CN1969175A - 皮拉尼真空计 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种皮拉尼真空计，可提高细丝温度对气体压力变动的依存度，以良好的精度测量气体压力。本发明的皮拉尼真空计具备：包封体(2)，内部面向被测量空间(s)；细丝(1)，收容在该包封体2内部；以及筒(7)，在包封体(2)内部包围细丝(1)而设置，且夹着细丝(1)相对向的内壁间的最小距离为6mm以内，并覆盖细丝(1)长度的80％以上。

Description

皮拉尼真空计

技术领域

本发明涉及进行气体压力测量的皮拉尼真空计，具体地说，涉及针对面临被测量空间的测量子部分的构造设计的皮拉尼真空计。

背景技术

对于皮拉尼真空计，通过使电流流过设于被测量空间的细丝而加热该细丝，并利用此时从细丝夺取的热量因细丝周围的气体压力而变化，对气体压力进行测量。细丝也可使用线圈形状。例如参照专利文献1。

专利文献1：日本特开平7-120339号公报

第7图是表示现有的皮拉尼真空计的概略构造。细丝1收容在包封体2的内部。包封体2呈圆筒状，一端开口，另一端由绝缘构件4不透气地密封。包封体2的开口端侧伸入真空槽11内部的被测量空间s内，包封体2的内部和被测量空间s连通，细丝1形成和被测量空间s内的气体接触的状态。包封体2起到作为被测量空间s和真空槽11外部的大气之间的隔壁的作用。

细丝1的一端连接在导电端子5b的一端，该导电端子5b不透气地贯通绝缘构件4且位于包封体2的内部。细丝1的另一端连接在位于包封体2内部的导电性细丝支撑件6的一端。细丝支撑件6的另一端连接在导电端子5a的一端，该导电端子5a不透气地贯通绝缘构件4且位于包封体2内部。因此，细丝1和导电端子5a、5b电连接。导电端子5a、5b连接在未图示的控制电路，该控制电路配设在包封体2外部的大气压下，经由这些导电端子5a、5b向细丝1供电。

细丝1组入未图示的电桥电路的一部分，检测随着细丝1的温度变化而产生的电阻变化。目前市售的皮拉尼真空计系使用被称为恒流型(或恒压型)和恒温型的两种动作模式。对于恒流型(恒压型)皮拉尼真空计，在电桥电路中加上一定的电流(电压)，由电桥电路的非平衡电压，检测随着气体压力变化的细丝温度变化、即电阻变化。对于恒温型皮拉尼真空计，在检测电桥电路的非平衡电压时，以使细丝电阻(温度)保持在预定值的方式对流向电桥电路的电流施加反馈，维持电桥电路的平衡。即，按如下方式进行动作：自动控制施加的电力以补偿由气体所夺取的热量，使细丝温度常时保持一定。因而，可从其施加的电力得知气体压力。皮拉尼真空计通常使用的压力范围(3×10³Pa以下)内的一般测量精度为±30％左右。

发明内容

对于现有的皮拉尼真空计，在从10⁴Pa附近以上到大气压的气体压力区域，因为安装姿势、即细丝1为垂直(平行于竖直方向)或水平(垂直于竖直方向)，而存在测量压力值产生很大的不同(尽管是测量相同压力的气体，但测量压力值却因细丝1姿势的不同而有50％以上的差异)的问题。细丝1为水平姿势时比垂直姿势时更强烈受到因包封体2内部的气体对流所产生的热传导的影响，从而来自细丝1的热有容易被大量夺取的倾向。例如对于恒温型皮拉尼真空计来说，投入细丝1的电力更大，其结果，测量压力值容易比实际的气体压力高。

而且，包封体2内部的气体温度和包封体2的温度大致相等，但包封体2受到真空槽11外部的环境温度变动的影响，因此包封体2内部的气体温度亦随之变动。细丝1的温度除了依附于细丝周围的气体压力之外，也依附于细丝温度及其周围气体温度之差。因而，除了因气体温度的变动所产生的气体压力变化而导致细丝温度产生变化之外，也因细丝温度和气体温度之差而使得细丝温度产生变化，从而测量压力的精度变差。

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种皮拉尼真空计，可提高细丝温度对气体压力变动的依存度且精度良好地测量气体压力。

本发明为了解决所述问题而采用以下构造。

即，本发明的皮拉尼真空计具备：包封体，内部面向被测量空间；细丝，收容在包封体内部；以及筒，在包封体内部设成包围细丝，夹着细丝相对向的内壁间的最小距离为6mm以内，且覆盖细丝长度的80％以上。

用上述尺寸的筒包围细丝以限制细丝周围的空间，可使因姿势不同所造成的对流热传导的影响方法不易产生很大的差异。由此，减少因姿势不同所造成的测量压力值不均而可提高测量精度。而且，因为有上述筒，筒内部的气体温度不易受到包封体温度变动的影响，因此可抑制起因于气体温度变动的细丝温度变化。这也有助于提高气体压力的测量精度。

此外，若将温度传感器安装在筒上，根据该温度传感器的输出而进行修正压力指示值的温度修正，则可进一步抑制细丝周围气体温度变动的影响，进一步提高测量精度。此时，尤其在10⁴Pa以上的压力时，可提高压力指示值对气体压力变动的响应性。

依据本发明的皮拉尼真空计，除了安装姿势不同、细丝周围气体温度变动这样的气体压力变动以外，还可抑制使细丝温度改变的要因的影响，使细丝温度对气体压力的依存度增加而可进行正确的压力测量。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的皮拉尼真空计的概略图。

图2是本发明的第2实施方式的皮拉尼真空计的概略图。

图3是表示因皮拉尼真空计的安装姿势不同(水平或垂直)所造成的测量压力差与筒内径之间的关系的图。

图4是表示因安装姿势不同所造成的测量压力差，根据筒内径、筒/细丝长度比例而发生何种变化的图。

图5是表示因安装姿势不同所造成的测量压力差与筒/细丝长度比例之间的关系的图。

图6是表示压力从真空转换到大气压时的压力指示值随时间变化的图。

图7是现有的皮拉尼真空计的概略图。

符号说明

1    细丝

2    包封体

4    绝缘构件

6    细丝支撑件

7    筒

8    筒支撑件

9    温度传感器

11   真空槽

s    被测量空间

具体实施方式

下面参照附图对适用本发明的具体实施方式进行详细地说明。此外，本发明并不限于以下的实施方式，可根据本发明的技术思想进行各种变形。

[第1实施方式]

图1表示本发明的第1实施方式的皮拉尼真空计的概略构造。在包封体2的内部收容有细丝1。细丝1由白金线等金属细线所构成，其形状不限于图1所示的直线形，也可以是线圈形。包封体2呈圆筒状，一端开口，另一端由绝缘构件4不透气地密封。细丝1大致平行于包封体2的轴向地配设在包封体2的轴中心或其附近位置。

包封体2的开口端侧伸入真空槽11内部的被测量空间s内，且包封体2的内部面向被测量空间s，细丝1和被测量空间s内的气体形成接触状态。包封体2起到作为被测量空间s和真空槽11外部的大气之间的隔壁的作用。

细丝1的一端连接在导电端子5b的一端，该导电端子5b不透气地贯通绝缘构件4且位于包封体2内部。细丝1的另一端连接在导电性细丝支撑件6的一端，该导电性细丝支撑件6位于包封体2的内部。细丝支撑件6的另一端连接在导电端子5a的一端，该导电端子5a不透气地贯通绝缘构件4且位于包封体2内部。因而，细丝1的两端分别和导电端子5a、5b电连接。导电端子5a、5b连接于未图示的控制电路，该控制电路在包封体2的外部设置在大气压下，经由这些导电端子5a、5b向细丝1供电。

在细丝1的周围以包围细丝1的方式配设两端开口的筒7，细丝1系通过该筒7内部的轴中心位置或其附近位置。筒7不与细丝1接触。筒7的内部通过筒7的两端开口而与包封体2内部及被测量空间s连通。

筒7的靠近绝缘构件4一端侧的外壁面固定在筒支撑件8，筒7以轴方向大致平行于细丝1的延伸方向及包封体2的轴方向的状态支持在筒支撑件8。筒支撑件8安装在贯通绝缘构件4的端子5c的位于包封体2内部的部分。筒7不与细丝支撑件6接触。

筒7为圆筒，其内径在6mm以内。而且，筒7覆盖细丝长度的80％以上。为了防止来自已加热的细丝1的热笼罩在筒7内部，造成筒7内的气体温度上升而影响到细丝1的温度变动，因此，最好以热传导性优良的例如金属材料所构成筒7。

细丝1组入在未图示的电桥电路的局部，用以检测随着细丝1的温度变动而产生的电阻变化。例如以恒温型皮拉尼真空计来说明，以如下方式进行动作，即自动控制施加的电力以补偿因气体夺走的热量，使细丝温度常时保持一定，从而可从其施加的电力得知气体压力。

根据第1实施方式制作皮拉尼真空计，并进行各种性能评估。

细丝1使用直径25μm、长度56mm的白金线。筒7使用圆筒形状且厚度为60μm的不锈钢制造，内径和长度可进行各种变更。包封体2、支持件6、8为不锈钢制。

图4表示将横轴所示的筒7内径和纵轴所示的筒/细丝长度比例(筒7的长度相对于细丝1的长度之比例)进行各种变更，测量1×10⁵Pa气体(氮)压力时，因细丝1的安装姿势(水平或垂直)不同所造成的压力指示值(显示部所显示的值)的差。

从图4可知，若将筒7的内径设定成6mm以内，且将筒/细丝长度比例设定成80％以上(即，若筒7覆盖细丝1长度的80％以上)，则可将因细丝1的安装姿势不同所造成的压力指示值的差抑制在40％以下，而在采用现有的未设筒7的情况下则达50％以上，因此，可降低因安装姿势的不同所造成的测量不均。

再者，若将筒7的内径设定在5mm以内，且将筒/细丝长度比例设定在80％以上，则因安装姿势不同所造成的压力指示值的差达到30％以下，可确保皮拉尼真空计通常容许的测量精度。

图3表示将细丝1和筒7的长度设定成相同(56mm)时，筒7的内径(横轴)和因细丝1的安装姿势不同所造成的压力指示值之差(纵轴)之间的关系。表示将被测量空间s内的气体(氮)压力分别设为6×10³Pa、1×10⁴Pa、1×10⁵Pa的情况。

从该图3的结果亦可知，藉由将筒7的内径设于6mm以内，且将筒/细丝长度比例设于80％以上(图3中筒/细丝长度比例＝100％)，可在气体压力为1×10⁵Pa以下的情况下，将因安装姿势不同所造成的压力指示值之差抑制在大约30％以下。再者，通过将筒7的内径设定在4mm以内，可将在气体压力为1×10⁵Pa以下时因安装姿势不同所造成的压力指示值之差抑制在大约10％以下，而且通过将筒7的内径设于3mm以内，可将在气体压力为1×10⁵Pa以下时因安装姿势不同所造成的压力指示值之差抑制在百分之几以下。

图5表示筒/细丝长度比例对因安装姿势不同所造成的压力指示值之差的影响，因此，从图4的所得数据，将横轴作为筒/细丝长度比例、将纵轴作为因安装姿势不同所造成的压力指示值。筒7的内径系设定成3mm。从该图5可知，若筒7覆盖细丝1长度的80％以上，则因安装姿势不同所造成的压力指示值之差被抑制在10％以下，极为优良。

从以上结果可知，根据本实施方式，在现有的因安装姿势不同所造成的压力指示值之差容易变大的大气压(1×10⁵Pa)附近的较高压力区域，可精度良好地测量气体压力而不会严重受到因安装姿势不同所造成的影响。依据本实施方式，与现有的皮拉尼真空计相较，可将高精度测量的压力测量范围提高一位数以上。

此外，筒7的材料不限于不锈钢。但是，从避免起因于筒7内的热滞留所造成的细丝温度变化的观点来看，避免使用隔热性材料而使用热传导性良好的材料为佳。

另外，筒7的厚度不限于60μm。对于筒7的厚度，只要对应筒材料的热传导性，设计成无损于筒7良好的热传导性即可。例如，对于不锈钢和铝合金来说，因为铝合金的热传导率较大，因此可容许铝合金的厚度范围为更大的厚度。另外，还可举出Mo、W、Al、Cu、Ni等作为适于筒7材料的热传导率高的材料。

而且，筒7的横截面形状不限于圆，三角形、四边形或其它多边形，甚至长圆形亦可。此时，将上述内径尺寸替换成夹着细丝1相对向的内壁间的最小距离来实施即可。

[第2实施方式]

接着，说明关于本发明的第2实施方式。此外，与上述第1实施方式相同的构造部分赋予同一符号，省略其详细说明。

在现有的没有上述筒7的情况下，尤其在10⁴Pa以上的气体压力下，由来自细丝1的热对包封体2进行加热，并不设定包封体2的温度。因而，包封体2内部的气体温度变动，容易产生起因于该变动的细丝1的温度变化，从而存在压力指示值对气体压力变化的响应性变差的问题。

因此，在第2实施方式中，如图2所示，在筒7的外壁面安装温度传感器9，根据该温度传感器9的输出(即检测温度)进行压力指示值的修正。温度传感器9经由配线10及导电端子5a、5e连接在未图示的温度补偿电路，该温度补偿电路根据温度传感器9的检测温度，消除因筒7内的气体温度变动所造成的细丝温度变动量，输出压力指示值。

根据该第2实施方式制作皮拉尼真空计，进行关于响应性的评估。温度传感器9使用白金测温电阻体。筒7的内径设定成3mm，筒/细丝长度比例设定成100％。其它条件和第1实施方式相同。此外，温度成测器9也可以使用二极管等。

图6表示从压力1Pa以下的状态将气体(氮)导入被测量空间s内至大气压时，压力指示值随时间的变化。实线表示根据上述温度传感器9的检测温度进行了压力指示值修正的情况，虚线表示未设温度传感器9而未进行压力指示值的温度修正的情况。不进行温度修正时，压力指示值在经过200秒以上之后稳定，而进行了温度修正时，压力指示值在大约经过30秒时稳定且响应性良好。

例如在半导体加工工艺中，一面监视压力指示值，一面进行朝处理室内导入工艺气体的阀门开闭控制。所谓压力指示值的回应性良好是指：对于处理室内的气体压力变动，抑制阀门开闭控制的延迟，可正确地控制处理室内的气体压力。

Claims (5)

1.一种皮拉尼真空计，其特征为，具备：

包封体，内部面向被测量空间；

细丝，收容在所述包封体的内部；以及

筒，在所述包封体内部设成包围所述细丝，夹着所述细丝相对向的内壁间的最小距离为6mm以内，且覆盖所述细丝长度的80％以上。

2.如权利要求1所述的皮拉尼真空计，其特征在于，所述筒具有热传导性。

3.如权利要求1或2所述的皮拉尼真空计，其特征在于，所述筒安装有温度传感器，根据该温度传感器的输出来修正压力指示值。

4.如权利要求1至3中任一项所述的皮拉尼真空计，其特征在于，所述细丝由白金线构成，且所述筒为不锈钢制。

5.如权利要求1至3中任一项所述的皮拉尼真空计，其特征在于，所述细丝由白金线构成，且所述筒为镍制。

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