DE19903010A1

DE19903010A1 - Pirani pressure measuring arrangement suitable for combination sensors has first and second heating devices are insulated electrically from each other and support carries holding elements

Info

Publication number: DE19903010A1
Application number: DE1999103010
Authority: DE
Inventors: Heinz Ploechinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2000-08-17
Anticipated expiration: 2019-01-27
Also published as: DE19903010B4

Abstract

Holding elements (11,12,21,22,50) are used for holding first and second heating devices (10,20), in such a way that the first and second heating devices are insulated electrically from each other. A support (40) carries the holding elements in such a way that the first and second heating devices may be exposed to a common pressure. An Independent claim is included for: (a) a combination sensor

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Druckmeßanord nungen und insbesondere auf Pirani-Druckmeßanordnungen, die für Kombinationssensoren geeignet sind.The present invention relates to pressure measuring arrangement and in particular on Pirani pressure measuring arrangements, the are suitable for combination sensors.

Zur Messung von großen Druckunterschieden und insbesondere von Druckunterschieden im Vakuumbereich stehen unterschied liche Meßprinzipien zur Verfügung. Für nicht zu geringe Drücke können Membranen verwendet werden, deren Durchbiegun gen z. B. resistiv, kapazitiv oder induktiv erfaßt werden. Solche Drucksensoren werden auch als Absolutdruck-Sensoren gefertigt. Weiterhin existieren Wärmeleitungs-Meßröhren, die unter dem Stichwort Pirani bekannt sind. Wärmeleitungs-Meß röhren eignen sich im Gegensatz zu Absolutdruck-Sensoren, die einen Meßbereich von vielleicht 1000 bis 0,1 mbar haben, für den Feinvakuumbereich von z. B. 100 mbar bis 0,001 mbar. Im Gegensatz zu Absolutdruck-Sensoren hängt das Aus gangssignal der Wärmeleitungs-Meßröhren von der Art des Ga ses ab, dem beispielsweise ein Heizdraht ausgesetzt ist. Die Menge der von dem Heizdraht abgegebenen Wärmeenergie hängt dabei von der Dichte des denselben umgebenden Gases ab. Ist relativ viel Gas um den Heizdraht vorhanden, d. h. existiert ein relativ geringes Vakuum, so wird der Heizdraht mehr Wär meenergie abgeben. Existiert dagegen um den Heizdraht herum ein Hochvakuum, so kann derselbe nicht besonders viel Wärme energie abgeben. Somit kann mittels einer Wärmeleitungs-Meß röhre der Druck gemessen werden.For measuring large pressure differences and in particular there are differences from pressure differences in the vacuum range measuring principles available. For not too little Pressures can be used for membranes whose deflection against z. B. resistive, capacitive or inductive. Such pressure sensors are also called absolute pressure sensors manufactured. There are also heat conduction measuring tubes are known under the keyword Pirani. Heat conduction measurement In contrast to absolute pressure sensors, tubes are suitable which have a measuring range of maybe 1000 to 0.1 mbar, for the fine vacuum range of e.g. B. 100 mbar to 0.001 mbar. In contrast to absolute pressure sensors, the off depends output signal of the heat conduction measuring tubes of the type of Ga ses to which, for example, a heating wire is exposed. The The amount of thermal energy given off by the heating wire depends it depends on the density of the gas surrounding it. Is there is a relatively large amount of gas around the heating wire, i.e. H. exists a relatively low vacuum, so the heating wire becomes more warm give me energy. Exists around the heating wire a high vacuum, it can’t heat a lot deliver energy. Thus, by means of a heat conduction measurement tube the pressure can be measured.

Wie es bereits erwähnt wurde, ist jedoch auch der Druckbe reich, der durch eine Wärmeleitungs-Meßröhre relativ genau erfaßt werden kann, zu niedrigeren Vakuumdrücken hin be grenzt. Um noch kleinere Drücke messen zu können, können Kaltkathoden-Meßröhren, die unter dem Stichwort "Penning" bzw. "Magnetron" bekannt sind, oder auch Heißkathoden- Meßsysteme, die unter dem Stichwort "Triode" oder "Bayart- Alpert" bekannt sind, eingesetzt werden. Da die unterschied lichen Meßprinzipien in der Technik bekannt sind, muß hier auf nicht näher eingegangen werden.As already mentioned, however, the Druckbe is also rich, which is relatively accurate due to a heat conduction measuring tube can be detected towards lower vacuum pressures borders. To be able to measure even smaller pressures, Cold cathode measuring tubes, which are called "Penning" or "magnetron" are known, or hot cathode Measuring systems that are called "triode" or "Bayart- Alpert "are used. Because the difference Lich measuring principles are known in the art here not be discussed in more detail.

Das U.S.-Patent Nr. 5,583,297 beschreibt einen Kombina tionssensor, der eine Kaltkathodenionisationssensoranordnung und einen Pirani-Sensor umfaßt. Beide Sensoren sind in einem Gehäuse angebracht, derart, daß sie beide dem gleichen Druck ausgesetzt werden. Der Pirani-Sensor dieses Kombinationssen sors ist herkömmlich ausgeführt und umfaßt eine Röhre, in der eine Heizspirale oder ein Heizdraht aufgespannt ist. Die Röhre ist zu dem Volumen, dessen Druck zu messen ist, offen, derart, daß die Heizspirale bzw. der Heizdraht dem zu mes senden Druck ausgesetzt wird.U.S. Patent No. 5,583,297 describes a Kombina tion sensor, which is a cold cathode ionization sensor arrangement and includes a Pirani sensor. Both sensors are in one Housing attached so that they both have the same pressure get abandoned. The Pirani sensor of this combination food sors is of conventional design and comprises a tube in which is a heating coil or a heating wire. The Tube is open to the volume whose pressure is to be measured, such that the heating coil or the heating wire to be measured send pressure is exposed.

Problematisch bei Pirani-Sensoren überhaupt und insbesondere bei Pirani-Sensoren, die zusammen mit Drucksensoren für an dere Druckmeßbereiche als Bestandteil eines Kombinations sensors verwendet werden, ist die Tatsache der begrenzten Standzeit solcher Pirani-Sensoren. Einerseits wird die Heiz spirale mit relativ hohen Strömen beaufschlagt, um sie zu erwärmen. Dies kann nach gewisser Zeit zu einem Durchbrennen der Heizspirale führen. Zum anderen besteht die Möglichkeit, daß die Heizspirale aufgrund eines Stoßes, der gegen den Sensor ausgeübt wird, reißt.Problematic with Pirani sensors in general and in particular for Pirani sensors, which together with pressure sensors for their pressure measuring ranges as part of a combination sensors used is the fact of limited Service life of such Pirani sensors. On the one hand, the heating relatively high currents applied to them heat. This can burn out after a while of the heating coil. On the other hand, there is the possibility that the heating coil due to an impact against the Sensor is exerted, tears.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Heizspirale dem Medium direkt ausgesetzt wird, dessen Druck zu messen ist. Dies kann dazu führen, daß abhängig von dem Gas, dessen Druck zu messen ist, Ablagerungen an der Heizspirale entste hen. Wenn die Situation betrachtet wird, daß das Meßgerät nach einem normalen Betrieb ausgeschaltet wird, ist anzuneh men, daß sich noch ein in dem Meßvolumen befindliches Gas an der Heizspirale kondensiert. Wird das Meßgerät wieder einge schaltet, d. h. wird die Heizspirale wieder mit einem Strom beaufschlagt, damit sie sich auf eine Betriebstemperatur er wärmt, so verdampfen eventuell an der Heizspirale vorhandene Lösungsmittel, derart, daß Rückstände auf der Heizspirale "festgebacken" werden. Solche Rückstände führen insbesondere dann, wenn sie elektrisch leitfähig sind, d. h. eine relativ geringe elektrische Resistivität haben, dazu, daß sich der elektrische Widerstand der Heizspirale durch "Parallelschal tung" des elektrischen Widerstands der Ablagerungen ver ringert. Der Kaltwiderstand der Heizspirale ist jedoch eine wichtige Größe und geht in die Druckmessung mittels des Pi rani-Sensors ein. Daher verfälschen Ablagerungen die Druck meßergebnisse immer mehr, was schließlich dazu führt, daß der gesamte Drucksensor, der in dem U.S. Patent Nr. 5,583,297 gezeigt ist, weggeworfen werden müßte, obwohl der Kaltkathoden-Ionisationsdrucksensor eigentlich noch funktio niert.Another problem is that the heating coil Medium is directly exposed, the pressure of which is to be measured. This can result in depending on the gas whose If pressure is to be measured, deposits will form on the heating coil hen. If the situation is considered that the meter is to be switched off after normal operation men that there is still a gas in the measuring volume the heating coil condenses. The meter is turned on again switches, d. H. the heating coil is powered again pressurized so that it reaches an operating temperature warms, any evaporating elements on the heating coil evaporate Solvents such that residues on the heating coil be "baked". Such residues lead in particular if they are electrically conductive, d. H. a relative have low electrical resistivity, so that the electrical resistance of the heating coil by "parallel scarf device "of the electrical resistance of the deposits wrestles. However, the cold resistance of the heating coil is one important size and goes into pressure measurement using the Pi rani sensor. Deposits therefore falsify the pressure measurement results more and more, which ultimately leads to the fact that the entire pressure sensor used in the U.S. Patent No. 5,583,297, would have to be discarded, although the Cold cathode ionization pressure sensor actually still works kidney.

Ist der Kombinationssensor derart gestaltet, daß der Pira ni-Sensor ausgetauscht werden kann, so ist eine aufwendige mechanische Reparatur erforderlich, um die Pirani-Röhre aus zutauschen. Da davon ausgegangen werden kann, daß nicht nur ein neuer Heizdraht eingespannt wird, sondern ein vorgefer tigtes Pirani-Modul samt Röhre und Heizdraht ausgetauscht wird, ist der Austauschsensor ferner teurer als nötig, da die Röhre eigentlich noch funktionsfähig wäre.Is the combination sensor designed so that the Pira ni-sensor can be replaced, so is a complex mechanical repair required to get the Pirani tube out exchange. Since it can be assumed that not only a new heating wire is clamped, but a prefabricated one Pirani module including tube and heating wire replaced the replacement sensor is also more expensive than necessary because the tube would actually still be functional.

Aufgrund der aufwendigen Reparatur des Kombinationssensors bzw. aufgrund des Austausches des gesamten Pirani-Drucksen sors sind die Kosten für eine solche Anordnung hoch.Due to the complex repair of the combination sensor or due to the exchange of the entire Pirani pressure The cost of such an arrangement is high.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Funktionsfähig keit des Pirani-Sensors, d. h. ob er gerissen ist, oder ob er schon Ablagerungen über einem zulässigen Maß aufweist, nicht automatisch überwacht werden kann, was Messungen mit einem solchen Sensor aufwendig macht und erfahrenes Meßper sonal benötigt, um von Zeit zu Zeit den Pirani-Drucksensor zu überprüfen. Damit ist auch der Aufwand bei den Messungen hoch, und es bleibt eine Unsicherheit, die darin besteht, ob der Pirani-Drucksensor noch tolerabel arbeitet oder bereits zu viele Ablagerungen hat.Another problem is that it is functional the Pirani sensor, d. H. whether it is broken or whether it already shows deposits above a permissible level, Cannot automatically monitor what measurements are using makes such a sensor expensive and experienced measurer Sonal needs to use the Pirani pressure sensor from time to time to check. This is also the effort for the measurements high, and there remains an uncertainty that is whether the Pirani pressure sensor is still working tolerably or already has too many deposits.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine wirtschaftliche und zuverlässige Pirani-Druckmeßanordnung zu schaffen.The object of the present invention is a economical and reliable Pirani pressure measuring arrangement create.

Diese Aufgabe wird durch eine Pirani-Druckmeßanordnung nach Patentanspruch 1 gelöst.This task is accomplished by a Pirani pressure measurement arrangement Claim 1 solved.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dar in, einen wirtschaftlichen und zuverlässigen Kombinations sensor mit einer Pirani-Druckmeßanordnung zu schaffen.Another object of the present invention is in, an economical and reliable combination to create a sensor with a Pirani pressure measuring arrangement.

Diese Aufgabe wird durch einen Kombinationssensor nach Pa tentanspruch 10 gelöst.This task is performed by a combination sensor according to Pa Claim 10 solved.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit einer Pira ni-Druckmeßanordnung entscheidend erhöht werden können, wenn statt einer einzigen Heizeinrichtung zumindest eine weitere zusätzliche Reserve-Heizeinrichtung vorgesehen wird, wobei die Heizeinrichtung und die zumindest eine zusätzliche Re serve-Heizeinrichtung demselben zu messenden Druck ausge setzt sind. Im Betrieb wird jedoch die zumindest eine zu sätzliche Reserve-Heizeinrichtung nicht verwendet, wenn die ursprüngliche Heizeinrichtung korrekt arbeitet. Wird jedoch festgestellt, daß dieselbe nicht mehr korrekt arbeitet, so ermöglicht die vorliegende Erfindung, daß einfach auf eine Reserve-Heizeinrichtung umgeschaltet wird und die ursprüng liche Heizeinrichtung, die nicht mehr korrekt arbeitet, ein fach "abgeklemmt" wird. Damit ist keine aufwendige mechani sche Reparatur der Meßanordnung, die sich ja nicht mehr beim Hersteller sondern beim Kunden befindet, erforderlich. Außerdem ist kein Austausch von Teilen nötig, die eigentlich noch funktionsfähig sind.The present invention is based on the finding that that the economy and reliability of a Pira ni pressure measuring arrangement can be increased significantly, if Instead of a single heater, at least one more additional reserve heating device is provided, wherein the heating device and the at least one additional re serve heating device the same pressure to be measured sets are. In operation, however, at least one becomes too additional reserve heater not used when the original heater works correctly. However, will found that it no longer works correctly, so enables the present invention that simply on a Reserve heater is switched and the original heating device that no longer works correctly subject is "disconnected". This is not a complex mechani cal repair of the measuring arrangement, which is no longer the case Manufacturer but located with the customer, required. In addition, there is no need to replace parts that actually are still functional.

Aufgrund der Tatsache, daß die zumindest eine Reserve-Heiz einrichtung bereits bei der Herstellung der Pirani-Druckmeß anordnung zusammen mit der ursprünglichen Heizeinrichtung mit praktisch denselben Schritten hergestellt wird, ist der zusätzliche Aufwand für die zumindest eine Reserve-Heizein richtung vernachlässigbar.Due to the fact that the at least one reserve heater Setup already during the production of the Pirani pressure measurement arrangement together with the original heating device is made with practically the same steps additional effort for at least one reserve heater direction negligible.

Wenn außerdem die ursprüngliche Heizeinrichtung und die zu mindest eine Reserve-Heizeinrichtung parallel hergestellt werden, kann davon ausgegangen werden, daß ihre Charakteri stika annähernd gleich sind, und daß sehr wenig zusätzliche Herstellungszeit benötigt wird.If also the original heater and the too At least one reserve heater is made in parallel , it can be assumed that their character stika are approximately the same, and that very little additional Manufacturing time is needed.

Ein weiterer nicht zu unterschätzender Vorteil der erfin dungsgemäßen Pirani-Druckmeßanordnung besteht darin, daß sich der Kunde, der eine erfindungsgemäße Anordnung verwen det, auf einen korrekten Betrieb verlassen kann, wenn gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung die Funktionsfähigkeit der gerade im Betrieb befind lichen Heizeinrichtung automatisch zu bestimmten Zeitpunkten überprüft wird. Der Kunde wird es als angenehm zur Kenntnis nehmen, daß er den Meßbetrieb nicht unterbrechen muß, wenn eine Heizeinrichtung aufgrund eines Bruchs oder aufgrund von Ablagerung nicht mehr funktioniert. Er könnte stattdessen einfach eine Anzeige erhalten, wieviel Reserve-Heizeinrich tungen noch verbleiben, derart, daß er in Ruhe planen kann, wann es der Prozeßablauf zuläßt, daß die Pirani-Druckmeßan ordnung nicht benötigt wird, um zu einem Reparaturbetrieb eingeschickt zu werden.Another advantage of the inventor that should not be underestimated Pirani pressure measuring arrangement according to the invention is that the customer who use an arrangement according to the invention det, can rely on correct operation if according to a preferred embodiment of the present Er finding the functionality of the currently operating heating device automatically at certain times is checked. The customer will note it as pleasant take that he does not have to interrupt the measuring operation if a heater due to breakage or due to Deposit no longer works. He could instead just get an indication of how much reserve heater still remain, so that he can plan in peace, when the process allows the Pirani pressure gauge order is not needed to go to a repair shop to be sent in.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung zeigt sich besonders dann, wenn die erfindungsgemäße Pirani-Druckmeß anordnung in Verbindung mit einem Kombinationssensor ver wendet wird. Üblicherweise haben andere Drucksensoren, wie z. B. piezoresistive Grobvakuumsensoren, aufgrund der be schriebenen Probleme bei Pirani-Sensoren eine wesentlich höhere Standzeit als der Pirani-Sensor. Ein Kombinations sensor arbeitet jedoch nur funktionsfähig, solange alle seine Einzelsensoren funktionsfähig sind. Ein nicht mehr funktionsfähiger Pirani-Sensor setzt daher den gesamten Kom binationssensor außer Betrieb. Erfindungsgemäß kann jedoch nun auf eine Reserve-Heizeinrichtung umgeschaltet werden, derart, daß die Standzeit des gesamten Kombinations-Sensors verlängert werden kann und nicht mehr durch die Standzeit des Pirani-Sensors, die nun beliebig einstellbar ist, be grenzt wird.Another advantage of the present invention is evident especially when the Pirani pressure measurement according to the invention arrangement in connection with a combination sensor ver is applied. Usually other pressure sensors, such as e.g. B. piezoresistive rough vacuum sensors, due to the be problems with Pirani sensors longer service life than the Pirani sensor. A combination However, sensor only works as long as everyone its individual sensors are functional. One no more functional Pirani sensor therefore sets the entire comm bin sensor out of order. According to the invention, however can now be switched to a backup heater such that the service life of the entire combination sensor can be extended and no longer by the service life the Pirani sensor, which can now be set as desired, be is bordered.

Wenn insbesondere alle Sensoren eines Kombinationssensors auf einem gemeinsamen Träger aufgebaut werden, was aus Ko stengründen aufgrund der reduzierten Anzahl von Einzelteilen und aufgrund der einfacheren mechanischen Ausführung bevor zugt wird, ist es sehr wünschenswert, daß die Standzeit al ler Einzelsensoren des Kombinationssensors annähernd gleich ist, derart, daß keine funktionsfähigen Sensoren aufgrund der Versagens eines Einzelsensors ausgetauscht werden müs sen, wenn die gesamte Trägerplatte ausgetauscht wird.If in particular all sensors of a combination sensor be built on a common carrier, which from Ko reasons due to the reduced number of individual parts and because of the simpler mechanical design before is added, it is very desirable that the tool life al Individual sensors of the combination sensor are approximately the same is such that no functional sensors due to the failure of a single sensor must be replaced when the entire carrier plate is replaced.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen detailliert erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention are referred to below with reference to the attached drawing explained in detail. Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Pirani- Druckmeßanordnung gemäß einem ersten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung; Figure 1 is a plan view of a Pirani pressure measuring arrangement according to the invention according to a first embodiment example of the present invention.

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kombi nationssensor mit einer Pirani-Druckmeßanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung; Fig. 2 is a plan view of a combi nation sensor according to the invention with a Pirani pressure measuring arrangement according to a second embodiment of the vorlie invention;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kombi nationssensor mit einer Pirani-Druckmeßanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung; und Fig. 3 is a plan view of a combi nation sensor according to the invention with a Pirani pressure measuring arrangement according to a first embodiment of the vorlie invention; and

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines erfindungs gemäßen Kombinationssensors, bei dem die Einzelsen soren auf einer gemeinsamen Trägerplatte aufgebaut sind. Fig. 4 is a schematic sectional view of a combination sensor according to the Invention, in which the individual sensors are constructed on a common carrier plate.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Pi rani-Druckmeßanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbei spiel. Dieselbe umfaßt eine erste Heizeinrichtung 10, eine zweite Heizeinrichtung 20 und eine dritte Heizeinrichtung 30, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung als Heizwendel oder Heizspiralen ausgeführt sind. Dieselben sind jeweils an Stiften 11, 12, 21, 22, 31, 32 befestigt, die sich durch einen Träger 40, der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung plat tenförmig ausgeführt ist, erstrecken, wie es in Fig. 1 an gedeutet ist. Die einzelnen Stifte 11, 12, 21, 22, 31, 32 sind jeweils mittels Glas-Preßdurchführungen 50 in dem Trä ger 40 befestigt. Damit wird eine hochvakuumdichte Befesti gung der Stifte in dem Träger 40 sichergestellt, wobei die Glas-Preßdurchführungen 50 gleichzeitig eine elektrische Isolation der Stifte von dem Träger bewirken, die dann erforderlich ist, wenn der Träger aus leitfähigem Material ist. Ist der Träger 40 nicht aus leitfähigem Material, so ist keine elektrische Isolation erforderlich. Dennoch muß darauf geachtet werden, daß die gesamte Pirani-Druckmeßan ordnung hochvakuumdicht ist, um korrekt zu arbeiten, wenn sie mittels eines Befestigungsflansches 60 oder einer ande ren Befestigungseinrichtung an eine Meßkammer angebracht wird, die ein Meßvolumen definiert, dessen Druck gemessen werden soll. Fig. 1 shows a plan view of a Pi rani pressure measuring arrangement according to the invention according to a first embodiment. The same comprises a first heating device 10 , a second heating device 20 and a third heating device 30 , which according to the first embodiment of the present invention are designed as a heating coil or heating spirals. The same are each attached to pins 11 , 12 , 21 , 22 , 31 , 32 , which extend through a carrier 40 , which is plat-shaped according to the first embodiment of the present invention, as is indicated in Fig. 1. The individual pins 11 , 12 , 21 , 22 , 31 , 32 are each secured by means of glass press-throughs 50 in the carrier 40 . This ensures a high vacuum-tight attachment of the pins in the carrier 40 , the glass press-throughs 50 simultaneously effecting electrical insulation of the pins from the carrier, which is required when the carrier is made of conductive material. If the carrier 40 is not made of a conductive material, no electrical insulation is required. Nevertheless, care must be taken to ensure that the entire Pirani pressure measuring arrangement is highly vacuum-tight in order to work correctly when it is attached by means of a mounting flange 60 or other fastening device to a measuring chamber which defines a measuring volume whose pressure is to be measured.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß im Gegensatz zum in der Be schreibungseinleitung genannten Stand der Technik die Heiz spiralen nicht in einer Röhre angeordnet sind, die zu dem zu messenden Gas hin offen ist, sondern daß die einzelnen Heiz spiralen im wesentlichen parallel zum Träger verlaufen und im wesentlichen rechtwinklig zu den Stiften angeordnet sind. Dies ermöglicht eine genaue und reproduzierbare Herstellung der Pirani-Druckmeßanordnung gemäß der vorliegenden Erfin dung, derart, daß nach einem Bilden von Löchern in dem Trä ger 40 die Stifte mittels der Glas-Preßdurchführung in einem Arbeitsgang im wesentlichen gleich angeordnet werden, und daß dann die Heizeinrichtungen, die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel Heizspiralen oder Heizwendel sind, bei der ersten, der zweiten und der dritten Heizeinrichtung (10 bis 30) im wesentlichen gleich lang sind, derart, daß glei che Verhältnisse und insbesondere ein gleicher Kaltwider stand vorliegt, um ohne größere Probleme von einem Heizwen del zu dem nächsten Heizwendel umschalten zu können. Da die Heizwendel, die vorzugsweise aus Wolfram bestehen, an den Stiften 11, 12, 21, 22, 31, 32 vorzugsweise in einem Ar beitsgang festgeschweißt werden, kann davon ausgegangen wer den, daß sie alle drei einer gleichen Dehnung ausgesetzt werden, derart, daß ihre definitive Drahtlänge, die letzt endlich den Kaltwiderstand und natürlich auch den Betriebs widerstand bestimmt, im wesentlichen gleich ist.From Fig. 1 it can be seen that in contrast to the prior art mentioned in the Be introduction to the heating spirals are not arranged in a tube that is open to the gas to be measured, but that the individual heating spirals substantially parallel to the carrier run and are arranged substantially at right angles to the pins. This enables an accurate and reproducible manufacture of the Pirani pressure measuring arrangement according to the present inven tion, such that, after forming holes in the carrier 40, the pins are arranged essentially identically in one operation by means of the glass press-through, and then that Heating devices, which in the described embodiment are heating spirals or heating coils, are essentially of the same length in the first, the second and the third heating device ( 10 to 30 ), in such a way that smooth conditions and in particular an equal cold resistance were present, without major Problems switching from one Heizwen del to the next heating coil. Since the heating coil, which is preferably made of tungsten, is preferably welded to the pins 11 , 12 , 21 , 22 , 31 , 32 in one operation, it can be assumed that the three of them are subjected to the same expansion, such that that their definitive wire length, which finally determines the cold resistance and, of course, the operating resistance, is essentially the same.

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Kombinationssensor, der einerseits einen piezoresistiven Grobvakuumsensor 100 und andererseits eine erfindungsgemäße Pirani-Druckmeßanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung aufweist. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die erste und die zweite Heizein richtung 10', 20' nicht als Heizwendel ausgeführt, sondern als leitfähige Strukturen auf einem Siliziumsubstrat 70. Die leitfähigen Strukturen 10', 20' sind auf für Fachleute auf dem Gebiet der Mikrostrukturtechnologie bekannte Art und Weise auf dem Siliziumsubstrat 10 hergestellt. Das Sili ziumsubstrat 70 liegt vorzugsweise auf dem Träger 40 auf und ist mittels Bonddrähten 71 mit Stiften 11, 12, 21, 22 in elektrischem Kontakt, die auf dieselbe Art und Weise in den Träger 40 eingebracht sein können, wie es in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben worden ist. Fig. 2 shows a combination sensor according to the invention, which on the one hand has a piezoresistive rough vacuum sensor 100 and on the other hand a Pirani pressure measuring arrangement according to the invention according to a second embodiment of the present invention. In contrast to the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the first and the second heating device 10 ′, 20 ′ are not designed as a heating coil, but rather as conductive structures on a silicon substrate 70 . The conductive structures 10 ′, 20 ′ are produced on the silicon substrate 10 in a manner known to those skilled in the field of microstructure technology. The silicon substrate 70 preferably rests on the carrier 40 and is in electrical contact by means of bonding wires 71 with pins 11 , 12 , 21 , 22 , which can be introduced into the carrier 40 in the same way as it is in connection with FIG. 1 has been described.

Ferner ist der piezoresistive Grobvakuumsensor 100 ebenfalls mittels Stiften 110 an dem Träger 40 befestigt bzw. kontak tiert, die zu den Stiften 11, 12, 21, 22 identisch ausge führt sind. Damit ist es möglich, alle Stifte des in Fig. 2 gezeigten Kombinationssensors mittels eines einzigen Her stellungsverfahrens herzustellen, und den Kombinationssensor auf einem einzigen Substrat aufzubauen. Dies ist aufgrund der vorliegenden Erfindung möglich, da die Standzeit der erfindungsgemäßen Pirani-Druckmeßanordnung durch Vorsehen zumindest einer zusätzlichen Reserve-Heizeinrichtung erhöht worden ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Standzeit der Pirani-Druckmeßanordnung durch eine beliebige Anzahl von Heizeinrichtungen beliebig erhöht werden kann, um an die Standzeit des piezoresistiven Grobvakuum-Sensors angeglichen zu werden. Dies ist nötig, da bei der integrierten Bauweise für den in Fig. 2 gezeigten Kombinationssensor, die zu we sentlichen Kostenreduktionen führt, eine Reparatur der Pi rani-Druckmeßanordnung primär nicht vorgesehen ist.Furthermore, the piezoresistive rough vacuum sensor 100 is also fastened or contacted by means of pins 110 on the support 40 , which leads to the pins 11 , 12 , 21 , 22 are identical. This makes it possible to manufacture all the pins of the combination sensor shown in FIG. 2 by means of a single manufacturing process, and to build the combination sensor on a single substrate. This is possible on the basis of the present invention, since the service life of the Pirani pressure measuring arrangement according to the invention has been increased by providing at least one additional reserve heating device. It should be pointed out that the service life of the Pirani pressure measuring arrangement can be increased as desired by any number of heating devices in order to be matched to the service life of the piezoresistive rough vacuum sensor. This is necessary because the integrated design for the combination sensor shown in FIG. 2, which leads to significant cost reductions, does not primarily provide for a repair of the Pi rani pressure measuring arrangement.

Fig. 3 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Kombinations sensor, der im Gegensatz zu dem in Fig. 2 gezeigten Kombi nationssensor eine Pirani-Druckmeßanordnung aufweist, die analog zu der in Fig. 1 gezeigten Pirani-Druckmeßanordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausge führt ist. Dieselbe erfaßt jedoch im Gegensatz zu der Pira ni-Druckmeßanordnung von Fig. 1 lediglich eine erste Heiz einrichtung 10 und eine zweite Heizeinrichtung 20, also nur eine einzige Reserve-Heizeinrichtung. Wenn jedoch genügend Platz auf der Trägerplatte 40 vorhanden ist, so kann eine beliebige Anzahl von Reserve-Heizeinrichtungen vorgesehen werden, um die Standzeit der Pirani-Druckmeßanordnung zu er höhen, damit sie der Standzeit des piezoresistiven Grob vakuumsensors 100 entspricht. Fig. 3 shows another combination sensor according to the invention, which, in contrast to the combination sensor shown in FIG. 2, has a Pirani pressure measuring arrangement, which is analogous to the Pirani pressure measuring arrangement shown in FIG. 1 according to the first embodiment of the invention. However, in contrast to the Pira ni pressure measuring arrangement of FIG. 1, the same only detects a first heating device 10 and a second heating device 20 , that is to say only a single reserve heating device. However, if there is sufficient space on the carrier plate 40 , any number of reserve heating devices can be provided in order to increase the service life of the Pirani pressure measuring arrangement so that it corresponds to the service life of the piezoresistive coarse vacuum sensor 100 .

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kombinationssensoranordnung, die rechts in Fig. 4 eine er findungsgemäße Pirani-Druckmeßanordnung aufweist, von der schematisch nur eine Heizeinrichtung gezeigt ist, die die Heizeinrichtung 10, 20 oder 30 sein kann. Entsprechend sind die Stifte dann die Stifte 11, 21, 31, bzw. 12, 22, 32. Die erfindungsgemäße Pirani-Druckmeßanordnung ist über eine Trennwand 81 von einem piezoresistiven Grobvakuumsensor 100 getrennt, der wiederum durch eine weitere Trennwand 82 von einem Ionisationsmanometer 120 getrennt ist, das als Hochva kuum-Sensor dient. Ionisations-Vakuummeter sind in dem Fach buch "Theorie und Praxis der Vakuumtechnik" von Wutz, Adam und Walcher, Vieweg Verlag, Braunschweig, beschrieben. Fig. 4 shows a cross section through a combination sensor arrangement according to the invention, which has a Pirani pressure measuring arrangement according to the invention on the right in FIG. 4, of which only one heating device is shown schematically, which can be the heating device 10 , 20 or 30 . Accordingly, the pins are then pins 11 , 21 , 31 and 12 , 22 , 32 , respectively. The Pirani pressure measuring arrangement according to the invention is separated by a partition 81 from a piezoresistive rough vacuum sensor 100 , which in turn is separated by a further partition 82 from an ionization manometer 120 , which serves as a high-vacuum sensor. Ionization vacuum gauges are described in the specialist book "Theory and Practice of Vacuum Technology" by Wutz, Adam and Walcher, Vieweg Verlag, Braunschweig.

Allgemein umfassen dieselben eine Kathode, eine Anode und einen Ionenkollektor, die ebenfalls durch Stifte kontaktiert werden können. Damit ist ersichtlich, daß bei dem erfin dungsgemäßen Kombinationssensor, der in Fig. 4 dargestellt ist, alle Kontaktierungen zu den einzelnen Sensoren durch Stifte in einem Träger, der die Trägerplatte 40 umfaßt, durchgeführt werden können. Der Kombinationssensor zeichnet sich damit durch eine geringe Anzahl von mechanischen Ein zelteilen, durch einen relativ einfachen mechanischen Aufbau und damit durch geringe Kosten aus. Dieser gemeinsame Aufbau von Grobvakuumsensor und Hochvakuumsensor zusammen mit dem Pirani-Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung an einem gemeinsamen Trägerflansch wird erst dadurch optimal, daß zu mindest eine Reserve-Heizeinrichtung vorgesehen ist, durch die die Standzeit des Pirani-Drucksensors erhöht bzw. an die Standzeit der anderen Sensoren angepaßt werden kann.Generally, they include a cathode, an anode and an ion collector, which can also be contacted by pins. It can be seen that in the case of the combination sensor according to the invention, which is shown in FIG. 4, all contacts to the individual sensors can be carried out by pins in a carrier which comprises the carrier plate 40 . The combination sensor is characterized by a small number of mechanical parts, by a relatively simple mechanical structure and thus by low costs. This common construction of the rough vacuum sensor and high vacuum sensor together with the Pirani pressure sensor according to the present invention on a common support flange is only optimal if at least one reserve heating device is provided, by means of which the service life of the Pirani pressure sensor is increased or the service life is increased the other sensors can be adjusted.

Im nachfolgenden wird auf den Betrieb der erfindungsgemäßen Pirani-Druckmeßanordnung eingegangen, um die Funktionsfähig keit der gerade im Betrieb befindlichen Heizwendel oder leitfähigen Struktur (Fig. 2) zu überprüfen. Ist die Heiz wendel bzw. leitfähige Struktur unterbrochen, so wird eine Widerstandsmessung bei geringem Strom einen sehr hohen, theoretisch unendlichen Widerstand ergeben. Daraus ist zu schließen, daß eine Heizwendel gebrochen ist, und daß auf eine Reserve-Heizwendel umgeschaltet werden muß.In the following, the operation of the Pirani pressure measuring arrangement according to the invention is discussed in order to check the operability of the heating coil or conductive structure that is currently in operation ( FIG. 2). If the heating coil or conductive structure is interrupted, a resistance measurement at low current will result in a very high, theoretically infinite resistance. From this it can be concluded that a heating coil has broken and that a switchover to a backup heating coil must be carried out.

Wenn geprüft werden soll, ob die Ablagerungen auf der in Betrieb befindlichen Heizwendel bzw. auf der in Betrieb befindlichen leitfähigen Struktur bereits zu hoch ist, wird eine Kaltwiderstandsmessung durchgeführt. Diese Kaltwider standsmessung kann mittels eines geringen Betriebsstroms, beispielsweise im Bereich von 1 mA durchgeführt werden, der art, daß sich die Heizeinrichtung nicht allein durch die Messung schon so stark verändert, daß eine zu große Wider standsvariation auftritt. Liegt der erhaltene Kaltwiderstand in einem Widerstandsfenster, das durch einen Nennwiderstand plus/minus einer bestimmten Toleranz definiert ist, so wird davon ausgegangen, daß die Heizeinrichtung noch funktions fähig arbeitet, und daß nicht auf eine Reserve-Heizeinrich tung umgeschaltet werden muß. Liegt der gemessene Widerstand jedoch außerhalb des Widerstandsfensters, so kann davon aus gegangen werden, daß die Ablagerung bereits so groß sind, daß sich ein Parallelwiderstand aufgrund der Ablagerungen gebildet hat, der dazu führt, daß der Gesamtwiderstand der Heizeinrichtung außerhalb des Widerstandsfensters, d. h. un ter der unteren Grenze des Widerstandsfensters, liegt. In diesem Fall wird auf eine Reserve-Heizeinrichtung umgeschal tet, und die Pirani-Druckmeßanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet wieder einwandfrei.If you want to check whether the deposits on the in Heating coil in operation or on the in operation located conductive structure is already too high a cold resistance measurement was carried out. This cold resistance level measurement can be carried out using a low operating current, be carried out, for example, in the range of 1 mA art that the heating device is not only by the Measurement already changed so much that a too large contr level variation occurs. Is the cold resistance obtained in a resistance window by a nominal resistance plus / minus a certain tolerance is defined, so assumed that the heater is still functional capable of working, and that not on a reserve heater device must be switched. Is the measured resistance however outside the resistance window, so may assume that the deposits are already so large that there is a parallel resistance due to the deposits has formed, which leads to the total resistance of the Heater outside the resistance window, d. H. un ter the lower limit of the resistance window. In in this case, the system is switched to a reserve heater tet, and the Pirani pressure measuring arrangement according to the present Invention works properly again.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Betriebs- Heizeinrichtung und die Reserve-Heizeinrichtung meistens re lativ nahe aneinander angeordnet sind. Dies bedingt, daß selbstverständlich auch die Reserve-Heizeinrichtung den zu messenden Gasen ausgesetzt ist, die zu Ablagerungen führen können. Da jedoch die Reserve-Heizeinrichtung im Gegensatz zur Betriebs-Heizeinrichtung nicht erwärmt wird, besteht die Tendenz, daß sich auf derselben wesentlich langsamer, wenn überhaupt, Ablagerungen bilden. Damit kann durch Umschalten auf die Reserve-Heizeinrichtung die Standzeit ohne weiteres erhöht werden, wie es bereits detailliert ausgeführt worden ist.At this point it should be noted that the operating Heater and the reserve heater mostly right are arranged relatively close to each other. This means that of course, the reserve heater too is exposed to measuring gases that lead to deposits can. However, since the reserve heater is in contrast is not heated to the operating heater, there is Tendency to be much slower on the same if at all, form deposits. This can be done by switching the service life on the reserve heater without further ado be increased, as has already been detailed is.

Die Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Heizeinrichtung kann entweder zu Beginn eines Meßzyklus, d. h. beim Ein schalten, des Kombinationssensors bzw. der Einzel-Pirani- Druckmeßanordnung durchgeführt werden. Alternativ könnte die Überprüfung der Funktionsfähigkeit jedoch auch vor jedem Meßwert durchgeführt werden, wenn eine Impuls-Meßmethode eingesetzt wird, bei der die Heizeinrichtung nicht ständig auf ihre Betriebstemperatur aufgeheizt wird, sondern lediglich, bevor ein Meßwert abgenommen werden soll. Die Impuls-Meßmethode bietet sich an, da die Heizeinrichtung, wenn sie als Heizwendel oder als leitfähige Struktur auf einem Siliziumsubstrat ausgeführt ist, sehr schnell auf Betriebstemperatur erwärmt werden kann, und auch sehr schnell wieder abkühlt. Alternativ könnte die Funktionsfä higkeitsüberprüfung nur z. B. jeden 10-ten, 100-sten oder 1000-sten Meßwert durchgeführt werden.Checking the functionality of a heating device can either at the beginning of a measuring cycle, i.e. H. at the on switch, the combination sensor or the single Pirani Pressure measurement arrangement are carried out. Alternatively, the However, the functionality should also be checked before everyone Measured value to be performed when using a pulse measurement method is used in which the heating device is not constantly is heated to its operating temperature, but only before a measured value is to be taken. The Pulse measurement method lends itself because the heating device, when on as a heating coil or as a conductive structure a silicon substrate, very quickly Operating temperature can be heated, and also very cools down quickly. Alternatively, the functional fa ability check only z. B. every 10th, 100th or 1000th measured value can be carried out.

Die Steuereinrichtung, die die Funktionsüberprüfung der Heizeinrichtungen übernimmt, ist vorzugsweise als direkt an dem Kombinationssensor angeordnete Mikrosteuerung ausge führt. Diese Funktionalität könnte jedoch ebenfalls durch einen Meßrechner implementiert werden, der durch einen ge eigneten Kommunikationsbus mit dem Kombinationssensor bzw. mit der Pirani-Druckmeßanordnung gemäß der vorliegenden Er findung verbunden ist.The control device that checks the function of the Heaters takes over, is preferably considered direct the combination sensor arranged microcontroller out leads. However, this functionality could also be done by a measuring computer can be implemented by a ge suitable communication bus with the combination sensor or with the Pirani pressure measuring arrangement according to the present Er is connected.

Claims

1. Pirani pressure measuring arrangement with the following features:
a first heater ( 10 );
a second heater ( 20 );
holding means ( 11 , 12 , 21 , 22 , 50 ) for holding the first and second heaters ( 10 , 20 ) such that the first and second heaters are electrically isolated from each other; and
a carrier ( 40 ) for carrying the holding device ( 11 , 12 , 21 , 22 , 50 ) in such a way that the first and the second heating device ( 10 , 20 ) can be placed under a common pressure.

2. Pirani pressure measuring arrangement according to claim 1,
wherein the first and second heaters ( 10 , 20 ) are first and second wire coils, respectively;
wherein the holding device has a first pair of pins ( 11 , 12 ) for holding the first wire coil ( 10 ) and a second pair of pins ( 21 , 22 ) for holding the second wire coil ( 20 ); and
in which the carrier ( 40 ) is a plate in which the first and the second pair of pins ( 11 , 12 , 21 , 22 ) are set in such a way that the wire coil ( 10 , 20 ) substantially perpendicular to the pairs of pins and in we run substantially parallel to the plate ( 40 ).

3. Pirani pressure measuring arrangement according to claim 2, in which the pin pairs ( 11 , 12 , 21 , 22 ) are fastened by means of a glass press leadthrough ( 50 ) in the carrier ( 40 ) in order to fasten the pins in the plate ( 40 ) to achieve.

4. Pirani pressure measuring arrangement according to one of the preceding claims, further comprising at least a third heating device ( 30 ) which is carried by the holding device ( 31 , 32 ) such that it is supported by the first and the second heating device ( 10 , 20 ) is isolated.

5. Pirani pressure measuring arrangement according to claim 1,
wherein the first and second heaters ( 10 ', 20 ') are conductive structures on a silicon substrate ( 70 );
in which the holding device comprises the silicon substrate ( 70 ), which is attached to the carrier designed as a plate ( 40 ); and
in which a plurality of pins ( 11 , 12 , 21 , 22 ) is inserted in the carrier ( 40 ) in order to use bonding wires ( 71 ) between the pins ( 11 , 12 , 21 , 22 ) and the conductive structures ( 10 ' , 20 ') to electrically contact the conductive structures ( 10 ', 20 ').

6. Pirani pressure measuring arrangement according to one of the preceding claims, further comprising a control device which is arranged to supply the first heating device ( 10 ; 10 ') with current, and the second ( 20 ; 20 ') and any further heating devices ( 30 ) not to be supplied with power when a first predetermined condition is met, and which is further arranged to supply the second heating device ( 20 ; 20 ') with power and the first heating device ( 10 ; 10 ') not with To supply power when a second predetermined Be condition is met, which differs from the first predetermined condition.

7. Pirani pressure measuring arrangement according to claim 6,
in which the first predetermined condition is defined such that a cold resistance of the first heating device ( 10 ; 10 ') is in a predetermined resistance window, and
in which the second predetermined condition is defined such that a cold resistance of the first heating device ( 10 ; 10 ') lies outside the predetermined resistance window.

8. Pirani pressure measuring arrangement according to claim 6 or 7, at which the control device is further arranged to predetermined times to check whether the first or the second predetermined condition is met.

9. Pirani pressure measuring arrangement according to claim 8, which is angeord net to carry out pressure measurements in pulses by the corresponding heating device ( 10 , 20 ; 10 ', 20 ') is only supplied with a sufficient period of time at the time of the measurement, so that a pressure measurement Solution is possible, wherein the control device is arranged to check for a predetermined number of pressure measurements before each pressure measurement whether the first or the second predetermined condition is present.

10. Combination sensor with the following features:
a Pirani pressure measuring arrangement, which has the following features:
a first heater ( 10 );
a second heater ( 20 );
holding means ( 11 , 12 , 21 , 22 , 50 ) for holding the first and second heaters ( 10 , 20 ) such that the first and second heaters are electrically isolated from each other; and
a support ( 40 ) for carrying the holding device ( 11 , 12 , 21 , 22 , 50 ) such that the first and second heating devices ( 10 , 20 ) can be exposed to a common pressure; and
a further pressure sensor ( 100 , 120 ) which can be exposed to the same pressure as the first and second heating devices ( 10 , 20 ).

11. Combination sensor according to claim 10, wherein the white pressure sensor ( 100 , 120 ) is also attached to the carrier ( 40 ).

12. Combination sensor according to claim 10 or 11, wherein the further sensor is a piezoresistive pressure sensor ( 100 ).

13. Combination sensor according to claim 11 or 12, further comprising an ionization manometer ( 120 ), which is also attached to the carrier ( 40 ), with partition walls ( 81 , 82 ) being arranged between the sensors.

14. Combination sensor according to claim 13, wherein the Pira ni pressure measuring arrangement, the further pressure sensor and that Ionization pressure gauges on a common carrier flange are attached.