることを除いて同様の特性を示す。
【０１２５】
なお、上記の説明では、第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子として、ブリッジ回路２０の低電位端子２７に共通して一端が接続されるピエゾ抵抗素子２１−３（Ｒ３）およびピエゾ抵抗素子２１−４（Ｒ４）が用いられる場合を説明した。しかしながら、第１ピエゾ抵抗素子および第２ピエゾ抵抗素子として、ブリッジ回路２０の高電位端子２６に共通して一端が接続されるピエゾ抵抗素子２１−１（Ｒ１）およびピエゾ抵抗素子２１−２（Ｒ２）が用いられてもよい。
【０１２６】
以上説明したように，本発明の各実施形態によれば、ブリッジ回路２０の出力電圧値、もしくは，ブリッジ回路２０の出力電圧値とブリッジ回路に接続された固定抵抗器６０の電圧値のみで動作状態を診断することが可能となるため，センサの大きさやコストの増大を抑制しつつ簡便な構成によって動作状態診断機能を備えた圧力測定装置１を提供することが可能となる。
【０１２７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１２８】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１２９】
１・・圧力測定装置、２・・一点鎖線、３・・一点鎖線、４・・二点鎖線、５・・二点鎖線、１０・・ダイアフラム部、１２・・空洞部、２０・・ブリッジ回路、２１・・ピエゾ抵抗素子、２２・・配線、２３・・配線、２４・・配線、２５・・配線、２６・・高電位端子、２７・・低電位端子、２８・・第１出力端子、２９・・第２出力端子、３０・・ＡＤ変換部、４０・・処理部、４２・・算出部、４３・・補正部、４４・・比較部、４６・・診断部、４７・・第２比較部、５０・・記憶部、６０・・固定抵抗器、６２・・固定抵抗器、７０・・温度取得部
【図１】
2019086343.tif 000017
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2019086343.tif 000032
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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