專利名稱：皮拉尼真空計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及進(jìn)行氣體壓力測(cè)量的皮拉尼真空計(jì)，具體地說(shuō)，涉及針對(duì)面臨被測(cè)量空間的測(cè)量子部分的構(gòu)造設(shè)計(jì)的皮拉尼真空計(jì)。
背景技術(shù)：
對(duì)于皮拉尼真空計(jì)，通過(guò)使電流流過(guò)設(shè)于被測(cè)量空間的細(xì)絲而加熱該細(xì)絲，并利用此時(shí)從細(xì)絲奪取的熱量因細(xì)絲周圍的氣體壓力而變化，對(duì)氣體壓力進(jìn)行測(cè)量。細(xì)絲也可使用線圈形狀。例如參照專利文獻(xiàn)1。
專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)平7-120339號(hào)公報(bào)第7圖是表示現(xiàn)有的皮拉尼真空計(jì)的概略構(gòu)造。細(xì)絲1收容在包封體2的內(nèi)部。包封體2呈圓筒狀，一端開(kāi)口，另一端由絕緣構(gòu)件4不透氣地密封。包封體2的開(kāi)口端側(cè)伸入真空槽11內(nèi)部的被測(cè)量空間s內(nèi)，包封體2的內(nèi)部和被測(cè)量空間s連通，細(xì)絲1形成和被測(cè)量空間s內(nèi)的氣體接觸的狀態(tài)。包封體2起到作為被測(cè)量空間s和真空槽11外部的大氣之間的隔壁的作用。
細(xì)絲1的一端連接在導(dǎo)電端子5b的一端，該導(dǎo)電端子5b不透氣地貫通絕緣構(gòu)件4且位于包封體2的內(nèi)部。細(xì)絲1的另一端連接在位于包封體2內(nèi)部的導(dǎo)電性細(xì)絲支撐件6的一端。細(xì)絲支撐件6的另一端連接在導(dǎo)電端子5a的一端，該導(dǎo)電端子5a不透氣地貫通絕緣構(gòu)件4且位于包封體2內(nèi)部。因此，細(xì)絲1和導(dǎo)電端子5a、5b電連接。導(dǎo)電端子5a、5b連接在未圖示的控制電路，該控制電路配設(shè)在包封體2外部的大氣壓下，經(jīng)由這些導(dǎo)電端子5a、5b向細(xì)絲1供電。
細(xì)絲1組入未圖示的電橋電路的一部分，檢測(cè)隨著細(xì)絲1的溫度變化而產(chǎn)生的電阻變化。目前市售的皮拉尼真空計(jì)系使用被稱為恒流型(或恒壓型)和恒溫型的兩種動(dòng)作模式。對(duì)于恒流型(恒壓型)皮拉尼真空計(jì)，在電橋電路中加上一定的電流(電壓)，由電橋電路的非平衡電壓，檢測(cè)隨著氣體壓力變化的細(xì)絲溫度變化、即電阻變化。對(duì)于恒溫型皮拉尼真空計(jì)，在檢測(cè)電橋電路的非平衡電壓時(shí)，以使細(xì)絲電阻(溫度)保持在預(yù)定值的方式對(duì)流向電橋電路的電流施加反饋，維持電橋電路的平衡。即，按如下方式進(jìn)行動(dòng)作自動(dòng)控制施加的電力以補(bǔ)償由氣體所奪取的熱量，使細(xì)絲溫度常時(shí)保持一定。因而，可從其施加的電力得知?dú)怏w壓力。皮拉尼真空計(jì)通常使用的壓力范圍(3×103Pa以下)內(nèi)的一般測(cè)量精度為±30％左右。

發(fā)明內(nèi)容
對(duì)于現(xiàn)有的皮拉尼真空計(jì)，在從104Pa附近以上到大氣壓的氣體壓力區(qū)域，因?yàn)榘惭b姿勢(shì)、即細(xì)絲1為垂直(平行于豎直方向)或水平(垂直于豎直方向)，而存在測(cè)量壓力值產(chǎn)生很大的不同(盡管是測(cè)量相同壓力的氣體，但測(cè)量壓力值卻因細(xì)絲1姿勢(shì)的不同而有50％以上的差異)的問(wèn)題。細(xì)絲1為水平姿勢(shì)時(shí)比垂直姿勢(shì)時(shí)更強(qiáng)烈受到因包封體2內(nèi)部的氣體對(duì)流所產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)的影響，從而來(lái)自細(xì)絲1的熱有容易被大量奪取的傾向。例如對(duì)于恒溫型皮拉尼真空計(jì)來(lái)說(shuō)，投入細(xì)絲1的電力更大，其結(jié)果，測(cè)量壓力值容易比實(shí)際的氣體壓力高。
而且，包封體2內(nèi)部的氣體溫度和包封體2的溫度大致相等，但包封體2受到真空槽11外部的環(huán)境溫度變動(dòng)的影響，因此包封體2內(nèi)部的氣體溫度亦隨之變動(dòng)。細(xì)絲1的溫度除了依附于細(xì)絲周圍的氣體壓力之外，也依附于細(xì)絲溫度及其周圍氣體溫度之差。因而，除了因氣體溫度的變動(dòng)所產(chǎn)生的氣體壓力變化而導(dǎo)致細(xì)絲溫度產(chǎn)生變化之外，也因細(xì)絲溫度和氣體溫度之差而使得細(xì)絲溫度產(chǎn)生變化，從而測(cè)量壓力的精度變差。
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而提出的，其目的在于提供一種皮拉尼真空計(jì)，可提高細(xì)絲溫度對(duì)氣體壓力變動(dòng)的依存度且精度良好地測(cè)量氣體壓力。
本發(fā)明為了解決所述問(wèn)題而采用以下構(gòu)造。
即，本發(fā)明的皮拉尼真空計(jì)具備包封體，內(nèi)部面向被測(cè)量空間；細(xì)絲，收容在包封體內(nèi)部；以及筒，在包封體內(nèi)部設(shè)成包圍細(xì)絲，夾著細(xì)絲相對(duì)向的內(nèi)壁間的最小距離為6mm以內(nèi)，且覆蓋細(xì)絲長(zhǎng)度的80％以上。
用上述尺寸的筒包圍細(xì)絲以限制細(xì)絲周圍的空間，可使因姿勢(shì)不同所造成的對(duì)流熱傳導(dǎo)的影響方法不易產(chǎn)生很大的差異。由此，減少因姿勢(shì)不同所造成的測(cè)量壓力值不均而可提高測(cè)量精度。而且，因?yàn)橛猩鲜鐾玻矁?nèi)部的氣體溫度不易受到包封體溫度變動(dòng)的影響，因此可抑制起因于氣體溫度變動(dòng)的細(xì)絲溫度變化。這也有助于提高氣體壓力的測(cè)量精度。
此外，若將溫度傳感器安裝在筒上，根據(jù)該溫度傳感器的輸出而進(jìn)行修正壓力指示值的溫度修正，則可進(jìn)一步抑制細(xì)絲周圍氣體溫度變動(dòng)的影響，進(jìn)一步提高測(cè)量精度。此時(shí)，尤其在104Pa以上的壓力時(shí)，可提高壓力指示值對(duì)氣體壓力變動(dòng)的響應(yīng)性。
依據(jù)本發(fā)明的皮拉尼真空計(jì)，除了安裝姿勢(shì)不同、細(xì)絲周圍氣體溫度變動(dòng)這樣的氣體壓力變動(dòng)以外，還可抑制使細(xì)絲溫度改變的要因的影響，使細(xì)絲溫度對(duì)氣體壓力的依存度增加而可進(jìn)行正確的壓力測(cè)量。


圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施方式的皮拉尼真空計(jì)的概略圖。
圖2是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的皮拉尼真空計(jì)的概略圖。
圖3是表示因皮拉尼真空計(jì)的安裝姿勢(shì)不同(水平或垂直)所造成的測(cè)量壓力差與筒內(nèi)徑之間的關(guān)系的圖。
圖4是表示因安裝姿勢(shì)不同所造成的測(cè)量壓力差，根據(jù)筒內(nèi)徑、筒/細(xì)絲長(zhǎng)度比例而發(fā)生何種變化的圖。
圖5是表示因安裝姿勢(shì)不同所造成的測(cè)量壓力差與筒/細(xì)絲長(zhǎng)度比例之間的關(guān)系的圖。
圖6是表示壓力從真空轉(zhuǎn)換到大氣壓時(shí)的壓力指示值隨時(shí)間變化的圖。
圖7是現(xiàn)有的皮拉尼真空計(jì)的概略圖。
符號(hào)說(shuō)明1細(xì)絲2包封體4絕緣構(gòu)件6細(xì)絲支撐件7筒8筒支撐件9溫度傳感器11 真空槽s被測(cè)量空間具體實(shí)施方式
下面參照附圖對(duì)適用本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。此外，本發(fā)明并不限于以下的實(shí)施方式，可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)思想進(jìn)行各種變形。
圖1表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的皮拉尼真空計(jì)的概略構(gòu)造。在包封體2的內(nèi)部收容有細(xì)絲1。細(xì)絲1由白金線等金屬細(xì)線所構(gòu)成，其形狀不限于圖1所示的直線形，也可以是線圈形。包封體2呈圓筒狀，一端開(kāi)口，另一端由絕緣構(gòu)件4不透氣地密封。細(xì)絲1大致平行于包封體2的軸向地配設(shè)在包封體2的軸中心或其附近位置。
包封體2的開(kāi)口端側(cè)伸入真空槽11內(nèi)部的被測(cè)量空間s內(nèi)，且包封體2的內(nèi)部面向被測(cè)量空間s，細(xì)絲1和被測(cè)量空間s內(nèi)的氣體形成接觸狀態(tài)。包封體2起到作為被測(cè)量空間s和真空槽11外部的大氣之間的隔壁的作用。
細(xì)絲1的一端連接在導(dǎo)電端子5b的一端，該導(dǎo)電端子5b不透氣地貫通絕緣構(gòu)件4且位于包封體2內(nèi)部。細(xì)絲1的另一端連接在導(dǎo)電性細(xì)絲支撐件6的一端，該導(dǎo)電性細(xì)絲支撐件6位于包封體2的內(nèi)部。細(xì)絲支撐件6的另一端連接在導(dǎo)電端子5a的一端，該導(dǎo)電端子5a不透氣地貫通絕緣構(gòu)件4且位于包封體2內(nèi)部。因而，細(xì)絲1的兩端分別和導(dǎo)電端子5a、5b電連接。導(dǎo)電端子5a、5b連接于未圖示的控制電路，該控制電路在包封體2的外部設(shè)置在大氣壓下，經(jīng)由這些導(dǎo)電端子5a、5b向細(xì)絲1供電。
在細(xì)絲1的周圍以包圍細(xì)絲1的方式配設(shè)兩端開(kāi)口的筒7，細(xì)絲1系通過(guò)該筒7內(nèi)部的軸中心位置或其附近位置。筒7不與細(xì)絲1接觸。筒7的內(nèi)部通過(guò)筒7的兩端開(kāi)口而與包封體2內(nèi)部及被測(cè)量空間s連通。
筒7的靠近絕緣構(gòu)件4一端側(cè)的外壁面固定在筒支撐件8，筒7以軸方向大致平行于細(xì)絲1的延伸方向及包封體2的軸方向的狀態(tài)支持在筒支撐件8。筒支撐件8安裝在貫通絕緣構(gòu)件4的端子5c的位于包封體2內(nèi)部的部分。筒7不與細(xì)絲支撐件6接觸。
筒7為圓筒，其內(nèi)徑在6mm以內(nèi)。而且，筒7覆蓋細(xì)絲長(zhǎng)度的80％以上。為了防止來(lái)自已加熱的細(xì)絲1的熱籠罩在筒7內(nèi)部，造成筒7內(nèi)的氣體溫度上升而影響到細(xì)絲1的溫度變動(dòng)，因此，最好以熱傳導(dǎo)性優(yōu)良的例如金屬材料所構(gòu)成筒7。
細(xì)絲1組入在未圖示的電橋電路的局部，用以檢測(cè)隨著細(xì)絲1的溫度變動(dòng)而產(chǎn)生的電阻變化。例如以恒溫型皮拉尼真空計(jì)來(lái)說(shuō)明，以如下方式進(jìn)行動(dòng)作，即自動(dòng)控制施加的電力以補(bǔ)償因氣體奪走的熱量，使細(xì)絲溫度常時(shí)保持一定，從而可從其施加的電力得知?dú)怏w壓力。
根據(jù)第1實(shí)施方式制作皮拉尼真空計(jì)，并進(jìn)行各種性能評(píng)估。
細(xì)絲1使用直徑25μm、長(zhǎng)度56mm的白金線。筒7使用圓筒形狀且厚度為60μm的不銹鋼制造，內(nèi)徑和長(zhǎng)度可進(jìn)行各種變更。包封體2、支持件6、8為不銹鋼制。
圖4表示將橫軸所示的筒7內(nèi)徑和縱軸所示的筒/細(xì)絲長(zhǎng)度比例(筒7的長(zhǎng)度相對(duì)于細(xì)絲1的長(zhǎng)度之比例)進(jìn)行各種變更，測(cè)量1×105Pa氣體(氮)壓力時(shí)，因細(xì)絲1的安裝姿勢(shì)(水平或垂直)不同所造成的壓力指示值(顯示部所顯示的值)的差。
從圖4可知，若將筒7的內(nèi)徑設(shè)定成6mm以內(nèi)，且將筒/細(xì)絲長(zhǎng)度比例設(shè)定成80％以上(即，若筒7覆蓋細(xì)絲1長(zhǎng)度的80％以上)，則可將因細(xì)絲1的安裝姿勢(shì)不同所造成的壓力指示值的差抑制在40％以下，而在采用現(xiàn)有的未設(shè)筒7的情況下則達(dá)50％以上，因此，可降低因安裝姿勢(shì)的不同所造成的測(cè)量不均。
再者，若將筒7的內(nèi)徑設(shè)定在5mm以內(nèi)，且將筒/細(xì)絲長(zhǎng)度比例設(shè)定在80％以上，則因安裝姿勢(shì)不同所造成的壓力指示值的差達(dá)到30％以下，可確保皮拉尼真空計(jì)通常容許的測(cè)量精度。
圖3表示將細(xì)絲1和筒7的長(zhǎng)度設(shè)定成相同(56mm)時(shí)，筒7的內(nèi)徑(橫軸)和因細(xì)絲1的安裝姿勢(shì)不同所造成的壓力指示值之差(縱軸)之間的關(guān)系。表示將被測(cè)量空間s內(nèi)的氣體(氮)壓力分別設(shè)為6×103Pa、1×104Pa、1×105Pa的情況。
從該圖3的結(jié)果亦可知，藉由將筒7的內(nèi)徑設(shè)于6mm以內(nèi)，且將筒/細(xì)絲長(zhǎng)度比例設(shè)于80％以上(圖3中筒/細(xì)絲長(zhǎng)度比例＝100％)，可在氣體壓力為1×105Pa以下的情況下，將因安裝姿勢(shì)不同所造成的壓力指示值之差抑制在大約30％以下。再者，通過(guò)將筒7的內(nèi)徑設(shè)定在4mm以內(nèi)，可將在氣體壓力為1×105Pa以下時(shí)因安裝姿勢(shì)不同所造成的壓力指示值之差抑制在大約10％以下，而且通過(guò)將筒7的內(nèi)徑設(shè)于3mm以內(nèi)，可將在氣體壓力為1×105Pa以下時(shí)因安裝姿勢(shì)不同所造成的壓力指示值之差抑制在百分之幾以下。
圖5表示筒/細(xì)絲長(zhǎng)度比例對(duì)因安裝姿勢(shì)不同所造成的壓力指示值之差的影響，因此，從圖4的所得數(shù)據(jù)，將橫軸作為筒/細(xì)絲長(zhǎng)度比例、將縱軸作為因安裝姿勢(shì)不同所造成的壓力指示值。筒7的內(nèi)徑系設(shè)定成3mm。從該圖5可知，若筒7覆蓋細(xì)絲1長(zhǎng)度的80％以上，則因安裝姿勢(shì)不同所造成的壓力指示值之差被抑制在10％以下，極為優(yōu)良。
從以上結(jié)果可知，根據(jù)本實(shí)施方式，在現(xiàn)有的因安裝姿勢(shì)不同所造成的壓力指示值之差容易變大的大氣壓(1×105Pa)附近的較高壓力區(qū)域，可精度良好地測(cè)量氣體壓力而不會(huì)嚴(yán)重受到因安裝姿勢(shì)不同所造成的影響。依據(jù)本實(shí)施方式，與現(xiàn)有的皮拉尼真空計(jì)相較，可將高精度測(cè)量的壓力測(cè)量范圍提高一位數(shù)以上。
此外，筒7的材料不限于不銹鋼。但是，從避免起因于筒7內(nèi)的熱滯留所造成的細(xì)絲溫度變化的觀點(diǎn)來(lái)看，避免使用隔熱性材料而使用熱傳導(dǎo)性良好的材料為佳。
另外，筒7的厚度不限于60μm。對(duì)于筒7的厚度，只要對(duì)應(yīng)筒材料的熱傳導(dǎo)性，設(shè)計(jì)成無(wú)損于筒7良好的熱傳導(dǎo)性即可。例如，對(duì)于不銹鋼和鋁合金來(lái)說(shuō)，因?yàn)殇X合金的熱傳導(dǎo)率較大，因此可容許鋁合金的厚度范圍為更大的厚度。另外，還可舉出Mo、W、Al、Cu、Ni等作為適于筒7材料的熱傳導(dǎo)率高的材料。
而且，筒7的橫截面形狀不限于圓，三角形、四邊形或其它多邊形，甚至長(zhǎng)圓形亦可。此時(shí)，將上述內(nèi)徑尺寸替換成夾著細(xì)絲1相對(duì)向的內(nèi)壁間的最小距離來(lái)實(shí)施即可。
接著，說(shuō)明關(guān)于本發(fā)明的第2實(shí)施方式。此外，與上述第1實(shí)施方式相同的構(gòu)造部分賦予同一符號(hào)，省略其詳細(xì)說(shuō)明。
在現(xiàn)有的沒(méi)有上述筒7的情況下，尤其在104Pa以上的氣體壓力下，由來(lái)自細(xì)絲1的熱對(duì)包封體2進(jìn)行加熱，并不設(shè)定包封體2的溫度。因而，包封體2內(nèi)部的氣體溫度變動(dòng)，容易產(chǎn)生起因于該變動(dòng)的細(xì)絲1的溫度變化，從而存在壓力指示值對(duì)氣體壓力變化的響應(yīng)性變差的問(wèn)題。
因此，在第2實(shí)施方式中，如圖2所示，在筒7的外壁面安裝溫度傳感器9，根據(jù)該溫度傳感器9的輸出(即檢測(cè)溫度)進(jìn)行壓力指示值的修正。溫度傳感器9經(jīng)由配線10及導(dǎo)電端子5a、5e連接在未圖示的溫度補(bǔ)償電路，該溫度補(bǔ)償電路根據(jù)溫度傳感器9的檢測(cè)溫度，消除因筒7內(nèi)的氣體溫度變動(dòng)所造成的細(xì)絲溫度變動(dòng)量，輸出壓力指示值。
根據(jù)該第2實(shí)施方式制作皮拉尼真空計(jì)，進(jìn)行關(guān)于響應(yīng)性的評(píng)估。溫度傳感器9使用白金測(cè)溫電阻體。筒7的內(nèi)徑設(shè)定成3mm，筒/細(xì)絲長(zhǎng)度比例設(shè)定成100％。其它條件和第1實(shí)施方式相同。此外，溫度成測(cè)器9也可以使用二極管等。
圖6表示從壓力1Pa以下的狀態(tài)將氣體(氮)導(dǎo)入被測(cè)量空間s內(nèi)至大氣壓時(shí)，壓力指示值隨時(shí)間的變化。實(shí)線表示根據(jù)上述溫度傳感器9的檢測(cè)溫度進(jìn)行了壓力指示值修正的情況，虛線表示未設(shè)溫度傳感器9而未進(jìn)行壓力指示值的溫度修正的情況。不進(jìn)行溫度修正時(shí)，壓力指示值在經(jīng)過(guò)200秒以上之后穩(wěn)定，而進(jìn)行了溫度修正時(shí)，壓力指示值在大約經(jīng)過(guò)30秒時(shí)穩(wěn)定且響應(yīng)性良好。
例如在半導(dǎo)體加工工藝中，一面監(jiān)視壓力指示值，一面進(jìn)行朝處理室內(nèi)導(dǎo)入工藝氣體的閥門開(kāi)閉控制。所謂壓力指示值的回應(yīng)性良好是指對(duì)于處理室內(nèi)的氣體壓力變動(dòng)，抑制閥門開(kāi)閉控制的延遲，可正確地控制處理室內(nèi)的氣體壓力。
權(quán)利要求
1.一種皮拉尼真空計(jì)，其特征為，具備包封體，內(nèi)部面向被測(cè)量空間；細(xì)絲，收容在所述包封體的內(nèi)部；以及筒，在所述包封體內(nèi)部設(shè)成包圍所述細(xì)絲，夾著所述細(xì)絲相對(duì)向的內(nèi)壁間的最小距離為6mm以內(nèi)，且覆蓋所述細(xì)絲長(zhǎng)度的80％以上。
2.如權(quán)利要求1所述的皮拉尼真空計(jì)，其特征在于，所述筒具有熱傳導(dǎo)性。
3.如權(quán)利要求1或2所述的皮拉尼真空計(jì)，其特征在于，所述筒安裝有溫度傳感器，根據(jù)該溫度傳感器的輸出來(lái)修正壓力指示值。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的皮拉尼真空計(jì)，其特征在于，所述細(xì)絲由白金線構(gòu)成，且所述筒為不銹鋼制。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的皮拉尼真空計(jì)，其特征在于，所述細(xì)絲由白金線構(gòu)成，且所述筒為鎳制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種皮拉尼真空計(jì)，可提高細(xì)絲溫度對(duì)氣體壓力變動(dòng)的依存度，以良好的精度測(cè)量氣體壓力。本發(fā)明的皮拉尼真空計(jì)具備包封體(2)，內(nèi)部面向被測(cè)量空間(s)；細(xì)絲(1)，收容在該包封體2內(nèi)部；以及筒(7)，在包封體(2)內(nèi)部包圍細(xì)絲(1)而設(shè)置，且?jiàn)A著細(xì)絲(1)相對(duì)向的內(nèi)壁間的最小距離為6mm以內(nèi)，并覆蓋細(xì)絲(1)長(zhǎng)度的80％以上。
文檔編號(hào)G01L21/00GK1969175SQ200580019399
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者宮下剛, 高橋直樹(shù) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社愛(ài)發(fā)科