JP2002071500A - 水晶振動子を用いた圧力測定方法および装置。 - Google Patents
水晶振動子を用いた圧力測定方法および装置。Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、水晶振動子交換や洗浄などを不要
とし、常に正確な圧力測定を行うことのできる水晶振動
子を用いた圧力測定方法および装置を提供することを目
的とする。 【解決手段】 水晶振動子の固有共振インピーダンスＺ
０と、圧力測定空間に配置された水晶振動子の共振イン
ピーダンスＺｐとの差ΔＺ（＝Ｚｐ−Ｚ０）から気体の
圧力を測定する方法及び装置において、圧力の測定前
に、実測する圧力よりも低い減圧雰囲気内で水晶振動子
に温度変化を生じさせながら該水晶振動子の共振周波数
ｆと共振インピーダンスＺの相関関係を温度校正データ
として取得し、圧力を測定する際に、測定される共振周
波数ｆを前記温度校正データと照合して該共振周波数ｆ
に対応する共振インピーダンスＺを固有共振インピーダ
ンスＺ ０とすることを特徴とする。
とし、常に正確な圧力測定を行うことのできる水晶振動
子を用いた圧力測定方法および装置を提供することを目
的とする。 【解決手段】 水晶振動子の固有共振インピーダンスＺ
０と、圧力測定空間に配置された水晶振動子の共振イン
ピーダンスＺｐとの差ΔＺ（＝Ｚｐ−Ｚ０）から気体の
圧力を測定する方法及び装置において、圧力の測定前
に、実測する圧力よりも低い減圧雰囲気内で水晶振動子
に温度変化を生じさせながら該水晶振動子の共振周波数
ｆと共振インピーダンスＺの相関関係を温度校正データ
として取得し、圧力を測定する際に、測定される共振周
波数ｆを前記温度校正データと照合して該共振周波数ｆ
に対応する共振インピーダンスＺを固有共振インピーダ
ンスＺ ０とすることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力測定方法及び
装置に係り、水晶振動子の共振インピーダンスが圧力に
より変化することを利用して気体の圧力を測定する方法
及び装置に関する。
装置に係り、水晶振動子の共振インピーダンスが圧力に
より変化することを利用して気体の圧力を測定する方法
及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧力測定空間に配置された水晶振動子の
共振インピーダンスＺｐは、水晶振動子自体による固有
共振インピーダンス成分Ｚ０と圧力測定空間に存在する
気体から受ける摩擦抗力による共振インピーダンス成分
との和で表される。圧力が変化しても固有共振インピー
ダンスＺ０は変化しないが、摩擦抗力による共振インピ
ーダンスは、圧力測定空間中の気体の密度、すなわち圧
力に応じて変化する。この現象を利用して、摩擦抗力に
よる共振インピーダンスΔＺ（＝Ｚｐ−Ｚ０）から、該
空間の圧力を求めることができる。なお、水晶振動子の
固有共振インピーダンスＺ０は、気体の圧力により受け
る摩擦抗力成分が実質的に無視できる低圧時に測定さ
れ、通常高真空で測定された値が用いられる。
共振インピーダンスＺｐは、水晶振動子自体による固有
共振インピーダンス成分Ｚ０と圧力測定空間に存在する
気体から受ける摩擦抗力による共振インピーダンス成分
との和で表される。圧力が変化しても固有共振インピー
ダンスＺ０は変化しないが、摩擦抗力による共振インピ
ーダンスは、圧力測定空間中の気体の密度、すなわち圧
力に応じて変化する。この現象を利用して、摩擦抗力に
よる共振インピーダンスΔＺ（＝Ｚｐ−Ｚ０）から、該
空間の圧力を求めることができる。なお、水晶振動子の
固有共振インピーダンスＺ０は、気体の圧力により受け
る摩擦抗力成分が実質的に無視できる低圧時に測定さ
れ、通常高真空で測定された値が用いられる。
【０００３】一方、水晶振動子の共振インピーダンスＺ
は、温度Ｔとともに変化するため、圧力測定時の水晶振
動子温度が、固有共振インピーダンス測定時の温度と異
なると、測定精度が低下することになる。特に、摩擦抗
力による共振インピーダンスΔＺが小さくなる低い圧力
側ほど測定誤差が大きくなり、そのため、１Ｐａ以下の
圧力では正確な圧力測定が困難であった。この問題を解
決する方法として、例えば、特公平７−９７０６０号公
報に開示されているように、水晶振動子の共振周波数ｆ
から水晶振動子の温度Ｔを求め、その温度Ｔにおける補
正値Ｚｔを、基準温度の固有共振インピーダンスＺ０に
加算して用いる温度補正方法がある。この温度補正され
た固有共振インピーダンス（Ｚ０＋Ｚｔ）と温度Ｔとの
関係は、水晶式圧力測定装置の生産時に求められ、演算
回路に記憶されている。したがって、圧力測定時の共振
周波数から得られる水晶振動子の温度Ｔから対応する固
有共振インピーダンス（Ｚ０+Ｚｔ）を用いて、圧力測
定空間の共振インピーダンスＺｐとの差ΔＺ（Ｚｐ−
（Ｚ０＋Ｚｔ））を求めることにより、温度変動に起因
する誤差をなくして正確に圧力を測定することができ
る。これにより、１０−２Ｐａ台の圧力測定が可能とな
った。
は、温度Ｔとともに変化するため、圧力測定時の水晶振
動子温度が、固有共振インピーダンス測定時の温度と異
なると、測定精度が低下することになる。特に、摩擦抗
力による共振インピーダンスΔＺが小さくなる低い圧力
側ほど測定誤差が大きくなり、そのため、１Ｐａ以下の
圧力では正確な圧力測定が困難であった。この問題を解
決する方法として、例えば、特公平７−９７０６０号公
報に開示されているように、水晶振動子の共振周波数ｆ
から水晶振動子の温度Ｔを求め、その温度Ｔにおける補
正値Ｚｔを、基準温度の固有共振インピーダンスＺ０に
加算して用いる温度補正方法がある。この温度補正され
た固有共振インピーダンス（Ｚ０＋Ｚｔ）と温度Ｔとの
関係は、水晶式圧力測定装置の生産時に求められ、演算
回路に記憶されている。したがって、圧力測定時の共振
周波数から得られる水晶振動子の温度Ｔから対応する固
有共振インピーダンス（Ｚ０+Ｚｔ）を用いて、圧力測
定空間の共振インピーダンスＺｐとの差ΔＺ（Ｚｐ−
（Ｚ０＋Ｚｔ））を求めることにより、温度変動に起因
する誤差をなくして正確に圧力を測定することができ
る。これにより、１０−２Ｐａ台の圧力測定が可能とな
った。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
圧力測定方法やその装置では、圧力測定時の温度と固有
共振インピーダンス測定時の温度との違いに起因する測
定誤差は解消できたものの、長期間にわたり使用を続け
ると圧力の測定誤差が徐々に大きくなって、正確な圧力
測定ができなくなるという別の問題があることが明かと
なった。すなわち、上述のような水晶式圧力測定装置の
生産時に求められた水晶振動子の温度Ｔに依存する共振
周波数ｆとそれに相当する（Ｚ０＋Ｚｔ）の相関関係を
演算回路に記憶させる方法では、圧力測定空間に存在す
るガス種もしくは該圧力測定装置の累積使用時間などに
よって測定誤差が大きくなるため、正確な圧力測定を行
うには、定期的に水晶振動子を交換する必要があった。
この測定誤差の増加は、薄膜堆積用ガスやエッチング用
ガスを用いた場合に顕著になり、圧力測定装置の累積使
用時間とともに、使用ガス種などによる水晶振動子のエ
ッチングやゴミ、油またはその他の堆積物などの付着等
が起こる結果、水晶振動子の共振周波数や固有共振イン
ピーダンス等の特性が変化してしまうことが原因である
と考えられる。
圧力測定方法やその装置では、圧力測定時の温度と固有
共振インピーダンス測定時の温度との違いに起因する測
定誤差は解消できたものの、長期間にわたり使用を続け
ると圧力の測定誤差が徐々に大きくなって、正確な圧力
測定ができなくなるという別の問題があることが明かと
なった。すなわち、上述のような水晶式圧力測定装置の
生産時に求められた水晶振動子の温度Ｔに依存する共振
周波数ｆとそれに相当する（Ｚ０＋Ｚｔ）の相関関係を
演算回路に記憶させる方法では、圧力測定空間に存在す
るガス種もしくは該圧力測定装置の累積使用時間などに
よって測定誤差が大きくなるため、正確な圧力測定を行
うには、定期的に水晶振動子を交換する必要があった。
この測定誤差の増加は、薄膜堆積用ガスやエッチング用
ガスを用いた場合に顕著になり、圧力測定装置の累積使
用時間とともに、使用ガス種などによる水晶振動子のエ
ッチングやゴミ、油またはその他の堆積物などの付着等
が起こる結果、水晶振動子の共振周波数や固有共振イン
ピーダンス等の特性が変化してしまうことが原因である
と考えられる。
【０００５】本発明は、上述の問題に鑑み、水晶振動子
がガスによりエッチングされたり、堆積物などが付着し
た場合であっても、水晶振動子もしくは測定ヘッドの交
換や洗浄などを不要とし、正確な圧力測定を行うことの
できる水晶振動子を用いた圧力測定方法および装置を提
供することを目的とする。
がガスによりエッチングされたり、堆積物などが付着し
た場合であっても、水晶振動子もしくは測定ヘッドの交
換や洗浄などを不要とし、正確な圧力測定を行うことの
できる水晶振動子を用いた圧力測定方法および装置を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明は、水晶振動子の共振周波数ｆから求めた水
晶振動子の実質的な温度Ｔに対応する水晶振動子の固有
共振インピーダンスＺ ０と、圧力測定空間に配置された
水晶振動子の共振インピーダンスＺｐとの差ΔＺ（＝Ｚ
ｐ−Ｚ０）から気体の圧力を測定する方法において、圧
力の測定前に、実測する圧力よりも低い減圧雰囲気内で
水晶振動子に温度変化を生じさせながら該水晶振動子の
共振周波数ｆと共振インピーダンスＺの相関関係を温度
校正データとして取得し、圧力を測定する際に、測定さ
れる共振周波数ｆを前記温度校正データと照合して該共
振周波数ｆに対応する共振インピーダンスＺを固有共振
インピーダンスＺ０とすることを特徴とする。
め、本発明は、水晶振動子の共振周波数ｆから求めた水
晶振動子の実質的な温度Ｔに対応する水晶振動子の固有
共振インピーダンスＺ ０と、圧力測定空間に配置された
水晶振動子の共振インピーダンスＺｐとの差ΔＺ（＝Ｚ
ｐ−Ｚ０）から気体の圧力を測定する方法において、圧
力の測定前に、実測する圧力よりも低い減圧雰囲気内で
水晶振動子に温度変化を生じさせながら該水晶振動子の
共振周波数ｆと共振インピーダンスＺの相関関係を温度
校正データとして取得し、圧力を測定する際に、測定さ
れる共振周波数ｆを前記温度校正データと照合して該共
振周波数ｆに対応する共振インピーダンスＺを固有共振
インピーダンスＺ０とすることを特徴とする。
【０００７】すなわち、圧力の測定前であって、特に堆
積物などが付着した場合に、水晶振動子が気体圧力より
うける摩擦抗力が実質的に無視できる減圧雰囲気で、水
晶振動子に温度変化を生じさせ、この水晶振動子の共振
周波数ｆと共振インピーダンスＺの相関関係を温度校正
データとして取得する。その後、圧力測定の際に、水晶
振動子を共振電流により振動させながら、共振インピー
ダンスＺｐと共振周波数ｆを測定し、この共振周波数ｆ
に相当する共振インピーダンスＺを温度校正データより
求め、この求めた共振インピーダンスＺを固有共振イン
ピーダンスＺ０とする。そして、測定された共振インピ
ーダンスＺｐとこの求められた固有共振インピーダンス
Ｚ０との差ΔＺから圧力を算出する方法である。このよ
うな構成とすることにより、水晶振動子がエッチングさ
れ、又は膜やゴミ等が堆積してその特性が変化した場合
であっても、水晶振動子を交換することなく圧力測定を
正確に行うことが可能となり、どのようなガスを用いる
処理装置であっても、信頼性のある圧力測定装置として
使用することができる。
積物などが付着した場合に、水晶振動子が気体圧力より
うける摩擦抗力が実質的に無視できる減圧雰囲気で、水
晶振動子に温度変化を生じさせ、この水晶振動子の共振
周波数ｆと共振インピーダンスＺの相関関係を温度校正
データとして取得する。その後、圧力測定の際に、水晶
振動子を共振電流により振動させながら、共振インピー
ダンスＺｐと共振周波数ｆを測定し、この共振周波数ｆ
に相当する共振インピーダンスＺを温度校正データより
求め、この求めた共振インピーダンスＺを固有共振イン
ピーダンスＺ０とする。そして、測定された共振インピ
ーダンスＺｐとこの求められた固有共振インピーダンス
Ｚ０との差ΔＺから圧力を算出する方法である。このよ
うな構成とすることにより、水晶振動子がエッチングさ
れ、又は膜やゴミ等が堆積してその特性が変化した場合
であっても、水晶振動子を交換することなく圧力測定を
正確に行うことが可能となり、どのようなガスを用いる
処理装置であっても、信頼性のある圧力測定装置として
使用することができる。
【０００８】また、温度校正データを取得するために、
水晶振動子を温度変化させる必要があるが、この温度変
化に、輻射熱を用いるのが好ましい。このように、フィ
ラメントやランプの輻射熱を用いて水晶振動子を加熱す
ることにより、加熱時間が短縮でき、短時間で温度校正
データを取得することができる。また、高真空域の圧力
測定に用いる熱陰極電離真空計の熱フィラメントを兼用
することにより、別途加熱手段を設ける必要はなく、測
定系を簡略化することができる。なお、温度校正データ
の取得は、水晶振動子を加熱している温度上昇時か、一
旦加熱した後、周囲の空間からの伝達熱および水晶振動
子自体の熱放出による温度下降時に行われるが、温度上
昇時の方が作業効率の向上を図る上で好ましい。
水晶振動子を温度変化させる必要があるが、この温度変
化に、輻射熱を用いるのが好ましい。このように、フィ
ラメントやランプの輻射熱を用いて水晶振動子を加熱す
ることにより、加熱時間が短縮でき、短時間で温度校正
データを取得することができる。また、高真空域の圧力
測定に用いる熱陰極電離真空計の熱フィラメントを兼用
することにより、別途加熱手段を設ける必要はなく、測
定系を簡略化することができる。なお、温度校正データ
の取得は、水晶振動子を加熱している温度上昇時か、一
旦加熱した後、周囲の空間からの伝達熱および水晶振動
子自体の熱放出による温度下降時に行われるが、温度上
昇時の方が作業効率の向上を図る上で好ましい。
【０００９】温度校正データの取得は、水晶振動子が気
体圧力より受ける摩擦抗力の低い減圧雰囲気内であっ
て、水晶式の圧力測定装置の測定下限圧力以下で行うこ
とにより、高真空側の圧力測定を一層正確に行うことが
できる。この減圧雰囲気は、より低圧側の測定可能領域
が１０−２Ｐａ台程度であれば、この圧力より更に１桁
低い１０−３Ｐａ以下であることが好ましい。
体圧力より受ける摩擦抗力の低い減圧雰囲気内であっ
て、水晶式の圧力測定装置の測定下限圧力以下で行うこ
とにより、高真空側の圧力測定を一層正確に行うことが
できる。この減圧雰囲気は、より低圧側の測定可能領域
が１０−２Ｐａ台程度であれば、この圧力より更に１桁
低い１０−３Ｐａ以下であることが好ましい。
【００１０】上述の方法を行う本発明の圧力測定装置
は、水晶振動子の共振周波数ｆから水晶振動子の実質的
な温度Ｔに応じた水晶振動子の固有共振インピーダンス
Ｚ０と、圧力測定空間に配置された水晶振動子の共振イ
ンピーダンスＺｐとの差ΔＺ（＝Ｚｐ−Ｚ０）から気体
の圧力を測定する装置において、前記水晶振動子の加熱
手段と、前記水晶振動子を発振電流で振動させる発振回
路と、前記水晶振動子の共振周波数ｆを測定する周波数
カウンタと、前記水晶振動子の共振インピーダンスＺを
測定する共振インピーダンス測定回路と、前記水晶振動
子の温度変化にともなう共振周波数ｆと共振インピーダ
ンスＺとの相関関係を温度校正データとして取得し記憶
する記憶演算回路と、前記水晶振動子の共振周波数ｆを
前記温度校正データと照合して水晶振動子の実質的な温
度Ｔに対応する固有共振インピーダンスＺ０を求める温
度補償回路と、該温度補償回路によって得られた水晶振
動子の固有共振インピーダンスＺ０と圧力測定空間にお
ける共振インピーダンスＺｐとの差ΔＺを圧力に変換す
る圧力変換回路と、を具備したことを特徴とする。
は、水晶振動子の共振周波数ｆから水晶振動子の実質的
な温度Ｔに応じた水晶振動子の固有共振インピーダンス
Ｚ０と、圧力測定空間に配置された水晶振動子の共振イ
ンピーダンスＺｐとの差ΔＺ（＝Ｚｐ−Ｚ０）から気体
の圧力を測定する装置において、前記水晶振動子の加熱
手段と、前記水晶振動子を発振電流で振動させる発振回
路と、前記水晶振動子の共振周波数ｆを測定する周波数
カウンタと、前記水晶振動子の共振インピーダンスＺを
測定する共振インピーダンス測定回路と、前記水晶振動
子の温度変化にともなう共振周波数ｆと共振インピーダ
ンスＺとの相関関係を温度校正データとして取得し記憶
する記憶演算回路と、前記水晶振動子の共振周波数ｆを
前記温度校正データと照合して水晶振動子の実質的な温
度Ｔに対応する固有共振インピーダンスＺ０を求める温
度補償回路と、該温度補償回路によって得られた水晶振
動子の固有共振インピーダンスＺ０と圧力測定空間にお
ける共振インピーダンスＺｐとの差ΔＺを圧力に変換す
る圧力変換回路と、を具備したことを特徴とする。
【００１１】また、前記水晶振動子の加熱手段は熱電子
を放出するフィラメントであり、該熱電子を加速するグ
リット電極と、該熱電子との衝突により発生する気体の
イオンを集めるコレクタとを配設し、前記コレクタに流
れる電流を計測して高真空域の圧力を測定する構成とし
たことを特徴とする、このように一つの加熱手段を温度
校正データ取得のための水晶振動子の加熱に用いるとと
もに、熱陰極電離真空計の熱電子発生源としても用いる
ことにより、低真空域から高真空域までの広い圧力範囲
において、正確な圧力測定が可能となる。さらに、圧力
測定装置全体として電源、制御系、処理系の数及び構成
を簡略化することができ、省スペース化、コスト低減を
図ることができる。
を放出するフィラメントであり、該熱電子を加速するグ
リット電極と、該熱電子との衝突により発生する気体の
イオンを集めるコレクタとを配設し、前記コレクタに流
れる電流を計測して高真空域の圧力を測定する構成とし
たことを特徴とする、このように一つの加熱手段を温度
校正データ取得のための水晶振動子の加熱に用いるとと
もに、熱陰極電離真空計の熱電子発生源としても用いる
ことにより、低真空域から高真空域までの広い圧力範囲
において、正確な圧力測定が可能となる。さらに、圧力
測定装置全体として電源、制御系、処理系の数及び構成
を簡略化することができ、省スペース化、コスト低減を
図ることができる。
【００１２】前記共振周波数カウンタ及び前記共振イン
ピーダンス測定回路の出力を、切替スイッチを介して、
前記温度補償回路と前記記憶演算回路とに接続し、温度
校正データの取得するモードと圧力測定モードとを前記
切替スイッチによって切り替える構成としたことを特徴
とする。このような構成とすることにより、温度校正デ
ータの取得モードと、圧力の測定モードとの切替操作が
簡易かつ確実に行うことができる。
ピーダンス測定回路の出力を、切替スイッチを介して、
前記温度補償回路と前記記憶演算回路とに接続し、温度
校正データの取得するモードと圧力測定モードとを前記
切替スイッチによって切り替える構成としたことを特徴
とする。このような構成とすることにより、温度校正デ
ータの取得モードと、圧力の測定モードとの切替操作が
簡易かつ確実に行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に、添付図を参照して本発明
の実施の形態について説明するが、構造および構成につ
いては本発明が理解できる程度に概略的に示したものに
過ぎず、また数値および各構成部の組成（材質）などに
ついては例示に過ぎない。したがって、本発明は以下の
実施の形態に限定されず、特許請求の範囲の記載に基づ
いて様々な形態に変更可能である。
の実施の形態について説明するが、構造および構成につ
いては本発明が理解できる程度に概略的に示したものに
過ぎず、また数値および各構成部の組成（材質）などに
ついては例示に過ぎない。したがって、本発明は以下の
実施の形態に限定されず、特許請求の範囲の記載に基づ
いて様々な形態に変更可能である。
【００１４】本発明の第１の実施形態を図１を参照して
説明する。図１は、真空容器１に取り付けられた水晶振
動子を用いた圧力測定装置の構成を示す概略図である。
この圧力測定装置は主に測定部、回路部などから構成さ
れている。測定部は、円筒状の金属製容器２からなり、
その一端には接続フランジが設けられ、また、他端は金
属製端子７ａ〜７ｄが埋め込まれた絶縁物６で閉塞され
ている。接続フランジをＯリングまたは金属製ガスケッ
トなどのシール材３を介在して真空容器１に接続するこ
とにより、測定部内部は真空気密が保てるようになって
いる。
説明する。図１は、真空容器１に取り付けられた水晶振
動子を用いた圧力測定装置の構成を示す概略図である。
この圧力測定装置は主に測定部、回路部などから構成さ
れている。測定部は、円筒状の金属製容器２からなり、
その一端には接続フランジが設けられ、また、他端は金
属製端子７ａ〜７ｄが埋め込まれた絶縁物６で閉塞され
ている。接続フランジをＯリングまたは金属製ガスケッ
トなどのシール材３を介在して真空容器１に接続するこ
とにより、測定部内部は真空気密が保てるようになって
いる。
【００１５】この測定部内部には音叉型の水晶振動子９
とタングステン（W）線からなる熱フィラメント１１が
配置され、水晶振動子９はリード線８を介して金属端子
７ａ、７ｂに接続され、さらに熱フィラメント１１は金
属端子７ｃ、７ｄに夫々電気的に接続されている。水晶
振動子９には、例えば、特公平７−９７０６０号公報に
記載されたもので、温度Ｔと共振周波数ｆとが比例関係
にある音叉型水晶振動子が好適に用いられる。また、真
空容器１内で例えばプラズマ処理などが行われる場合
に、プラズマのエネルギーが水晶振動子９に入射するの
を防止する等のため、水晶振動子９近傍に接地電位とし
た支持板４と振動子ケース１０を設けることが好まし
い。
とタングステン（W）線からなる熱フィラメント１１が
配置され、水晶振動子９はリード線８を介して金属端子
７ａ、７ｂに接続され、さらに熱フィラメント１１は金
属端子７ｃ、７ｄに夫々電気的に接続されている。水晶
振動子９には、例えば、特公平７−９７０６０号公報に
記載されたもので、温度Ｔと共振周波数ｆとが比例関係
にある音叉型水晶振動子が好適に用いられる。また、真
空容器１内で例えばプラズマ処理などが行われる場合
に、プラズマのエネルギーが水晶振動子９に入射するの
を防止する等のため、水晶振動子９近傍に接地電位とし
た支持板４と振動子ケース１０を設けることが好まし
い。
【００１６】回路部は、水晶振動子を発振電流で振動さ
せる発振回路２０、共振周波数ｆを測定する周波数カウ
ンタ２２、水晶振動子の共振インピーダンスＺを測定す
る共振インピーダンス測定回路２１、温度校正データ取
得モードと圧力測定モードとの切替えを行うモード切替
スイッチ２３、水晶振動子の温度変化に伴う共振周波数
と共振インピーダンスＺとの相関関係を温度校正データ
として取得し、記憶する記憶演算回路２５、圧力測定時
に測定される共振周波数を温度校正データと照合し圧力
測定時の温度における水晶振動子の固有共振インピーダ
ンスＺ０求める温度補償回路２４、圧力測定時の共振イ
ンピーダンスＺｐと固有共振インピーダンスＺ０とから
圧力を算出する圧力変換回路２６、算出された圧力値を
表示する圧力表示器２８、及び回路部全体の動作を制御
する制御器２７、から構成される。なお、制御器２７に
は、主電源３０をＯＮすると各回路および圧力表示器２
８を作動させるプログラムと、モード切替電源２９のＯ
Ｎ／ＯＦＦによりモード切替スイッチ２３を作動させる
プログラムと、圧力変換回路からの測定信号を表示器２
８に伝送するプログラムが予め記憶されている。
せる発振回路２０、共振周波数ｆを測定する周波数カウ
ンタ２２、水晶振動子の共振インピーダンスＺを測定す
る共振インピーダンス測定回路２１、温度校正データ取
得モードと圧力測定モードとの切替えを行うモード切替
スイッチ２３、水晶振動子の温度変化に伴う共振周波数
と共振インピーダンスＺとの相関関係を温度校正データ
として取得し、記憶する記憶演算回路２５、圧力測定時
に測定される共振周波数を温度校正データと照合し圧力
測定時の温度における水晶振動子の固有共振インピーダ
ンスＺ０求める温度補償回路２４、圧力測定時の共振イ
ンピーダンスＺｐと固有共振インピーダンスＺ０とから
圧力を算出する圧力変換回路２６、算出された圧力値を
表示する圧力表示器２８、及び回路部全体の動作を制御
する制御器２７、から構成される。なお、制御器２７に
は、主電源３０をＯＮすると各回路および圧力表示器２
８を作動させるプログラムと、モード切替電源２９のＯ
Ｎ／ＯＦＦによりモード切替スイッチ２３を作動させる
プログラムと、圧力変換回路からの測定信号を表示器２
８に伝送するプログラムが予め記憶されている。
【００１７】温度校正データの取得は、真空容器１内で
の処理を終了した状態であって、真空容器１内の領域と
連通する測定部内部の領域が例えば１０−３Ｐａ以下の
減圧雰囲気となった状態で行う。圧力測定装置の主電源
３０をＯＮした状態でモード切替電源２９をＯＮにする
と、制御器２７からモード切替スイッチ２３に信号が送
られ、周波数カウンタ２２と共振インピーダンス測定回
路２１とが記憶演算回路２５に電気的に接続され、さら
に熱フィラメント１１が点灯する。水晶振動子９は発振
回路２０からの発振電流により振動されながら、内部抵
抗発熱で発熱した熱フィラメント１１からの輻射熱によ
り加熱され、徐々に温度は上昇する。水晶振動子の温度
が上昇する過程において、共振周波数ｆと共振インピー
ダンスＺは、夫々周波数カウンタ２２と共振インピーダ
ンス測定回路２１によって測定され、水晶振動子９の共
振周波数ｆと共振インピーダンスＺの相関関係は温度校
正データとして取得され、そのデータは記憶演算回路２
５に記憶される。
の処理を終了した状態であって、真空容器１内の領域と
連通する測定部内部の領域が例えば１０−３Ｐａ以下の
減圧雰囲気となった状態で行う。圧力測定装置の主電源
３０をＯＮした状態でモード切替電源２９をＯＮにする
と、制御器２７からモード切替スイッチ２３に信号が送
られ、周波数カウンタ２２と共振インピーダンス測定回
路２１とが記憶演算回路２５に電気的に接続され、さら
に熱フィラメント１１が点灯する。水晶振動子９は発振
回路２０からの発振電流により振動されながら、内部抵
抗発熱で発熱した熱フィラメント１１からの輻射熱によ
り加熱され、徐々に温度は上昇する。水晶振動子の温度
が上昇する過程において、共振周波数ｆと共振インピー
ダンスＺは、夫々周波数カウンタ２２と共振インピーダ
ンス測定回路２１によって測定され、水晶振動子９の共
振周波数ｆと共振インピーダンスＺの相関関係は温度校
正データとして取得され、そのデータは記憶演算回路２
５に記憶される。
【００１８】圧力を測定する際には、圧力測定装置の主
電源３０をＯＮにした状態で、モード切替電源２９をＯ
ＦＦにする。これにより、制御器２７よりモード切替ス
イッチ２３に信号が送られ、モード切替スイッチ２３は
周波数カウンタ２２と共振インピーダンス測定回路２１
を温度補償回路２４に電気的に接続するとともに、熱フ
ィラメント１１を消灯させる。水晶振動子９の共振周波
数ｆと共振インピーダンスＺｐを夫々周波数カウンタ２
２と共振インピーダンス測定回路２１によって測定し、
その測定信号を温度補償回路２４に伝送する。この測定
信号のうち、共振周波数ｆを記憶演算回路２５の温度校
正データと照合させ、共振周波数ｆに対応する共振イン
ピーダンスＺを求め、この求めた共振インピーダンスＺ
を固有共振インピーダンスＺ０とする。測定した共振イ
ンピーダンスＺｐとこの固有共振インピーダンスＺ０の
差ΔＺを算出し、この差ΔＺを圧力変換回路２６に伝送
して、圧力値に換算する。その後、換算された信号は制
御器２７を介して表示器２８に伝送され、測定部内の圧
力値として文字表示される。
電源３０をＯＮにした状態で、モード切替電源２９をＯ
ＦＦにする。これにより、制御器２７よりモード切替ス
イッチ２３に信号が送られ、モード切替スイッチ２３は
周波数カウンタ２２と共振インピーダンス測定回路２１
を温度補償回路２４に電気的に接続するとともに、熱フ
ィラメント１１を消灯させる。水晶振動子９の共振周波
数ｆと共振インピーダンスＺｐを夫々周波数カウンタ２
２と共振インピーダンス測定回路２１によって測定し、
その測定信号を温度補償回路２４に伝送する。この測定
信号のうち、共振周波数ｆを記憶演算回路２５の温度校
正データと照合させ、共振周波数ｆに対応する共振イン
ピーダンスＺを求め、この求めた共振インピーダンスＺ
を固有共振インピーダンスＺ０とする。測定した共振イ
ンピーダンスＺｐとこの固有共振インピーダンスＺ０の
差ΔＺを算出し、この差ΔＺを圧力変換回路２６に伝送
して、圧力値に換算する。その後、換算された信号は制
御器２７を介して表示器２８に伝送され、測定部内の圧
力値として文字表示される。
【００１９】このように、本実施形態の圧力測定装置
は、圧力測定前に、温度校正データを更新できる構成と
したため、どのような使用状況であっても、常に安定し
て１０ −２Ｐａ台の圧力を正確に測定することが可能と
なる。
は、圧力測定前に、温度校正データを更新できる構成と
したため、どのような使用状況であっても、常に安定し
て１０ −２Ｐａ台の圧力を正確に測定することが可能と
なる。
【００２０】次に、本発明の第２の実施形態を説明す
る。本実施形態の圧力測定装置は、水晶振動子を用いた
圧力測定装置と電離真空計を複合化し、低真空域から高
真空域までの広範囲の圧力を測定可能としたものであ
り、図２にその構成概略図を示す。なお、図１で説明し
た実質的に同一の要素には同一の符号を付し、説明を省
略する。
る。本実施形態の圧力測定装置は、水晶振動子を用いた
圧力測定装置と電離真空計を複合化し、低真空域から高
真空域までの広範囲の圧力を測定可能としたものであ
り、図２にその構成概略図を示す。なお、図１で説明し
た実質的に同一の要素には同一の符号を付し、説明を省
略する。
【００２１】この圧力測定装置は、測定部に、図１の構
成に加え、螺旋状のグリッド電極１３とグリッド電極１
３の中心軸上に配置されたイオンコレクタ１２を備えて
いる。また、回路部には、温度校正データを取得するモ
ード以外（即ち、圧力測定モード）でも熱フィラメント
１１を点灯させることのできるフィラメント点灯スイッ
チ３２と、イオンコレクタ１２で測定されたイオン電流
を圧力値に変換する第二の圧力変換回路３１が備えられ
ている。
成に加え、螺旋状のグリッド電極１３とグリッド電極１
３の中心軸上に配置されたイオンコレクタ１２を備えて
いる。また、回路部には、温度校正データを取得するモ
ード以外（即ち、圧力測定モード）でも熱フィラメント
１１を点灯させることのできるフィラメント点灯スイッ
チ３２と、イオンコレクタ１２で測定されたイオン電流
を圧力値に変換する第二の圧力変換回路３１が備えられ
ている。
【００２２】さらに、制御器２７には、図１で説明した
圧力測定装置の制御器に記憶されているプログラムに加
え、圧力変換回路２６の出力信号が水晶振動子の特性を
利用して測定できる圧力以下の圧力値に相当する場合
に、水晶式圧力測定装置部を停止させ、電離真空計部を
作動させるプログラムが予め記憶されている。
圧力測定装置の制御器に記憶されているプログラムに加
え、圧力変換回路２６の出力信号が水晶振動子の特性を
利用して測定できる圧力以下の圧力値に相当する場合
に、水晶式圧力測定装置部を停止させ、電離真空計部を
作動させるプログラムが予め記憶されている。
【００２３】従って、測定部内の圧力が上記水晶振動子
の特性を利用して測定できる圧力値以下である場合は、
電離真空計部による圧力測定が行われる。制御器２７か
ら伝送される信号によりフィラメント点灯スイッチ３２
を動作させて熱フィラメント１１をＯＮし、さらに、グ
リッド電極１３を熱フィラメント１１より高い電位に
し、且つイオンコレクタ１２を熱フィラメント１１より
低い電位となるように電離真空計部を作動させる。熱フ
ィラメント１１より放出した熱電子がグリッド電極１３
に集束される過程で測定部内の気体分子をイオン化し、
このイオンをイオンコレクタ１２に集束させる。このイ
オンは電流値として測定され、第二の圧力変換回路３１
で圧力値に変換し、制御器２７を介して圧力表示器２８
に文字表示される。このように、本実施形態の圧力測定
装置は、水晶振動子により正確な圧力測定を実現すると
ともに、水晶振動子で測定できない高真空域の圧力測定
も可能としている。
の特性を利用して測定できる圧力値以下である場合は、
電離真空計部による圧力測定が行われる。制御器２７か
ら伝送される信号によりフィラメント点灯スイッチ３２
を動作させて熱フィラメント１１をＯＮし、さらに、グ
リッド電極１３を熱フィラメント１１より高い電位に
し、且つイオンコレクタ１２を熱フィラメント１１より
低い電位となるように電離真空計部を作動させる。熱フ
ィラメント１１より放出した熱電子がグリッド電極１３
に集束される過程で測定部内の気体分子をイオン化し、
このイオンをイオンコレクタ１２に集束させる。このイ
オンは電流値として測定され、第二の圧力変換回路３１
で圧力値に変換し、制御器２７を介して圧力表示器２８
に文字表示される。このように、本実施形態の圧力測定
装置は、水晶振動子により正確な圧力測定を実現すると
ともに、水晶振動子で測定できない高真空域の圧力測定
も可能としている。
【００２４】また、制御器２７に、圧力が所定値以上の
場合に、電離真空計部を停止させ、水晶式圧力測定装置
部を作動させるプログラムを組み込むことにより、低真
空域から高真空域まで広い圧力範囲で、圧力に応じて電
離真空計部と水晶式圧力測定部との切替を自動的に行う
ことができ、この広い圧力範囲で圧力の連続測定及びそ
の表示を行うことが可能となる。
場合に、電離真空計部を停止させ、水晶式圧力測定装置
部を作動させるプログラムを組み込むことにより、低真
空域から高真空域まで広い圧力範囲で、圧力に応じて電
離真空計部と水晶式圧力測定部との切替を自動的に行う
ことができ、この広い圧力範囲で圧力の連続測定及びそ
の表示を行うことが可能となる。
【００２５】
【発明の効果】上述の説明で明らかなように、堆積物な
どの付着や腐食により水晶振動子の共振周波数と固有共
振インピーダンスとの関係が変化してしまった場合で
も、振動子の交換・洗浄する必要はなく、適宜にこれら
の相関関係を温度校正データとして取得し、記憶するこ
とで、水晶振動子の温度変化及び堆積物等に起因する測
定誤差を低減することができ、常に、正確な圧力測定を
行うことができる。また、水晶振動子の加熱手段である
熱フィラメントを熱陰極電離真空計と共用することによ
り、低真空域から高真空域まで広い圧力範囲を高精度で
しかも連続的に測定、表示可能な圧力測定装置を実現す
ることができる。
どの付着や腐食により水晶振動子の共振周波数と固有共
振インピーダンスとの関係が変化してしまった場合で
も、振動子の交換・洗浄する必要はなく、適宜にこれら
の相関関係を温度校正データとして取得し、記憶するこ
とで、水晶振動子の温度変化及び堆積物等に起因する測
定誤差を低減することができ、常に、正確な圧力測定を
行うことができる。また、水晶振動子の加熱手段である
熱フィラメントを熱陰極電離真空計と共用することによ
り、低真空域から高真空域まで広い圧力範囲を高精度で
しかも連続的に測定、表示可能な圧力測定装置を実現す
ることができる。
【図１】本発明の圧力測定装置を示す概略図である。
【図２】本発明を用いた複合型の圧力測定装置を示す概
略図である。
略図である。
１ 真空容器、 ２ 金属性容器、 ３ シール材、 ４ 支持板、 ６ 絶縁物、 ７ａ〜７ｇ 金属製端子、 ８ リード線、 ９ 水晶振動子、 １０ 振動子ケース、 １１ 熱フィラメント、 １２ イオンコレクタ、 １３ グリッド電極、 ２０ 発振回路、 ２１ 共振インピーダンス測定回路、 ２２ 周波数カウンタ、 ２３ モード切替スイッチ、 ２４ 温度補償回路、 ２５ 記憶演算回路、 ２６ 圧力変換回路、 ２７ 制御器、 ２８ 圧力表示器、 ２９ モード切替電源、 ３０ 主電源、 ３１ 第二の圧力変換回路、 ３２ フィラメント点灯スイッチ。
Claims (6)
- 【請求項１】 水晶振動子の共振周波数ｆから求めた水
晶振動子の実質的な温度Ｔに対応する水晶振動子の固有
共振インピーダンスＺ０と、圧力測定空間に配置された
水晶振動子の共振インピーダンスＺｐとの差ΔＺ（＝Ｚ
ｐ−Ｚ０）から気体の圧力を測定する方法において、圧
力の測定前に、実測する圧力よりも低い減圧雰囲気内で
水晶振動子に温度変化を生じさせながら該水晶振動子の
共振周波数ｆと共振インピーダンスＺの相関関係を温度
校正データとして取得し、圧力を測定する際に、測定さ
れる共振周波数ｆを前記温度校正データと照合して該共
振周波数ｆに対応する共振インピーダンスＺを固有共振
インピーダンスＺ０とすることを特徴とする水晶振動子
を用いた圧力測定方法。 - 【請求項２】 前記水晶振動子の温度変化は、輻射熱に
より制御することを特徴とする請求項１に記載の水晶振
動子を用いた圧力測定方法。 - 【請求項３】 前記減圧雰囲気は、１x１０−３Ｐａ以
下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の水晶
振動子を用いた圧力測定方法。 - 【請求項４】 水晶振動子の共振周波数ｆから水晶振動
子の実質的な温度Ｔに応じた水晶振動子の固有共振イン
ピーダンスＺ０と、圧力測定空間に配置された水晶振動
子の共振インピーダンスＺｐとの差ΔＺ（＝Ｚｐ−
Ｚ０）から気体の圧力を測定する装置において、前記水
晶振動子の加熱手段と、前記水晶振動子を発振電流で振
動させる発振回路と、前記水晶振動子の共振周波数ｆを
測定する周波数カウンタと、前記水晶振動子の共振イン
ピーダンスＺを測定する共振インピーダンス測定回路
と、前記水晶振動子の温度変化にともなう共振周波数ｆ
と共振インピーダンスＺとの相関関係を温度校正データ
として取得し記憶する記憶演算回路と、前記水晶振動子
の共振周波数ｆを前記温度校正データと照合して水晶振
動子の実質的な温度Ｔに対応する固有共振インピーダン
スＺ０を求める温度補償回路と、該温度補償回路によっ
て得られた水晶振動子の固有共振インピーダンスＺ０と
圧力測定空間における共振インピーダンスＺｐとの差Δ
Ｚを圧力に変換する圧力変換回路と、を具備したことを
特徴とする水晶振動子を用いた圧力測定装置。 - 【請求項５】 前記水晶振動子の加熱手段は熱電子を放
出するフィラメントであり、該熱電子を加速するグリッ
ト電極と、該熱電子との衝突により発生する気体のイオ
ンを集めるコレクタとを配設し、前記コレクタに流れる
電流を計測して高真空域の圧力を測定する構成としたこ
とを特徴とする請求項４に記載の水晶振動子を用いた圧
力測定装置。 - 【請求項６】 前記共振周波数カウンタ及び前記共振イ
ンピーダンス測定回路の出力を、切替スイッチを介し
て、前記温度補償回路と前記記憶演算回路とに接続し、
温度校正データの取得するモードと圧力測定モードとを
前記切替スイッチによって切り替える構成としたことを
特徴とする請求項４又は５に記載の水晶振動子を用いた
圧力測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000260367A JP4592897B2 (ja) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | 圧力測定装置および複合型圧力測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000260367A JP4592897B2 (ja) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | 圧力測定装置および複合型圧力測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002071500A true JP2002071500A (ja) | 2002-03-08 |
| JP4592897B2 JP4592897B2 (ja) | 2010-12-08 |
Family
ID=18748389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000260367A Expired - Lifetime JP4592897B2 (ja) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | 圧力測定装置および複合型圧力測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4592897B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008523410A (ja) * | 2004-12-14 | 2008-07-03 | ブルックス オートメーション インコーポレイテッド | 真空ゲージの較正パラメータおよび真空ゲージ構造についての測定データを保存するための方法および装置 |
| US20160033341A1 (en) * | 2010-03-16 | 2016-02-04 | The Penn State Research Foundation | Methods and apparatus for ultra-sensitive temperature detection using resonant devices |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62218834A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-26 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 気体圧力計 |
| JPH03130636A (ja) * | 1989-10-16 | 1991-06-04 | Toyota Autom Loom Works Ltd | 圧力検出装置 |
| JPH0399331U (ja) * | 1990-01-30 | 1991-10-17 | ||
| JPH0797060B2 (ja) * | 1990-08-10 | 1995-10-18 | バキュームプロダクツ株式会社 | 音叉型水晶振動子を用いた圧力の測定方法 |
| JP2000028465A (ja) * | 1998-07-06 | 2000-01-28 | Anelva Corp | 水晶真空計 |
-
2000
- 2000-08-30 JP JP2000260367A patent/JP4592897B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62218834A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-26 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 気体圧力計 |
| JPH03130636A (ja) * | 1989-10-16 | 1991-06-04 | Toyota Autom Loom Works Ltd | 圧力検出装置 |
| JPH0399331U (ja) * | 1990-01-30 | 1991-10-17 | ||
| JPH0797060B2 (ja) * | 1990-08-10 | 1995-10-18 | バキュームプロダクツ株式会社 | 音叉型水晶振動子を用いた圧力の測定方法 |
| JP2000028465A (ja) * | 1998-07-06 | 2000-01-28 | Anelva Corp | 水晶真空計 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008523410A (ja) * | 2004-12-14 | 2008-07-03 | ブルックス オートメーション インコーポレイテッド | 真空ゲージの較正パラメータおよび真空ゲージ構造についての測定データを保存するための方法および装置 |
| US20160033341A1 (en) * | 2010-03-16 | 2016-02-04 | The Penn State Research Foundation | Methods and apparatus for ultra-sensitive temperature detection using resonant devices |
| US10184845B2 (en) * | 2010-03-16 | 2019-01-22 | The Penn State Research Foundation | Methods and apparatus for ultra-sensitive temperature detection using resonant devices |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4592897B2 (ja) | 2010-12-08 |
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