JP2002340719A - ペルチエ素子を用いた真空計 - Google Patents
ペルチエ素子を用いた真空計Info
- Publication number
- JP2002340719A JP2002340719A JP2001370910A JP2001370910A JP2002340719A JP 2002340719 A JP2002340719 A JP 2002340719A JP 2001370910 A JP2001370910 A JP 2001370910A JP 2001370910 A JP2001370910 A JP 2001370910A JP 2002340719 A JP2002340719 A JP 2002340719A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- peltier element
- vacuum
- bridge circuit
- vacuum gauge
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L21/00—Vacuum gauges
- G01L21/10—Vacuum gauges by measuring variations in the heat conductivity of the medium, the pressure of which is to be measured
- G01L21/14—Vacuum gauges by measuring variations in the heat conductivity of the medium, the pressure of which is to be measured using thermocouples
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L21/00—Vacuum gauges
- G01L21/10—Vacuum gauges by measuring variations in the heat conductivity of the medium, the pressure of which is to be measured
- G01L21/12—Vacuum gauges by measuring variations in the heat conductivity of the medium, the pressure of which is to be measured measuring changes in electric resistance of measuring members, e.g. of filaments; Vacuum gauges of the Pirani type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ペルチエ素子を用いた真空計を提供する。
【解決手段】 本発明の真空槽の圧力を測定するための
ペルチエ素子を用いた真空計は、ペルチエ素子に流入す
る電流を生じるための信号発生器１と、前記信号発生器
に接続され、電流を測定するための電流計３と、前記電
流計に接続され、相異なる金属線の一方の接合が前記真
空槽の内部に挿入されるペルチエ素子の形に形成される
熱伝対線からなるブリッジ回路１０と、前記ブリッジ回
路の両対称点に接続され、前記ペルチエ素子における温
度振動により生じる電圧信号を検出し前記真空槽の圧力
を測定するためのロックイン増幅器２とを含むことを特
徴とする。
ペルチエ素子を用いた真空計は、ペルチエ素子に流入す
る電流を生じるための信号発生器１と、前記信号発生器
に接続され、電流を測定するための電流計３と、前記電
流計に接続され、相異なる金属線の一方の接合が前記真
空槽の内部に挿入されるペルチエ素子の形に形成される
熱伝対線からなるブリッジ回路１０と、前記ブリッジ回
路の両対称点に接続され、前記ペルチエ素子における温
度振動により生じる電圧信号を検出し前記真空槽の圧力
を測定するためのロックイン増幅器２とを含むことを特
徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱伝導型真空計に係
り、特に、ペルチエ素子を用いた真空計に関する。
り、特に、ペルチエ素子を用いた真空計に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＡＶＳ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｖａｃｕｍ
ｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ、１９５８）の定義によれば、真空
とは、大気圧以下の圧力、例えば、２．５×１０19／ｃ
ｍ3よりも小さい分子密度を有するガスで満たされた空
間を言う。真空技術の発展に伴い、有効真空領域は、大
気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から約１０-13Ｔｏｒｒまでで
ある。圧力（真空度）は、測定される圧力範囲により相
異なる原理で作動する真空計を使って測定される。熱伝
導型真空計は大気圧から約１０-4Ｔｏｒｒまでの範囲の
圧力を測定するのに主として用いられる。
ｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ、１９５８）の定義によれば、真空
とは、大気圧以下の圧力、例えば、２．５×１０19／ｃ
ｍ3よりも小さい分子密度を有するガスで満たされた空
間を言う。真空技術の発展に伴い、有効真空領域は、大
気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から約１０-13Ｔｏｒｒまでで
ある。圧力（真空度）は、測定される圧力範囲により相
異なる原理で作動する真空計を使って測定される。熱伝
導型真空計は大気圧から約１０-4Ｔｏｒｒまでの範囲の
圧力を測定するのに主として用いられる。
【０００３】真空中で加熱されたフィラメントは金属線
を通じての熱伝導、気体による熱伝導、熱輻射によりエ
ネルギーを失う。熱伝導型真空計は、フィラメントから
の気体による熱伝導損失及びそれによるフィラメントの
温度が圧力により変化するという原理を用いる。現在用
いられる熱伝導型真空計には、ピラニ真空計、熱電対真
空計、対流型真空計がある。
を通じての熱伝導、気体による熱伝導、熱輻射によりエ
ネルギーを失う。熱伝導型真空計は、フィラメントから
の気体による熱伝導損失及びそれによるフィラメントの
温度が圧力により変化するという原理を用いる。現在用
いられる熱伝導型真空計には、ピラニ真空計、熱電対真
空計、対流型真空計がある。
【０００４】ピラニ真空計ではフィラメントの温度がそ
の抵抗から測定されるのに対し、熱電対真空計では相異
なる金属の接合が温度に依存する出力電圧を提供する。
根本的に、ピラニ及び熱電対真空計はフィラメント温度
を観察する手段が異なるだけである。
の抵抗から測定されるのに対し、熱電対真空計では相異
なる金属の接合が温度に依存する出力電圧を提供する。
根本的に、ピラニ及び熱電対真空計はフィラメント温度
を観察する手段が異なるだけである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記熱伝導型
真空計は、主として１０-2Ｔｏｒｒから１０0Ｔｏｒｒ
までの範囲では高い感度を示すが、１０-2Ｔｏｒｒ以下
では圧力に関係ない輻射損失が気体による熱伝導よりも
良くなるため、その感度が著しく落ちる。さらに、１０
0Ｔｏｒｒ以上では気体分子の自由移動距離が短くなっ
てフィラメントの周りに熱い熱層が形成され、これによ
り気体による伝導が妨げられるため、やはりその感度が
落ちる。
真空計は、主として１０-2Ｔｏｒｒから１０0Ｔｏｒｒ
までの範囲では高い感度を示すが、１０-2Ｔｏｒｒ以下
では圧力に関係ない輻射損失が気体による熱伝導よりも
良くなるため、その感度が著しく落ちる。さらに、１０
0Ｔｏｒｒ以上では気体分子の自由移動距離が短くなっ
てフィラメントの周りに熱い熱層が形成され、これによ
り気体による伝導が妨げられるため、やはりその感度が
落ちる。
【０００６】対流型真空計は１０0Ｔｏｒｒ以上での感
度を向上させるために強制対流を導入したピラニ真空計
であって、さらなる複雑性及び高コストが要求される。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は、広い真空領域に亘って高感度をもって作動し、構
造が簡単であるほか、ミクロンサイズの新しい熱伝導型
真空計を提供することである。
度を向上させるために強制対流を導入したピラニ真空計
であって、さらなる複雑性及び高コストが要求される。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は、広い真空領域に亘って高感度をもって作動し、構
造が簡単であるほか、ミクロンサイズの新しい熱伝導型
真空計を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本願第１発明は、真空槽の圧力を測定するためのペ
ルチエ素子を用いた真空計を提供する。この真空計は、
以下を含むことを特徴とする。ペルチエ素子に流入する
電流を生じるための信号発生器、前記信号発生器に接続
され、電流を測定するための電流計、前記電流計に接続
され、相異なる金属線の一方の接合が前記真空槽の内部
に挿入されるペルチエ素子の形に形成される熱伝対線か
らなるブリッジ回路、及び前記ブリッジ回路の両対称点
に接続され、前記ペルチエ素子における温度振動により
生じる電圧信号を検出し前記真空槽の圧力を測定するた
めのロックイン増幅器。
に、本願第１発明は、真空槽の圧力を測定するためのペ
ルチエ素子を用いた真空計を提供する。この真空計は、
以下を含むことを特徴とする。ペルチエ素子に流入する
電流を生じるための信号発生器、前記信号発生器に接続
され、電流を測定するための電流計、前記電流計に接続
され、相異なる金属線の一方の接合が前記真空槽の内部
に挿入されるペルチエ素子の形に形成される熱伝対線か
らなるブリッジ回路、及び前記ブリッジ回路の両対称点
に接続され、前記ペルチエ素子における温度振動により
生じる電圧信号を検出し前記真空槽の圧力を測定するた
めのロックイン増幅器。
【０００８】相異なる熱電対線の１接合点だけをヒータ
ー及びセンサーとして用いるので、すなわち、接合点が
熱源及び温度センサーとして同時に作用するので、真空
計を全体的にコンパクト化でき、しかも、感度を向上で
きる。
ー及びセンサーとして用いるので、すなわち、接合点が
熱源及び温度センサーとして同時に作用するので、真空
計を全体的にコンパクト化でき、しかも、感度を向上で
きる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照し、本
発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。従来
の熱伝導型真空計は、フィラメント及びその温度を測定
するための温度センサーを含む。フィラメントはジュー
ル発熱により加熱され、熱電対またはフィラメントの抵
抗は温度センサーとして用いられる。その一方、本発明
による熱伝導型真空計は一つの熱電対だけを含み、熱電
対は熱源及び温度センサーとして作用するので、真空計
を全体的にコンパクト化でき、しかも、感度を向上でき
る。
発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。従来
の熱伝導型真空計は、フィラメント及びその温度を測定
するための温度センサーを含む。フィラメントはジュー
ル発熱により加熱され、熱電対またはフィラメントの抵
抗は温度センサーとして用いられる。その一方、本発明
による熱伝導型真空計は一つの熱電対だけを含み、熱電
対は熱源及び温度センサーとして作用するので、真空計
を全体的にコンパクト化でき、しかも、感度を向上でき
る。
【００１０】図１を参照すると、本発明に係るペルチエ
素子及びそれによる測定回路を用いた真空計は、信号発
生器１と、ロックイン増幅器２と、電流計３と、ブリッ
ジ回路１０とを含む。ブリッジ回路１０は、具体的に
は、相異なる金属線６、７及び可変抵抗Ｒｖを含む。ま
た、相異なる金属線６、７の両接合点ｃ、ｅがブリッジ
回路１０に形成される。
素子及びそれによる測定回路を用いた真空計は、信号発
生器１と、ロックイン増幅器２と、電流計３と、ブリッ
ジ回路１０とを含む。ブリッジ回路１０は、具体的に
は、相異なる金属線６、７及び可変抵抗Ｒｖを含む。ま
た、相異なる金属線６、７の両接合点ｃ、ｅがブリッジ
回路１０に形成される。
【００１１】具体的には、出力抵抗Ｒｓを有する信号発
生器１は内部抵抗Ｒａを有する電流計３の一側端子に接
続される。電流計３の他側端子は銅線５を通じて金属線
６の中心点（図１のａ）に接続される。ブリッジ回路１
０の他の接点（図１のｃ）はペルチエ素子の形である。
金属線７の中心点ｄは接地される。オーム電圧の降下を
除去するために、ブリッジ回路１０の点ｄとｅとの間に
可変抵抗Ｒｖが付加される。
生器１は内部抵抗Ｒａを有する電流計３の一側端子に接
続される。電流計３の他側端子は銅線５を通じて金属線
６の中心点（図１のａ）に接続される。ブリッジ回路１
０の他の接点（図１のｃ）はペルチエ素子の形である。
金属線７の中心点ｄは接地される。オーム電圧の降下を
除去するために、ブリッジ回路１０の点ｄとｅとの間に
可変抵抗Ｒｖが付加される。
【００１２】ロックイン増幅器２はペルチエ素子４のｂ
点及びｆ点に接続され、ペルチエ素子４は圧力が測定さ
れる真空槽８の内部に挿入される。ブリッジ回路１０に
おいて、ロックイン増幅器２に接続される接点位置につ
いて説明すれば、下記の通りである。一般に、電流が流
れる抵抗両端の交流電圧を測定するに当たって、基本周
波数信号だけではなく、２次高調波信号及び３次高調波
信号などがジュール加熱により生じる。２次高調波信号
及び３次高調波信号は抵抗の温度係数に比例する小さい
振幅を有する。測定しようとする信号が極めて小さい場
合、このような逓次高調波信号が測定に影響を及ぼす場
合がある。同様に、周波数が高くなれば、回路構成要素
のインピーダンスにより生じる高調波の振幅が周波数に
比例して大きくなる。したがって、このような不要な高
調波信号を除去するために、ｂ点及びブリッジ回路１０
の対称点であるｆ点をロックイン増幅器２に接続させる
ことが基本である。
点及びｆ点に接続され、ペルチエ素子４は圧力が測定さ
れる真空槽８の内部に挿入される。ブリッジ回路１０に
おいて、ロックイン増幅器２に接続される接点位置につ
いて説明すれば、下記の通りである。一般に、電流が流
れる抵抗両端の交流電圧を測定するに当たって、基本周
波数信号だけではなく、２次高調波信号及び３次高調波
信号などがジュール加熱により生じる。２次高調波信号
及び３次高調波信号は抵抗の温度係数に比例する小さい
振幅を有する。測定しようとする信号が極めて小さい場
合、このような逓次高調波信号が測定に影響を及ぼす場
合がある。同様に、周波数が高くなれば、回路構成要素
のインピーダンスにより生じる高調波の振幅が周波数に
比例して大きくなる。したがって、このような不要な高
調波信号を除去するために、ｂ点及びブリッジ回路１０
の対称点であるｆ点をロックイン増幅器２に接続させる
ことが基本である。
【００１３】図２は、図１に示されたペルチエ素子を用
いた真空計の温度振動等価回路を示した回路図である。
図２の等価回路において、温度振動はゼーベック効果に
よる電圧振動に変換されるので、ペルチエ素子４の接合
点（図１のｃ）は熱信号発生器９に取り替えられる。
いた真空計の温度振動等価回路を示した回路図である。
図２の等価回路において、温度振動はゼーベック効果に
よる電圧振動に変換されるので、ペルチエ素子４の接合
点（図１のｃ）は熱信号発生器９に取り替えられる。
【００１４】図１の接合点ｅが熱的に接地されているな
らば、ｂ点及びｆ点の間の電圧を測定するロックイン増
幅器２は真空槽８の圧力に対応するペルチエ素子の温度
振動を読み取る。ここで、Ｒ１は図１の接合点ｂ及びｃ
の間の金属線６の抵抗であり、Ｒ２は図１の接合点ａ及
びｂの間の金属線６の抵抗であり、Ｒ３は図１の接合点
ａ及びｆの間の金属線６の抵抗であり、Ｒ４は図１の接
合点ｅ及びｆの間の金属線６の抵抗であり、Ｒ５は図１
における接合点ｄ及びｅの間の金属線７の抵抗であり、
Ｒ６は図１における接合点ｃ及びｄの間の金属線７の抵
抗である。Ｒａ、Ｒｓ及びＲｖは各々電流計３の内部抵
抗、信号発生器１の出力抵抗、及び可変抵抗を表わす。
らば、ｂ点及びｆ点の間の電圧を測定するロックイン増
幅器２は真空槽８の圧力に対応するペルチエ素子の温度
振動を読み取る。ここで、Ｒ１は図１の接合点ｂ及びｃ
の間の金属線６の抵抗であり、Ｒ２は図１の接合点ａ及
びｂの間の金属線６の抵抗であり、Ｒ３は図１の接合点
ａ及びｆの間の金属線６の抵抗であり、Ｒ４は図１の接
合点ｅ及びｆの間の金属線６の抵抗であり、Ｒ５は図１
における接合点ｄ及びｅの間の金属線７の抵抗であり、
Ｒ６は図１における接合点ｃ及びｄの間の金属線７の抵
抗である。Ｒａ、Ｒｓ及びＲｖは各々電流計３の内部抵
抗、信号発生器１の出力抵抗、及び可変抵抗を表わす。
【００１５】ペルチエ効果とは、任意の一定温度Ｔで相
異なる特性を有する金属線よりなる熱電対に電流を流せ
ば、両伝導体の電気化学的なポテンシャルの差により熱
電対の接合点で下記の式で表わされる電力Ｐが生じる現
象を言う。 Ｐ＝ＴＳＩ ここで、Ｓは両金属線の間の熱起電力の差であり、Ｉは
電流である。このため、熱電対の接合点は電流Ｉの方向
により加熱または冷却できる。したがって、任意の温度
で各種の金属線対（熱電対）に対してテーブル化したＳ
より、特定の電流による熱振動を正確に求めることがで
きる。
異なる特性を有する金属線よりなる熱電対に電流を流せ
ば、両伝導体の電気化学的なポテンシャルの差により熱
電対の接合点で下記の式で表わされる電力Ｐが生じる現
象を言う。 Ｐ＝ＴＳＩ ここで、Ｓは両金属線の間の熱起電力の差であり、Ｉは
電流である。このため、熱電対の接合点は電流Ｉの方向
により加熱または冷却できる。したがって、任意の温度
で各種の金属線対（熱電対）に対してテーブル化したＳ
より、特定の電流による熱振動を正確に求めることがで
きる。
【００１６】ペルチエ効果により生じる熱源は、熱電対
の接合部分だけで熱交換が起こる点熱源であるという点
に留意しなければならない。ペルチエ熱源の他の重要な
特徴は、電流方向により接合点が加熱または冷却される
という点である。したがって、ＡＣ加熱の場合、ジュー
ル加熱、光加熱などの他の加熱方式とは異なって、ＤＣ
オフセットがない。
の接合部分だけで熱交換が起こる点熱源であるという点
に留意しなければならない。ペルチエ熱源の他の重要な
特徴は、電流方向により接合点が加熱または冷却される
という点である。したがって、ＡＣ加熱の場合、ジュー
ル加熱、光加熱などの他の加熱方式とは異なって、ＤＣ
オフセットがない。
【００１７】相異なる特性を有する金属線６、７よりな
る熱電対の例としては、鉄（Ｆｅ）及びコンスタンタン
（Ｃｕ-Ｎｉ）の接合であるＪ-タイプの熱電対、クロメ
ル（Ｎｉ-Ｃｒ）及びアルメル（Ｎｉ-Ａｌ）の接合であ
るＫ-タイプの熱電対、銅（Ｃｕ）及びコンスタンタン
（Ｃｕ-Ｎｉ）の接合であるＴ-タイプの熱電対、クロメ
ル（Ｎｉ-Ｃｒ）及びコンスタンタン（Ｃｕ-Ｎｉ）の接
合であるＥ-タイプの熱電対、ニコシル（Ｎｉ-Ｃｒ-Ｓ
ｉ）及びニシル（Ｎｉ-Ｓｉ-Ｍｇ）の接合であるＮ-タ
イプの熱電対、プラチニウム（Ｐｔ）及びプラチニウム
（Ｐｔ）-ロジウム（Ｒｈ）合金の接合であるＲ-及びＳ
-タイプの熱電対、タングステン（Ｗ）及びタングステ
ン（Ｗ）-レニウム（Ｒｅ）合金の接合であるＧ-、Ｃ
-、Ｄ-タイプの熱電対などがある。これらの熱電対は、
与えられた温度範囲における感度により選択される。
る熱電対の例としては、鉄（Ｆｅ）及びコンスタンタン
（Ｃｕ-Ｎｉ）の接合であるＪ-タイプの熱電対、クロメ
ル（Ｎｉ-Ｃｒ）及びアルメル（Ｎｉ-Ａｌ）の接合であ
るＫ-タイプの熱電対、銅（Ｃｕ）及びコンスタンタン
（Ｃｕ-Ｎｉ）の接合であるＴ-タイプの熱電対、クロメ
ル（Ｎｉ-Ｃｒ）及びコンスタンタン（Ｃｕ-Ｎｉ）の接
合であるＥ-タイプの熱電対、ニコシル（Ｎｉ-Ｃｒ-Ｓ
ｉ）及びニシル（Ｎｉ-Ｓｉ-Ｍｇ）の接合であるＮ-タ
イプの熱電対、プラチニウム（Ｐｔ）及びプラチニウム
（Ｐｔ）-ロジウム（Ｒｈ）合金の接合であるＲ-及びＳ
-タイプの熱電対、タングステン（Ｗ）及びタングステ
ン（Ｗ）-レニウム（Ｒｅ）合金の接合であるＧ-、Ｃ
-、Ｄ-タイプの熱電対などがある。これらの熱電対は、
与えられた温度範囲における感度により選択される。
【００１８】ブリッジ回路１０のペルチエ素子４は、数
〜数十マイクロメーター（μｍ）の直径を有する相異な
る金属線６、７から形成される。そして、信号発生器
１、ロックイン増幅器２及び電流計３は銅線５を通じて
ブリッジ回路１０と接続され、銅線５は十分に太くて無
視できる抵抗を有する。信号発生器１が特定の周波数で
電流を生じれば、この電流は電流計３を通じてブリッジ
回路１０に入力される。ブリッジ回路１０において、電
流は２種類の経路、すなわち、ａ-ｆ-ｅ-ｄ及びａ-ｂ-
ｃ-ｄを経て接地に流れる。
〜数十マイクロメーター（μｍ）の直径を有する相異な
る金属線６、７から形成される。そして、信号発生器
１、ロックイン増幅器２及び電流計３は銅線５を通じて
ブリッジ回路１０と接続され、銅線５は十分に太くて無
視できる抵抗を有する。信号発生器１が特定の周波数で
電流を生じれば、この電流は電流計３を通じてブリッジ
回路１０に入力される。ブリッジ回路１０において、電
流は２種類の経路、すなわち、ａ-ｆ-ｅ-ｄ及びａ-ｂ-
ｃ-ｄを経て接地に流れる。
【００１９】相異なる金属線６、７の接合はｃ点及びｅ
点で形成される。一方、接合点ａ、ｂ、ｄ、ｆは銅線５
と金属線６との間の接合により形成される。熱振動は、
相異なる金属線６、７の接合点ａ、ｃ、ｄ及びｅでペル
チエ効果により生じる。これらの温度振動の強度は金属
線の比熱及び伝導度、熱振動周波数及び接合の周囲の熱
的環境により変化する。ここで、接合点ａ、ｂ、ｄ及び
ｆは高い熱伝導度を有する銅線５と金属線６及び金属線
７のうちいずれかとの接合により形成される。また、接
合点ａ、ｂ、ｄ及びｆは良好な熱伝導度を有する金属
（金、銀、銅など）に熱接地されて、これらの接合点
ａ、ｂ、ｄ及びｆにおける温度振動を除去する。
点で形成される。一方、接合点ａ、ｂ、ｄ、ｆは銅線５
と金属線６との間の接合により形成される。熱振動は、
相異なる金属線６、７の接合点ａ、ｃ、ｄ及びｅでペル
チエ効果により生じる。これらの温度振動の強度は金属
線の比熱及び伝導度、熱振動周波数及び接合の周囲の熱
的環境により変化する。ここで、接合点ａ、ｂ、ｄ及び
ｆは高い熱伝導度を有する銅線５と金属線６及び金属線
７のうちいずれかとの接合により形成される。また、接
合点ａ、ｂ、ｄ及びｆは良好な熱伝導度を有する金属
（金、銀、銅など）に熱接地されて、これらの接合点
ａ、ｂ、ｄ及びｆにおける温度振動を除去する。
【００２０】このような熱接地は接合点ａ、ｂ、ｄ及び
ｆにおける好ましくない信号を抑えるのに十分である
が、接合点ｅの熱接地は２種類の方法により行われう
る。一つの方法は、接合点ａ、ｂ、ｄ及びｆと同様に、
接合点ｅを熱接地することである。この場合、温度振動
は接合点ｃだけで起こる。温度振動は、接合点ｃにおけ
るゼーベック効果により電圧振動として現れる。ロック
イン増幅器２は接合点ｂと接合点ｆとの電圧差を読み取
る。図１に示されたように、ロックイン増幅器２により
測定される電圧差は、ペルチエ素子４における温度振動
によってだけではなく、オーム電圧によっても生じる。
しかし、金属線６、７におけるオーム電圧の降下により
生じるこの電圧は可変抵抗Ｒｖでブリッジ回路１０を注
意深くバランシングすることにより除去できる。このた
め、ペルチエ素子４における温度振動により誘導される
電圧だけが測定可能になる。
ｆにおける好ましくない信号を抑えるのに十分である
が、接合点ｅの熱接地は２種類の方法により行われう
る。一つの方法は、接合点ａ、ｂ、ｄ及びｆと同様に、
接合点ｅを熱接地することである。この場合、温度振動
は接合点ｃだけで起こる。温度振動は、接合点ｃにおけ
るゼーベック効果により電圧振動として現れる。ロック
イン増幅器２は接合点ｂと接合点ｆとの電圧差を読み取
る。図１に示されたように、ロックイン増幅器２により
測定される電圧差は、ペルチエ素子４における温度振動
によってだけではなく、オーム電圧によっても生じる。
しかし、金属線６、７におけるオーム電圧の降下により
生じるこの電圧は可変抵抗Ｒｖでブリッジ回路１０を注
意深くバランシングすることにより除去できる。このた
め、ペルチエ素子４における温度振動により誘導される
電圧だけが測定可能になる。
【００２１】もう一つの方法は、接合点ｅを接合点ｃの
ようにペルチエ素子の形にする方法である。この場合、
真空槽８に位置した検針接合点ｃ及び大気圧に位置した
検針接合点ｅのどちらでも温度振動が起こる。ロックイ
ン増幅器２は接合点ｃ及びｅの間の温度振動の差だけを
読み取るので、接合点ｃ及びｅの圧力差による温度振動
が得られる。このような差動モードにおいては、１０-2
Ｔｏｒｒ以下の圧力を高い感度で測定できる。
ようにペルチエ素子の形にする方法である。この場合、
真空槽８に位置した検針接合点ｃ及び大気圧に位置した
検針接合点ｅのどちらでも温度振動が起こる。ロックイ
ン増幅器２は接合点ｃ及びｅの間の温度振動の差だけを
読み取るので、接合点ｃ及びｅの圧力差による温度振動
が得られる。このような差動モードにおいては、１０-2
Ｔｏｒｒ以下の圧力を高い感度で測定できる。
【００２２】本発明によるペルチエ素子を用いた真空計
は、ＤＣモードまたはＡＣモードで作動できる。一般
に、ＡＣモードは、与えられた圧力範囲で高い感度が得
られる動作周波数を選択できるということから好まし
い。また、本発明によるペルチエ素子を用いた真空計
は、下記の２種類の方法のうちいずれかにより作動され
うる。すなわち、真空計は、ペルチエ素子に一定量の電
圧が与えられるとき（圧力により決まる）温度を測定し
たり、あるいは圧力が変動するにつれてペルチエ素子の
温度を一定に保つのに必要な電圧を検出する。
は、ＤＣモードまたはＡＣモードで作動できる。一般
に、ＡＣモードは、与えられた圧力範囲で高い感度が得
られる動作周波数を選択できるということから好まし
い。また、本発明によるペルチエ素子を用いた真空計
は、下記の２種類の方法のうちいずれかにより作動され
うる。すなわち、真空計は、ペルチエ素子に一定量の電
圧が与えられるとき（圧力により決まる）温度を測定し
たり、あるいは圧力が変動するにつれてペルチエ素子の
温度を一定に保つのに必要な電圧を検出する。
【００２３】本発明によるペルチエ素子を用いた真空計
は、下記のような長所を有する。最初に、単一の熱電対
が熱源及び温度センサーとして同時に用いられるので、
その構造の単純化が可能となる。第二に、従来の真空計
の円筒状の熱拡散に比べて本発明による真空計の球面状
の熱拡散がより効果的であるので、１０0Ｔｏｒｒから
大気圧に至るまで高感度の圧力測定が可能となる。ま
た、ペルチエ効果により接合が加熱または冷却されうる
ので、熱い熱層の形成が防止される。
は、下記のような長所を有する。最初に、単一の熱電対
が熱源及び温度センサーとして同時に用いられるので、
その構造の単純化が可能となる。第二に、従来の真空計
の円筒状の熱拡散に比べて本発明による真空計の球面状
の熱拡散がより効果的であるので、１０0Ｔｏｒｒから
大気圧に至るまで高感度の圧力測定が可能となる。ま
た、ペルチエ効果により接合が加熱または冷却されうる
ので、熱い熱層の形成が防止される。
【００２４】第三に、従来の熱伝導型真空計において気
体による熱伝導が輻射による熱伝導よりも格段に落ちる
現象により感度が低下していた１０-4から１０-2の範囲
の圧力測定が従来の真空計に比べてより高い感度でなさ
れる。一方、本発明によるペルチエ素子を用いる真空計
は真空槽の内部及び大気圧における両熱電対を各々使用
できるので、輻射熱損失を相殺することにより気体によ
る伝導だけを測定する差動モードにおいて、低い圧力範
囲で高い感度が得られる。
体による熱伝導が輻射による熱伝導よりも格段に落ちる
現象により感度が低下していた１０-4から１０-2の範囲
の圧力測定が従来の真空計に比べてより高い感度でなさ
れる。一方、本発明によるペルチエ素子を用いる真空計
は真空槽の内部及び大気圧における両熱電対を各々使用
できるので、輻射熱損失を相殺することにより気体によ
る伝導だけを測定する差動モードにおいて、低い圧力範
囲で高い感度が得られる。
【００２５】第四に、真空計が単一の熱電対よりなるの
で数十ナノメートル（ｎｍ）の大きさで製作でき、真空
槽の局部的な真空測定が可能となる。最後に、熱源及び
温度センサーができる限り小型化できるので、圧力の変
化の迅速な測定が可能となる。
で数十ナノメートル（ｎｍ）の大きさで製作でき、真空
槽の局部的な真空測定が可能となる。最後に、熱源及び
温度センサーができる限り小型化できるので、圧力の変
化の迅速な測定が可能となる。
【００２６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によるペルチ
エ素子を用いた熱伝導型真空計は、構造が簡単であり、
ミクロン単位の大きさを有するほか、広い真空領域に亘
って高感度で作動するので局部的な真空測定が容易にな
り、その結果、高い解像度で迅速に圧力を測定すること
ができる。
エ素子を用いた熱伝導型真空計は、構造が簡単であり、
ミクロン単位の大きさを有するほか、広い真空領域に亘
って高感度で作動するので局部的な真空測定が容易にな
り、その結果、高い解像度で迅速に圧力を測定すること
ができる。
【図１】ペルチエ素子及びそれによる測定回路を用いた
本発明による真空計の構成を示した構成図。
本発明による真空計の構成を示した構成図。
【図２】図１に示されたペルチエ素子を用いた真空計の
温度振動等価回路を示した回路図。
温度振動等価回路を示した回路図。
フロントページの続き (72)発明者 鄭 錫 ▲ミン▼ 大韓民国慶尚北道浦項市南区孝子洞山31番 地 浦項工科大学校 物理学科 (72)発明者 朴 鍾 ▲ド▼ 大韓民国慶尚北道浦項市南区孝子洞山31番 地 浦項工科大学校 加速機研究所 Ｆターム(参考） 2F055 AA14 BB08 CC43 DD19 EE40 FF11 GG49
Claims (3)
- 【請求項１】真空槽の圧力を測定するためのペルチエ素
子を用いた真空計であって、 ペルチエ素子に流入する電流を生じるための信号発生器
と、 前記信号発生器に接続され、電流を測定するための電流
計と、 前記電流計に接続され、相異なる金属線の一方の接合が
前記真空槽の内部に挿入されるペルチエ素子の形に形成
される熱伝対線からなるブリッジ回路と、 前記ブリッジ回路の両対称点に接続され、前記ペルチエ
素子における温度振動により生じる電圧信号を検出し前
記真空槽の圧力を測定するためのロックイン増幅器と、 を含むペルチエ素子を用いた真空計。 - 【請求項２】前記熱電対線の抵抗により引き起こされる
オーム電圧降下を除去するために前記ブリッジ回路の片
方のアームに並列に付加される校正抵抗をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載のペルチエ素子を用い
た真空計。 - 【請求項３】それぞれ二つのペルチエ素子が取り付けら
れた２つの真空槽の間の圧力差を測定するため、前記ブ
リッジ回路は熱電対線を備えており、相異なる金属線の
両方の接合がペルチエ素子の形に形成されることを特徴
とする請求項１に記載のペルチエ素子を用いた真空計。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2001-24372 | 2001-05-04 | ||
| KR10-2001-0024372A KR100407815B1 (ko) | 2001-05-04 | 2001-05-04 | 펠티어 효과를 이용한 열전도형 진공 게이지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002340719A true JP2002340719A (ja) | 2002-11-27 |
| JP3452913B2 JP3452913B2 (ja) | 2003-10-06 |
Family
ID=19709076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001370910A Expired - Fee Related JP3452913B2 (ja) | 2001-05-04 | 2001-12-05 | ペルチエ素子を用いた真空計 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6727709B2 (ja) |
| JP (1) | JP3452913B2 (ja) |
| KR (1) | KR100407815B1 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100614674B1 (ko) * | 2002-05-11 | 2006-08-21 | 주식회사 한국센시스 | 비열측정형 진공게이지 |
| KR100682032B1 (ko) | 2005-10-31 | 2007-02-12 | 포항공과대학교 산학협력단 | 측정 장치 |
| US7322248B1 (en) * | 2006-08-29 | 2008-01-29 | Eastman Kodak Company | Pressure gauge for organic materials |
| US8047711B2 (en) * | 2008-08-06 | 2011-11-01 | Heinz Ploechinger | Thermocouple vacuum gauge |
| US10222285B2 (en) | 2014-10-24 | 2019-03-05 | Timothy G. Collins | Portable graphing vacuum pressure gauge |
| US10845263B2 (en) | 2018-04-17 | 2020-11-24 | Mks Instruments, Inc. | Thermal conductivity gauge |
| DE202022101804U1 (de) | 2022-04-04 | 2022-07-26 | Mohammad Israr | Intelligentes System zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Abfallenergie des Wärmegeräts mit Peletier-Effekt |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4959999A (en) * | 1988-02-18 | 1990-10-02 | Seiko Electronic Components Ltd. | Vacuum gauge of thermo-conductive type with quartz oscillator |
| US6023979A (en) * | 1997-07-21 | 2000-02-15 | Helix Technology | Apparatus and methods for heat loss pressure measurement |
| KR100334131B1 (ko) * | 2000-05-10 | 2002-04-26 | 정명식 | 펠티어 검침을 이용한 시료 표면의 열특성 측정 및 열성형장치 |
-
2001
- 2001-05-04 KR KR10-2001-0024372A patent/KR100407815B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2001-11-30 US US09/996,749 patent/US6727709B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-12-05 JP JP2001370910A patent/JP3452913B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20020085091A (ko) | 2002-11-16 |
| US6727709B2 (en) | 2004-04-27 |
| KR100407815B1 (ko) | 2003-12-01 |
| US20020163345A1 (en) | 2002-11-07 |
| JP3452913B2 (ja) | 2003-10-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6508585B2 (en) | Differential scanning calorimeter | |
| JP3175887B2 (ja) | 測定装置 | |
| EP2677283A1 (en) | Heat conduction-type sensor having influence of temperature and kind of fluid corrected therein, and heat-type flow sensor and heat-type barometric sensor using the heat conduction-type sensor | |
| JP3118459B2 (ja) | 熱抵抗の変化を利用して被測定体の固有値を測定するセンシングシステム | |
| US6883369B1 (en) | Sensor and method of measuring mass flow non-intrusively | |
| JP5076235B2 (ja) | 熱電対ヒータとこれを用いた温度計測装置 | |
| Moffat | Some experimental methods for heat transfer studies | |
| JP2009210378A (ja) | 薄膜試料のゼーベック係数および／または熱伝導率を測定する方法および装置 | |
| JP2004340964A (ja) | 質量流量計 | |
| JP3226715B2 (ja) | 計測装置 | |
| CN102692524A (zh) | 一种基于原子力显微镜的纳米热电塞贝克系数原位定量表征装置 | |
| JP2002340719A (ja) | ペルチエ素子を用いた真空計 | |
| JP4374597B2 (ja) | 温度差の検出方法、温度センサおよびこれを用いた赤外線センサ | |
| JP4474550B2 (ja) | 熱電素子の特性評価方法 | |
| US6593760B2 (en) | Apparatus for measuring thermal properties and making thermomechanical modification on sample surface with peltier tip | |
| EP0187723A2 (fr) | Procédé et capteur de mesure perfectionnés, basés sur l'utilisation d'un thermocouple | |
| JP3468300B2 (ja) | 薄膜熱電物質の熱的及び電気的特性を測定する方法及び装置 | |
| EP1215484A2 (en) | Differential scanning calorimeter | |
| JP2001165739A (ja) | 測定装置の動作方法 | |
| Leclercq et al. | Utilization of the Peltier effect for measuring a fluid property. Application for designing new sensors | |
| KR100614674B1 (ko) | 비열측정형 진공게이지 | |
| Machut et al. | A new Peltier sensor for measuring the thermal conductivity of fluids | |
| Gaiser et al. | Temperature-measurement errors with capsule-type resistance thermometers | |
| JPH0769221B2 (ja) | 温度検知材料、温度センサー及び温度測定方法 | |
| CN116297647A (zh) | 一种mems差热分析传感器及dta/dsc测试方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080718 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090718 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |