DE4445534C1

DE4445534C1 - Obtaining calibration value for piezoelectric vacuum pressure meter

Info

Publication number: DE4445534C1
Application number: DE19944445534
Authority: DE
Inventors: Heinz-Dieter Buerger
Original assignee: Saskia Hochvakuum und Labortechnik GmbH
Current assignee: Gardner Denver Thomas GmbH
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2014-12-21

Abstract

The vacuum pressure acting on the piezoelectric vacuum pressure meter (1) is simultaneously measured by a Pirani gauge (2) with a known cut-off pressure, below which it cannot provide an indication. The pressure is set to a value at which the Pirani gauge ceases to be able to provide an indication. At this point the measurement provided by the piezoelectric vacuum gauge can be set to the known cut-off pressure of the Pirani gauge. Both gauges are connected to a vol. (3) with a pump (4) for generating a variable vacuum. The Pirani gauge is connected to a threshold device (6) set to its noise level. A microprocessor (5) receives the threshold device's output signal and is programmed to set the piezoelectric gauge's output signal to the stored cut-off value when the threshold device responds.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gewinnen eines Kalibrierwerts für einen piezoelektrischen Vakuum-Druckmesser sowie auf eine Vorrichtung zur Durchfüh rung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for Obtaining a calibration value for a piezoelectric Vacuum pressure meter and a device for performing tion of this procedure.

Mit der zunehmenden Verkleinerung vakuumtechnischer Sonden haben piezoelektrische Druckmesser große Bedeutung erlangt, denn sie bestehen nur aus einem piezoelektrischen Mikroplättchen, das auf einem Träger aufgeklebt ist. Die Meßkennlinie eines solchen Vakuum-Druckmessers wird stark von Herstellungsparametern wie z. B. der Dicke der Klebe schicht, aber auch von Alterungsprozessen des Druckmessers beeinflußt, so daß eine individuelle Kalibrierung jedes pie zoelektrischen Druckmessers nach der Montage und vor der Inbetriebnahme, aber auch regelmäßig während des Betriebs erforderlich ist. Diese Kalibrierung kann beispielsweise mittels einer Membran erfolgen, deren eine Seite dem zu mes senden Druck und deren andere Seite einem Standarddruck aus gesetzt ist und deren Durchbiegung mit Hilfe eines Laser strahls gemessen wird. Es wäre auch möglich, die Membran durch eine Quecksilbersäule zu ersetzen und die Höhe der Säule optisch abzutasten. Hier handelt es sich also um eine Vergleichsmessung zweier unabhängiger Vakuum-Druckmesser, wobei natürlich wichtig ist, daß beide Meßprinzipien im sel ben Druckmeßbereich brauchbare Ergebnisse liefern.With the increasing reduction of vacuum technology Piezoelectric pressure gauges are very important obtained because they consist only of a piezoelectric Microplate that is glued to a carrier. The The characteristic curve of such a vacuum pressure gauge becomes strong of manufacturing parameters such. B. the thickness of the adhesive layer, but also of aging processes of the pressure gauge influenced, so that an individual calibration of each pie zoelectric pressure meter after assembly and before Commissioning, but also regularly during operation is required. This calibration can, for example by means of a membrane, one side of which to mes send print and its other side a standard print is set and their deflection using a laser beam is measured. It would also be possible to use the membrane to be replaced by a column of mercury and the height of the Optically scan the column. So this is one Comparison measurement of two independent vacuum pressure gauges, it is of course important that both measuring principles in the sel ben pressure measurement range deliver useful results.

Aus der Zeitschrift "Physikalische Blätter", Bd. 33, Heft 8, 1977, Seiten 343 bis 355 sind Kalibrierverfahren für Vakuummeter bekannt, die u. a. auch Pirani-Vakuummesser als Vergleichsinstrumente erwähnen.From the journal "Physikalische Blätter", Vol. 33, Booklet 8, 1977, pages 343 to 355 are calibration methods for Vacuum meter known u. a. also Pirani vacuum knife as Mention comparative instruments.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die nicht auf einem nur für die Zwecke der Kalibrierung erforderlichen vollständigen zweiten Meßsystem beruhen und damit einfacher und preiswerter sind.The object of the invention is a method and Specify device of the type mentioned, which is not on one only required for calibration purposes complete second measurement system and therefore easier and are cheaper.

Dieses Ziel wird durch das im Anspruch 1 definierte Verfahren bzw. die im Anspruch 2 definierte Vorrichtung ge löst.This goal is defined by what is defined in claim 1 Method or the device defined in claim 2 ge solves.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Aus führungsbeispiels mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.The invention is now based on a preferred example with the help of the accompanying drawings explained in more detail.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemä ßen Vorrichtung. Fig. 1 shows a block diagram of the inventive device.

Fig. 2 zeigt die Kennlinie eines im Rahmen der Er findung verwendeten Pirani-Druckmessers. Fig. 2 shows the characteristic of a Pirani pressure meter used in the invention.

Fig. 3 zeigt ein Zeitdiagramm für den Druckverlauf während eines Kalibrierens. Fig. 3 shows a timing diagram for the pressure variation during a calibration.

Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß ein Pirani-Druckmesser eine Kennlinie besitzt, die einen relativ stabilen Cut-Off-Punkt besitzt, d. h. einen Druck wert, bei dessen Unterschreitung sich das Meßsignal nicht mehr ändert. In diesem Bereich besteht das Meßsignal also nur noch aus dem Eigenrauschen der Meßkette. Außerdem wird die Tatsache ausgenutzt, daß dieser Cut-Off-Punkt im Nutz meßintervall des piezoelektrischen Druckmessers liegt. Wäh rend also gemäß dem Stand der Technik eine Kalibrierung durch Vergleich mit einem anderen Meßsystem erfolgt, das im selben Nutzmeßbereich wie der zu kalibrierende Druckmesser arbeitet, wird erfindungsgemäß nur der Cut-Off-Punkt der Meßkennlinie des Pirani-Druckmessers zur Kalibrierung her angezogen. Dieser Cut-Off-Punkt unterliegt, anders als der Gesamtverlauf der Kennlinie, kaum Veränderungen aufgrund äußerer Umstände wie der Temperatur oder aufgrund von Alte rungsprozessen. Andererseits braucht der Druckmeßbereich des Pirani-Druckmessers nicht mit dem des piezoelektrischen Druckmessers übereinzustimmen, solange nur der Cut-Off-Punkt des Pirani-Druckmessers im Meßbereich des piezoelektrischen Druckmessers liegt.The invention takes advantage of the fact that a Pirani pressure gauge has a characteristic curve that has relatively stable cut-off point, d. H. a print value below which the measurement signal is not more changes. The measurement signal therefore exists in this area only from the inherent noise of the electrode. Besides, will exploited the fact that this cut-off point in use measurement interval of the piezoelectric pressure gauge. Wuh rend a calibration according to the prior art by comparison with another measuring system, which is in same measuring range as the pressure gauge to be calibrated works, only the cut-off point of the invention Characteristic curve of the Pirani pressure gauge for calibration attracted. This cut-off point is subject to, unlike that Overall curve, hardly any changes due to external circumstances such as temperature or due to old processes. On the other hand, the pressure measuring range of the Pirani pressure gauge not with that of the piezoelectric Pressure gauge as long as only the cut-off point of the Pirani pressure gauge in the measuring range of the piezoelectric Pressure gauge.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Form eines Blockdiagramms in Fig. 1 schematisch dargestellt. Der zu kalibrierende piezoelektrische Druckmesser 1 ist ebenso wie der zur Kalibrierung verwendete Pirani-Druckmesser 2 an ein Volumen 3 angeschlossen, in dem mit Hilfe einer Pumpe 4 ein einstellbares Vakuum erzeugt werden kann. Die Pumpe 4 wird von einem Mikroprozessor 5 während des Kalibrierprogramms so gesteuert, daß ein Druckverlauf entsteht, wie er beispiels weise in Fig. 3 angedeutet ist. Dieses Programm ist hier eine zeitlich abfallende Kurve, z. B. eine Gerade; es könnte sich aber auch um eine zeitlich ansteigende Kurve oder Gera de handeln oder auch um einen Sägezahnverlauf. Wichtig ist nur, daß dabei mindestens einmal der Druckwert durchlaufen wird, bei dem der Pirani-Druckmesser 2 seinen Cut-Off-Wert hat. Eine beispielhafte Kennlinie eines solchen Pirani- Druckmessers ist in Fig. 2 dargestellt, wobei auf der Ab szisse Druckwerte und auf der Ordinate das entsprechende elektrische Meßsignal des Druckmessers aufgetragen ist, das beispielsweise der Querstrom einer Brücke ist, in der das Pirani-Element einen Zweig bildet.The device according to the invention is shown schematically in the form of a block diagram in FIG. 1. The piezoelectric pressure meter 1 to be calibrated, like the Pirani pressure meter 2 used for the calibration, is connected to a volume 3 in which an adjustable vacuum can be generated with the aid of a pump 4 . The pump 4 is controlled by a microprocessor 5 during the calibration program so that a pressure curve arises, as is indicated in FIG. 3, for example. This program is a time-decreasing curve, e.g. B. a straight line; however, it could also be a curve or straight line increasing in time, or a sawtooth curve. It is only important that the pressure value at which the Pirani pressure gauge 2 has its cut-off value is run through at least once. An exemplary characteristic curve of such a Pirani pressure meter is shown in FIG. 2, with the corresponding electrical measurement signal of the pressure meter being plotted on the abscissa pressure values and on the ordinate, which is, for example, the cross current of a bridge in which the Pirani element is a branch forms.

Der Cut-Off-Punkt wurde hier mit 0,91 mbar angenommen, aber Pirani-Druckmesser mit anderen Cut-Off-Punkten sind natürlich ebenfalls verwendbar (siehe z. B. DE-A 43 24 119).The cut-off point was here assumed with 0.91 mbar, but with Pirani pressure gauge other cut-off points can of course also be used (see e.g. DE-A 43 24 119).

Das Ausgangssignal des Pirani-Druckmessers gelangt an ein Schwellenglied 6, dessen Schwelle knapp oberhalb des Rauschpegels der aus dem Pirani-Druckmesser kommenden Meßsi gnale liegt, und das ein binäres Ausgangssignal an den Mi kroprozessor 5 liefert, wenn die Schwelle über- bzw. unter schritten wird.The output signal of the Pirani pressure meter reaches a threshold element 6 , the threshold of which is just above the noise level of the measuring signals coming from the Pirani pressure meter, and which supplies a binary output signal to the microprocessor 5 when the threshold exceeds or falls below becomes.

Der Mikroprozessor empfängt außerdem das Meßsignal des piezoelektrischen Druckmessers 1 nach einer Analog-Digi tal-Umwandlung in einem Wandler. Der Mikroprozessor ent hält außer den Mitteln zur Steuerung der Pumpe 4 und der Information über den Cut-Off-Punkt des verwendeten Pirani- Druckmessers 2 mehrere Tabellen zur Interpretation des Meß signals des piezoelektrischen Druckmessers. Der Kalibrier vorgang besteht in der Selektion einer dieser Tabellen, für die der Meßwert des piezoelektrischen Druckmessers 1 in dem jenigen Augenblick dem bekannten Druckwert des Cut-Off- Punkts des Pirani-Druckmessers entspricht, in dem das Schwellenglied 6 ein Schaltsignal liefert. Mit dieser Aus wahl der richtigen Tabelle ist der Kalibriervorgang abge schlossen. Im nachfolgenden normalen Meßbetrieb wird diese ausgewählte Tabelle zur Interpretation der jeweiligen Meßsi gnale des piezoelektrischen Druckmessers verwendet und der entsprechende Tabellenwert in einem Anzeigeorgan 8 zur An zeige gebracht.The microprocessor also receives the measurement signal of the piezoelectric pressure meter 1 after an analog-Digi tal conversion in a converter. In addition to the means for controlling the pump 4 and the information about the cut-off point of the Pirani pressure meter 2 used, the microprocessor contains several tables for interpreting the measurement signal of the piezoelectric pressure meter. The calibration process consists in the selection of one of these tables, for which the measured value of the piezoelectric pressure gauge 1 at that moment corresponds to the known pressure value of the cut-off point of the Pirani pressure gauge, in which the threshold element 6 delivers a switching signal. With this selection of the correct table, the calibration process is completed. In the subsequent normal measuring operation, this selected table is used to interpret the respective measuring signals of the piezoelectric pressure gauge and the corresponding table value is brought to display in a display element 8 .

Im Rahmen der Erfindung kann der Druck in dem Volumen 3 auch moduliert werden, um besser den Cut-Off-Punkt bestim men zu können. In diesem Fall zeigt das Ausgangssignal des Pirani-Druckmessers eine entsprechende Modulation, solange der Druck größer als der Wert am Cut-Off-Punkt ist, während diese Modulation im entgegengesetzten Fall fehlt. Das Schwellenglied 6 ist in diesem Fall durch einen Signalanaly sator ersetzt, der im einfachsten Fall ein auf die Modula tionsfrequenz abgestimmtes Filter und ein nachgeschalteter Detektor ist. Durch diese Maßnahme läßt sich der Cut-Off- Punkt auch bei Vorliegen eines relativ hohen Rauschpegels einwandfrei erkennen.In the context of the invention, the pressure in the volume 3 can also be modulated in order to better determine the cut-off point. In this case, the output signal from the Pirani pressure gauge shows a corresponding modulation as long as the pressure is greater than the value at the cut-off point, while this modulation is missing in the opposite case. The threshold element 6 is replaced in this case by a signal analyzer, which in the simplest case is a filter tuned to the modulation frequency and a downstream detector. With this measure, the cut-off point can be recognized perfectly even when a relatively high noise level is present.

Es ist offenbar, daß der Kalibriervorgang keine In tervention eines Benutzers erfordert. Daher kann die Kali brierung jederzeit wiederholt werden, wenn nur dafür gesorgt wird, daß der Druck im Volumen 3 kurzzeitig durch den Be reich verläuft, in dem der Cut-Off-Punkt des Pirani-Druck messers vermutet wird.It is apparent that the calibration process does not require any user intervention. Therefore, the calibration can be repeated at any time if only care is taken to ensure that the pressure in volume 3 runs briefly through the area in which the cut-off point of the Pirani pressure gauge is suspected.

Bei dem Volumen 3 handelt es sich in der Praxis meist um das Gefäß, dessen Druck mit dem piezoelektrischen Druck messer 1 im Betrieb überwacht werden soll.The volume 3 is in practice mostly the vessel, the pressure of which is to be monitored with the piezoelectric pressure gauge 1 during operation.

Im Rahmen der Erfindung kann die Pumpe 4 auch durch ein Ventil ersetzt werden, wenn auf andere Weise für die Druckhaltung im Volumen 3 gesorgt wird. Das Ventil wird dann zu Kalibrierzwecken kurzzeitig geöffnet, so daß der Druck im Volumen 3 über den Cut-Off-Punkt des Pirani-Druckmessers ansteigt. Auch die oben erwähnte Modulation des Drucks im Volumen kann durch eine zyklische Steuerung eines Ventils erreicht werden.In the context of the invention, the pump 4 can also be replaced by a valve if the pressure in the volume 3 is ensured in another way. The valve is then opened briefly for calibration purposes, so that the pressure in volume 3 rises above the cut-off point of the Pirani pressure gauge. The above-mentioned modulation of the pressure in the volume can also be achieved by cyclically controlling a valve.

Claims

1. A method of obtaining a calibration value for a piezoelectric vacuum gauge, in which

- The pressure acting on the piezoelectric vacuum pressure gauge is measured at the same time with a Pirani pressure gauge, whose initial pressure (cut-off), below which no display can be determined, is known and
- The pressure is set to a value at which no more display can be determined in the Pirani pressure meter, so that
- The measured value obtained in the piezoelectric vacuum pressure meter at this pressure can be calibrated to the known initial value of the Pirani pressure meter.

2. Device for obtaining a calibration value for a piezoelectric vacuum pressure meter, in which

Means ( 4 ) are provided for generating a variable vacuum in a volume ( 3 ),
- The piezoelectric vacuum pressure gauge ( 1 ) to be calibrated and a Pirani pressure gauge ( 2 ) are closed to the volume ( 3 ),
a threshold element ( 6 ) is connected to the output of the Pirani pressure meter ( 2 ), the threshold of which can be adjusted to the noise level of the Pirani pressure meter,
- a microprocessor (5) the output of the thresholds member receives (6) and programmed so that it in the response of the threshold member, the signal of the piezoelectric rule vacuum pressure gauge (1) on the memory of the micro processor (5) stored known initial pressure of the Pi rani pressure gauge ( 2 ) calibrated.

3. Device according to claim 2, characterized in that the means for generating a variable vacuum consist of a pump ( 4 ) controllable by the microprocessor ( 5 ).

4. The device according to claim 2, characterized in that the means for creating a variable vacuum from one valve that can be controlled by the microprocessor.