(57)【要約】【課題】所定の温度区間で物理量センサの出力精度を向上できるようにする。【解決手段】所定の温度範囲から選択された複数の部分温度区間毎に、当該部分温度区間での物理量検出素子１１による物理量検出値の補正値を求める二次以上の高次の補正式ｇ１，ｇ２に関するデータを記憶する記憶部１３３と、いずれかの部分温度区間に対応する補正式ｇ１，ｇ２のデータに基づいて当該部分温度区間における補正値を求め、当該補正値によって前記物理量検出値を補正する補正処理部１３−ｉ（ｉ＝１又は２）と、を備える。【選択図】図１
2012002742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度特性を有する所定の物理量を検出する物理量検出素子と、
所定の温度範囲から選択された複数の部分温度区間毎に、当該部分温度区間での前記物理量検出素子による物理量検出値の補正値を求める２次以上の高次の補正式に関するデータを記憶する記憶部と、
いずれかの前記部分温度区間に対応する前記補正式のデータに基づいて当該部分温度区間における補正値を求め、当該補正値によって前記物理量検出値を補正する補正処理部と、
を備える、物理量センサ。
【請求項２】
前記物理量検出素子の温度を検出する温度検出素子を更に備え、
前記補正処理部は、
前記温度検出素子による温度検出値が含まれる第１の前記部分温度区間と前記温度検出値が含まれない第２の前記部分温度区間とのそれぞれに対応する前記補正式に関するデータに基づいて、前記第１及び第２の部分温度区間のそれぞれにおける前記補正値を求める補正演算部と、
前記温度検出値が含まれる前記第１の部分温度区間に対応する補正値を与えられた前記物理量検出値を選択出力する選択出力部と、
を備えた、請求項１に記載の物理量センサ。
【請求項３】
前記部分温度区間に対応する前記補正式のそれぞれは、当該部分温度区間の中央値に対して他よりも精度の高い補正値が得られる補正式である、請求項１又は２に記載の物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、圧力、温度、湿度等の物理量をセンシングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの被測定圧力を検出する圧力センサ（デュアル圧力センサ）として例えば下記特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１に記載のデュアル圧力センサは、２つの感圧ダイヤフラムチップを有し、２つの導圧管から導入された２つの被測定圧力がそれぞれの感圧ダイヤフラムに加えられる。このときの感圧ダイヤフラムの変位を例えば拡散型歪みゲージによって電気信号に変換することにより、被測定圧力に応じた検出信号を得ることができる。
【０００３】
このようなデュアル圧力センサは、２つの被測定圧力を検出できるから両者の差分つまりは差圧を求める差圧センサとしても利用できる。求められる差圧の一例としては、流量制御弁の上流側および下流側の流体の圧力差（つまりは差圧）が挙げられる。なお、流量制御弁の一例としては、下記特許文献２に記載のものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３１００３号公報
【特許文献２】特開２００９−１１５３０２号公報
【特許文献３】特開２００４−２９４１１０号公報
【特許文献４】特開２００４−２９４１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
流量制御弁の上流側及び下流側の流体圧力の差分（差圧）は、当該流量制御弁内を流れる流体の流量を求めるのに用いることができる。ここで、感圧ダイヤフラムを用いた圧力センサは、印加圧力に応じて感圧ダイヤフラムに物理的な変位が生じることを利用して流体の圧力を検出する構成であるため、使用温度によってセンサ出力にオフセットが生じたり出力ゲインが変化したりする温度特性を有する。
【０００６】
そのため、流体の流量を精度良く求めるには、個々の圧力センサの温度に応じた適切な補正（補償）をセンサ出力に施すことが求められる。温度補正の手法としては、例えば上記特許文献３及び４に記載された手法が知られている。
【０００７】
特許文献３に記載の手法（以下、「補正法１」と称する。）では、所定の温度範囲において、センサ出力の補正値を求める温度特性曲線を複数の温度区間に分割し、各温度区間の両端の補正値を結ぶ直線上に当該温度区間の中間温度に対応した補正値が存在するものとして、当該直線上からセンサの温度に対応した補正値を求めて温度補正を行なう。
【０００８】
また、特許文献４に記載の手法（以下、「補正法２」と称する。）では、所定の温度範囲において、センサ出力の補正値を求める温度特性曲線に最も近い高次の近似式を求め、当該近似式からセンサの温度に対応した補正値を求めて温度補正を行なう。
【０００９】
ところで、特許文献２に記載の流量制御弁が空調システムの熱源供給系統に適用される場合、流量制御弁内の流路には、時期によって低温流体〔例えば、冷水（５℃〜２０℃程度）〕及び高温流体〔例えば、温水（４０℃〜６０℃程度）〕のいずれか一方が選択的に流れる。そのため、センサ温度がその中間温度範囲（２０℃〜４０℃）（以下、「スプリットレンジ」と称する。）になることは稀であるといえる。
【００１０】
このような状況において、前記補正法１で温度補正を行なおうとすると、スプリットレンジを含めて所定の温度範囲の全範囲を多数の温度区間に分割するため、分割数に応じて必要な温度補正値の数が増大し、当該温度補正値を記憶するメモリの容量が増大する。すなわち、温度補正に求められる精度とメモリ容量との間にはトレードオフの関係がある。また、補正法１では、各温度区間の両端の温度補正値を直線近似することで中間部分の温度補正値を補完しているため、温度区間の両端以外の中間部分の温度補正精度が劣化しやすい。
【００１１】
一方、スプリットレンジが存在する場合において、前記補正法２で温度補正を行なおうとすると、スプリットレンジを含めて所定の温度範囲の全範囲の温度特性曲線を単一の高次式で近似するため、補正法１に比して所定の温度補正精度を得られない温度区間が生じやすい。例えば、低温流体及び高温流体の一方の温度範囲の中央値で最も精度が得られるように高次式を決定すると、他方の温度範囲についての温度補正精度を高められない。
【００１２】
なお、以上のような温度補正精度の劣化は、流体圧力を検出（測定）する圧力センサに限らず、非線形の温度特性を有する物理量センサに共通して生じ得る。
【００１３】
そこで、本発明の目的の一つは、所定の温度区間で物理量センサの出力温度補正の精度を向上できるようにすることにある。
【００１４】
なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の一つとして位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の物理量センサの一態様は、温度特性を有する所定の物理量を検出する物理量検出素子と、所定の温度範囲から選択された複数の部分温度区間毎に、当該部分温度区間での前記物理量検出素子による物理量検出値の補正値を求める２次以上の高次の補正式に関するデータを記憶する記憶部と、いずれかの前記部分温度区間に対応する前記補正式のデータに基づいて当該部分温度区間における補正値を求め、当該補正値を前記物理量検出値に与える補正処理部と、を備える。
【００１６】
ここで、前記物理量センサは、前記物理量検出素子の温度を検出する温度検出素子を更に備え、前記補正処理部は、前記温度検出素子による温度検出値が含まれる第１の前記部分温度区間と前記温度検出値が含まれない第２の前記部分温度区間とのそれぞれに対応する前記補正式に関するデータに基づいて、前記第１及び第２の部分温度区間のそれぞれにおける前記補正値を求める補正演算部と、前記温度検出値が含まれる前記第１の部分温度区間に対応する補正値を与えられた前記物理量検出値を選択出力する選択出力部と、を備えてもよい。
【００１７】
また、前記部分温度区間に対応する前記補正式のそれぞれは、当該部分温度区間の中央値に対して他よりも精度の高い補正値が得られる補正式としてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
上述した本発明の一態様によれば、所定の温度範囲から選択された複数の部分温度区間の別に、それぞれに対応する二次以上の高次の補正式を用いて物理量検出素子の検出値の補正値を求めるので、選択された各部分温度区間のそれぞれにおいて高精度な補正値を得ることができる。したがって、物理量検出センサによる物理量検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態にかかる圧力センサユニットの構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に例示する補正演算部の構成例を示すブロック図である。
【図３】図１に例示する圧力センサに与えられる負荷と圧力センサの補正後の出力との関係を例示するグラフである。
【図４】図１に例示する圧力センサの圧力特性の一例を示すグラフである。
【図５】図１に例示する圧力センサの温度特性の一例を示すグラフである。
【図６】図１に例示する圧力センサの温度補正後の出力（ＰＶ）と圧力との関係を例示するグラフである。
【図７】図１に例示する圧力センサの補正後の出力（ＯＵＴ）と温度補正後の出力（ＰＶ）との関係を例示するグラフである。
【図８】図１に例示する圧力センサユニットの温度対出力誤差の一例を示す図である。
【図９】従来の圧力センサユニットの温度対出力誤差の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施例を組み合わせる等）して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。
【００２１】
（一実施形態）
図１は、一実施形態に係る圧力センサユニットの構成例を示すブロック図である。図１に示す圧力センサユニット１は、例えば流量制御弁に取り付けることができ、例示的に、圧力センサ１１と、温度センサ１２と、補正処理部１３−１及び１３−２と、セレクタ１４と、を備える。
【００２２】
圧力センサ１１は、物理量の一つである流体の圧力を検出する物理量検出素子の一例であり、例えば感圧部の一例として感圧ダイヤフラムが形成された半導体基板（シリコン）と、拡散型歪みゲージと、を備えた半導体チップにより構成できる。拡散型歪みゲージは、感圧ダイヤフラムの被測定圧力による歪みをピエゾ抵抗効果を利用して検出し、その検出値（歪み量）に応じた電気信号（電圧信号）を出力する。圧力センサ１１の出力信号は、２つの補正処理部１３−１及び１３−２のそれぞれに入力される。
【００２３】
温度センサ（温度検出素子）１２は、圧力センサ１１（感圧ダイヤフラム）の温度を検出し、検出した温度に応じた電気信号を出力する。温度センサ１２の一例は、圧力センサ１１の感圧ダイヤフラム近傍に設けられた測温抵抗素子であり、当該抵抗素子の抵抗値の温度変化に応じた電気信号を出力する。温度センサ１２の出力信号は、各補正処理部１３−１及び１３−２とセレクタ１４とにそれぞれ入力される。
【００２４】
補正処理部１３−ｉ（ｉ＝１又は２）は、圧力センサ１１の出力信号（圧力検出値）と温度センサ１２の出力信号（温度検出値）とに基づいて、圧力センサ１１の出力信号の補正値を求める。そのため、補正処理部１３−ｉは、例示的に、多重部（ＭＵＸ）１３１と、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１３２と、記憶部１３３と、補正演算部１３４と、を備える。
【００２５】
多重部１３１は、圧力センサ１１の出力信号と温度センサ１２の出力信号とを例えば時分割に多重してＡＤＣ１３２に出力する。なお、多重部１３１とＡＤＣ１３２との間には、時分割多重信号を増幅する増幅器を設けてもよい。
【００２６】
ＡＤＣ１３２は、時分割多重された圧力センサ１１の出力信号及び温度センサ１２の出力信号のそれぞれをアナログ−デジタル変換して補正演算部１３４に出力する。
【００２７】
記憶部１３３は、圧力センサ１１の出力信号に与える補正値を求める補正式に関するデータを記憶する。記憶部１３３には、例えばＥＥＰＲＯＭを用いることができる。「補正式」は、圧力センサ１１が有する「圧力特性」と「温度特性」とに基づいて定めることができる。ここで、「補正」とは、例えば図３に示すように、或る負荷（本例では、例えば圧力とする）に対して一定の出力（ＯＵＴ）が得られるようにすることである。また、「圧力特性」とは、与えられる負荷に応じて出力（圧力）が変化する特性（図４参照）であり、「温度特性」とは、温度に応じて出力が変化する特性（図５参照）である。
【００２８】
「圧力特性」及び「温度特性」は、負荷に対する出力の変化量（傾き）を表すゲインと、負荷が一定の状態で出力が変化するオフセットとに分けることができる。「圧力特性」及び「温度特性」は、圧力センサ１１に固有の特性であり、線形的な変化と非線形的な変化とがある。非線形な特性を補正する場合には、補正式の次数が２次であったり３次であったりと、圧力センサ１１によって異なる。
【００２９】
そこで、それぞれの次数に関する圧力及び温度それぞれについてのゲイン及びオフセットの補正係数を次のように表わす。ただし、ｎは例示的に２以上の整数と仮定する。
ｎ次に関する圧力ゲインの補正係数：    Ｇｐ＿ｎ
ｎ次に関する圧力オフセットの補正係数：Ｏｐ＿ｎ
ｎ次に関する温度ゲインの補正係数：    Ｇｔ＿ｎ
ｎ次に関する温度オフセットの補正係数：Ｏｔ＿ｎ
【００３０】
また、以下の説明において、圧力センサ１１の温度（使用環境温度）を「Ｔｅｍｐ」で表わし、基準温度（例えば２５℃）と圧力センサ１１の使用環境温度（Ｔｅｍｐ）との差分（つまりは温度差）を「ΔＴ」で表す。また、温度差ΔＴの影響を受けている（温度補
正前の）出力（圧力）を「ＰＶ（ΔＴ）」で表わす。
【００３１】
まず、どのような温度においても一定の出力が得られるように温度補正を行なう。ここで、温度補正後の出力をＰＶとし、ＰＶ（ΔＴ）及びＴｅｍｐを変数とした時の温度補正
係数（Ｇｔ＿ｎ及びＯｔ＿ｎ）を求める。これにより、ＰＶ＝ｆ（ＰＶ（ΔＴ），Ｔｅｍ
ｐ）と表わすことができ、この式を温度補正式として用いることができる。この温度補正式による演算を実施するのが例えば図２に示す温度補正部１３４ａである。
【００３２】
次に、圧力補正について説明する。図３及び図６から、補正後の出力（ＯＵＴ）と温度補正後の出力（ＰＶ）との関係は、例えば図７のように表すことができる。図７に例示する圧力特性から、最小二乗法等を用いて補正後の出力と温度補正後の出力との関係（式）を導き出し、当該関係（式）から圧力補正係数（Ｇｐ＿ｎ，ＯＰ＿ｎ）を導き出すことができる。
【００３３】
よって、補正後の出力（ＯＵＴ）は、ＯＵＴ＝ｇ（ｆ（ＰＶ（ΔＴ），Ｔｅｍｐ））と
いう、補正前の出力ＰＶ（ΔＴ）と温度出力Ｔｅｍｐとの合成関数で表わすことができる
。当該合成関数による演算を実施するのが例えば図２に示す圧力補正部１３４ｂである。記憶部１３３は、上記の各補正係数Ｇｐ＿ｎ，Ｏｐ＿ｎ，Ｇｔ＿ｎ及びＯｔ＿ｎをそれぞれ「補正式に関するデータ」の一例として記憶することができる。
【００３４】
ただし、関数ｇは、被測定流体の所定の温度範囲の全範囲ではなく当該温度範囲から選択された一部の温度区間（部分温度区間）について適正化された補正式であれば足りる。例えば、圧力センサユニット１を取り付けられた流量制御弁が空調システムの熱源供給系統に適用された場合、圧力測定対象の流体は、時期によって低温流体〔冷水（５℃〜２０℃程度）〕及び高温流体〔温水（４０℃〜６０℃程度）〕のいずれか一方となる（スプリットレンジが生じる）から、それぞれの部分温度区間について適正化された補正式を個別に用いればよい。
【００３５】
例えば、低温流体が取り得る温度区間（５℃〜２０℃）について適正化された補正式を関数ｇ１、高温流体が取り得る温度区間（４０℃〜６０℃）について適正化された補正式を関数ｇ２とそれぞれ表わす。そして、各関数ｇ１及びｇ２のうち、一方を定める補正係数を一方の補正処理部１３−１の記憶部１３３に記憶し、他方を定める補正係数を他方の補正処理部１３−２の記憶部１３３に記憶しておく。別言すれば、補正処理部１３−１は低温流体用に適正化された補正式ｇ１にて、補正処理部１３−２は高温流体用に適正化された補正式ｇ２にて、それぞれ補正値を求める。
【００３６】
なお、補正式（関数）ｇ１及びｇ２は、例えば、それぞれの部分温度区間において複数の温度で予め実測した個々の圧力データを基に計算（例えばフィッティング）することで得ることができる。また、補正式ｇ１及びｇ２は、いずれも該当する部分温度区間のすべてで所定の精度の補正値が得られる関数である必要は無い。例えば、それぞれの部分温度区間におけるいずれかの温度、例えば、中央値（１２．５℃又は５０℃）で当該部分温度区間の他区間よりも高い精度の補正値が得られるよう近似された関数（近似式）であっても構わない。
【００３７】
次に、補正演算部１３４は、図２に例示するように、上述した温度補正部１３４ａ及び圧力補正部１３４ｂを備え、ＡＤＣ１３２から入力されたデジタル信号、すなわち圧力センサ１１の出力信号と温度センサ１２の出力信号との時分割多重信号と、記憶部１３３に記憶された補正式（関数）ｇｉ（ｉ＝１又は２）に関する補正係数とを基に、該当温度区間での補正値を求める。
【００３８】
すなわち、各補正処理部１３−１及び１３−２の補正演算部１３４は、温度センサ１２による温度検出値が含まれる第１の部分温度区間と当該温度検出値が含まれない第２の部分温度区間とのそれぞれに対応する補正式に関する補正係数に基づいて、各部分温度区間のそれぞれにおける補正値を求める。なお、得られた補正値は、圧力センサ１１の出力信号に与えられる。
【００３９】
セレクタ１４は、各補正処理部１３−ｉ（補正演算部１３４）の出力、すなわち低温流体用及び高温流体用の各補正式を用いてそれぞれ補正された圧力センサ１１の出力信号を選択的に出力する。当該出力信号の選択は、例えば温度センサ１２の出力信号によって制御できる。例示すると、温度センサ１２の出力信号が低温流体の温度区間（５℃〜２０℃）内の温度を示す場合、セレクタ１４は、低温流体用の補正処理部１３−１（補正演算部１３４）の出力信号を補正された検出圧力として出力する。一方、温度センサ１２の出力信号が高温流体の温度区間（４０℃〜６０℃）内の温度を示す場合、セレクタ１４は、高温流体用の補正処理部１３−２（補正演算部１３４）の出力信号を補正された検出圧力として出力する。
【００４０】
ただし、セレクタ１４による選択は、所定の設定情報によって制御してもよい。例えば、現在の時期（春、夏、秋、冬）や日時を示す情報を設定情報として自動あるいは手動でセレクタ１４に与えて、いずれの補正式に基づく補正演算結果を有効にするかを制御するようにしてもよい。
【００４１】
以上のように、本実施形態の圧力センサユニット１によれば、所定の温度範囲（例えば、５℃〜６０℃）の全範囲を１つの補正式で補正する場合に比して、補正対象とする部分温度区間（例えば、５〜２０℃の温度区間及び４０〜６０℃の温度区間）にそれぞれ適正化された補正式を選択的に用いるので、それぞれの温度区間における補正値を高精度化して、圧力センサ１１の圧力検出精度を向上できる。
【００４２】
例えば、５℃〜６０℃の温度範囲の全範囲を単一の補正式で補正した場合、図９に例示するように、最大で１％程度の誤差が生じるところ、本実施形態によれば、５〜２０℃及び４０〜６０℃の各部分温度区間の中央値（１２．５℃又は５０℃）でそれぞれ最も高い補正精度が得られるよう最適化された補正式を選択的に用いることで、図８に例示するように、各部分温度区間での補正の最大誤差を０．２５％程度に抑えることができる。
【００４３】
別言すれば、補正対象とする温度区間を絞り込むことで、当該温度区間以外での補正精度を考慮しなくてよいので、当該温度区間における補正の高精度化が図られる。また、補正対象とする温度区間を絞り込むことで個々の温度区間の幅を狭くできるので、個々の温度区間における補正式を圧力センサ１１の実際の温度特性曲線にフィッティングさせやすくなる。したがって、近似による補正精度の劣化を最小限に抑えることができる。
【００４４】
なお、図１に示した圧力センサユニット１の構成はあくまでも一例にすぎない。例えば、補正処理部１３−ｉの構成要素の一部又は全部は、各温度区間に共用にしてもよい。例示すると、１つの記憶部１３３の記憶領域（アドレス）を関数ｇｉの別に分けてそれぞれの係数を記憶してもよい。
【００４５】
また、多重部１３１、ＡＤＣ１３２及び補正演算部１３４も各温度区間に共用として、補正演算部１３４で用いる補正式ｇｉを温度センサ１２の出力信号や前記設定情報に応じて選択的に切り替えるようにしてもよい。この場合、補正演算部１３４が切り替えの判断を行なってもよいし、別途、制御部を設けて当該制御部から補正演算部１３４に切り替え指示を与えるようにしてもよい。補正処理部１３−ｉの共用化を図ることで、圧力センサユニット１の規模や消費電力を低減することが可能である。
【００４６】
また、上述した実施形態では、検出対象の物理量が流体圧力である場合について説明したが、湿度等の他の物理量であって温度特性を有する物理量について上述した実施形態を適用してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１…圧力センサユニット、１１…圧力センサ（物理量検出素子）、１２…温度センサ（温度検出素子）、１３−１，１３−２…補正処理部、１４…セレクタ、１３１…多重部（ＭＵＸ）、１３２…アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）、１３３…記憶部、１３４…補正演算部、１３４ａ…温度補正部、１３４ｂ…圧力補正部
【図１】
2012002742.tif 000003
【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】
2012002742.tif 000008
【図７】
2012002742.tif 000009
【図８】
2012002742.tif 000010
【図９】
2012002742.tif 000011