JP2007121267A

JP2007121267A - Ｉｎ−Ｓｉｔｕ法による真空ゲージの絶対校正及び比較校正装置とその校正方法

Info

Publication number: JP2007121267A
Application number: JP2006140047A
Authority: JP
Inventors: Seung Soo Hong; 承秀洪; Yong-Hyeon Shin; 容賢申; Kwang Hwa Jung; 光和鄭; In Tae Lim; 仁泰林
Original assignee: Korea Research Institute of Standards and Science KRISS
Current assignee: Korea Research Institute of Standards and Science KRISS
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2007-05-17
Also published as: KR100724092B1; KR20070045413A; US7569178B2; US20070108671A1

Abstract

【課題】絶対校正と比較校正とをＩｎ−Ｓｉｔｕ状態で一つの装置にて校正が可能になるようにする。
【解決手段】本発明は、体積が互いに異なる真空チェンバーへ気体を順次的に拡張させ、真空チェンバーの圧力を計算する静的法標準器で絶対校正された基準真空ゲージを用いて真空ゲージの移動なく、Ｉｎ−Ｓｉｔｕ状態でオリフィス気体流れ制御方法に従って真空ゲージの比較校正が可能な装置の開発に関し、細部技術としては、静的法による基準真空ゲージ絶対校正と、オリフィス気体流れ制御方法による真空ゲージ比較校正結合技術、低真空から高真空領域までの基準圧力発生技術、及び校正技術、オリフィス気体流れ安定化方法による真空ゲージ比較校正に関する技法を含む。本発明は、真空ゲージの絶対校正と、比較校正とがそれぞれ別の装置のみで可能であったことを２つの校正装置を結合した新たな装置の開発のため、校正時間短縮と、移動校正などの校正效率の向上に関するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｉｎ−Ｓｉｔｕ法による真空ゲージの絶対校正及び比較校正装置とその校正方法（An in-Situ calibration apparatus of vacuum gauge by absolute and comparison method）に関し、より詳細には体積が互いに異なる真空チェンバーへ気体を順次的に拡張させ、真空チェンバーの圧力を計算する静的法標準器を用いた絶対校正と、校正された基準真空ゲージを用いて真空ゲージの移動なく、Ｉｎ−Ｓｉｔｕ状態でオリフィス気体流れ制御方法に従って１ｍＰａ−１ｋＰａ区間において真空ゲージの比較校正とが可能になるように１つの装置から構成された校正装置に関する。

今までは真空ゲージの絶対校正と、比較校正とがそれぞれ別の装置でのみ可能であった。これにより、絶対校正及び比較校正はそれぞれ別の装置で行われた。

しかし、経済的且つ効率的な真空ゲージの校正が可能になるように校正時間を短縮させ、移動校正など校正効率を向上させるための装置に対する必要性が台頭した。

従って、本発明は、上記のような必要によって案出されたものであり、真空ゲージの絶対校正及び比較校正装置を結合した新たな装置を開発することにより、校正時間短縮と、経済的且つ効率的な真空ゲージの校正が可能になるようにするのが目的である。

本発明の目的は、低真空及び高真空領域の真空ゲージのＩｎ−Ｓｉｔｕ状態での校正装置において、
ガスを満たした第４の真空チェンバー（４００）と、
前記第４の真空チェンバー（４００）のガスが順次的に拡張移動する第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）と、
前記各真空チェンバー（１００、２００、４００）の圧力を各々測定する真空ゲージ（１０、２０、５０）と、第３の真空チェンバー（３００）の圧力を測定する低真空用ゲージ（３０）、高真空用ゲージ（４０）、被校正真空ゲージなど（６０）、ダミー真空ゲージなど（７０）と、
前記各真空チェンバー（１００〜４００）などからのガス出入を制御するリークバルブ（ａ、ｐ）など、及び開閉バルブ（ｂ〜ｏ、ｑ）などと、
前記各真空チェンバー（１００〜４００）などを最大到達圧力まで排気する高真空ポンプ（５００）及び低真空ポンプ（６００）と、
前記第３の真空チェンバー（３００）内で前記ガスの流れを安定化させるためのオリフィス（７００）と、
から構成されることを特徴とする真空ゲージの絶対校正及び比較校正装置によって達成され得る。

前記のような本発明の目的は、本発明の別のカテゴリーである、低真空及び高真空領域の真空ゲージのＩｎ−Ｓｉｔｕ状態での校正方法において、
第４の真空チェンバー（４００）から体積が互いに異なる第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）などへガスを順次的に拡張移動させ、前記第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）などの圧力を計算する静的法標準器での絶対校正段階（Ｓ１００）と、
前記絶対校正された基準真空ゲージを用いて真空ゲージの移動なく、ｉｎ−Ｓｉｔｕ状態でオリフィス気体流れ制御方法による比較校正段階（Ｓ２００）と、
から構成されることを特徴とする校正方法によって達成され得る。

本発明は、今までそれぞれ別の装置で行われてきた真空ゲージの絶対校正と、比較校正とを圧力１ｍＰａ−１ｋＰａ区間においてＩｎ−Ｓｉｔｕ状態で一つの装置にて校正が可能になるように単純化し、真空ゲージの校正の経済性と、効率性とを極大化した。

以下、本発明の第１の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明すると、次の通りである。

図１は、Ｉｎ−Ｓｉｔｕ法による真空ゲージの絶対校正及び比較校正装置の構造を示す。すなわち、静的法による低真空用ゲージ（３０）の絶対校正と、オリフィス気体流れ制御方法による比較校正とを結合して１ｍＰａ−１ｋＰａ圧力区間においてＩｎ−Ｓｉｔｕで真空ゲージの校正が可能な装置の概略構成図である。図２は、本発明に従って図１の第３の真空チェンバー（１００）に取付けられた被校正真空ゲージ（３０）を静的法を用いて絶対校正した結果の例である。水平軸は、第３の真空チェンバー（３００）の基準圧力であり、垂直軸は、被校正真空ゲージ（３０）の指示圧力を基準圧力で分けた圧力比である。図３は、静的法によって校正された真空ゲージ（３０）を基準真空ゲージとして使い、比較校正された真空ゲージの校正結果の例である。

静的法の基本原理は、体積が異なる２つの真空チェンバーの圧力差は体積差に比例するというボイルの法則である。即ち、温度が同じであると、Ｐ１Ｖ１＝Ｐ２Ｖ２であるので、圧力Ｐ１と体積率（Ｖ１／Ｖ２）が分かっていると、分からない圧力Ｐ２を計算することができるというのが基本原理である。従って、本発明の図１に示された装置のように正確な真空ゲージの校正のためには、第１の真空チェンバー（１００）に取付けられた真空ゲージ（１０）の正確な校正、第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）など相互間の体積率測定、真空チェンバーの脱ガス量、第３の真空チェンバー（３００）の到達真空度などに従って絶対校正と比較校正との不確度が決定される。

図１に示されたように、低真空及び高真空領域の真空ゲージのＩｎ−Ｓｉｔｕ状態での校正装置は、第４の真空チェンバー（４００）と、第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）と、真空ゲージ（１０、２０、５０）と、低真空用ゲージ（３０）と、高真空用ゲージ（４０）と、被校正真空ゲージなど（６０）と、ダミー真空ゲージなど（７０）と、リークバルブ（ａ、ｐ）と、及び開閉バルブ（ｂ〜ｏ、ｑ）と、高真空ポンプ（５００）及び低真空ポンプ（６００）と、オリフィス（７００）とから構成される。

第４の真空チェンバー（４００）は、リークバルブ（ａ）が取付けられたパイプを介して第１の真空チェンバー（１００）に連結される。第１の真空チェンバー（１００）は、第２の真空チェンバー（２００）に開閉バルブ（ｂ）が取付けられたパイプを介して連結される。第２の真空チェンバー（２００）は、開閉バルブ（ｃ）とリークバルブ（ｐ）とが並列に連結されているパイプ、及び開閉バルブ（ｑ）が取付けられたパイプを介して第３の真空チェンバー（３００）に連結される。

また、各真空チェンバー（１００〜４００）は、各々の開閉バルブ（ｊ、ｋ、ｌ、ｍ）が取付けられたパイプを介して高真空ポンプ（５００）と連結される。高真空ポンプ（５００）は、低真空ポンプ（６００）と開閉バルブ（ｏ）が取付けられたパイプを介して連結される。また、低真空ポンプ（６００）と開閉バルブ（ｏ）との間のパイプは分枝され、第３の真空チェンバー（３００）と高真空ポンプ（５００）との間の開閉バルブ（ｍ）が取付けられているパイプに連結されるだけでなく、第３の真空チェンバー（３００）と連結されている開閉バルブ（ｎ）が取付けられた更に他のパイプに連結される。高真空ポンプ（５００）及び低真空ポンプ（６００）は、真空チェンバーなどを最大到達圧力まで排気するためのものである。

第４の真空チェンバー（４００）の一側には、圧力測定真空ゲージ（５０）が設けられ、その内部にはガスが満たされる。特に、高純度（９９．９％）の窒素ガスが充填されるのが望ましい。

第１の真空チェンバー（１００）の一側には、圧力測定真空ケージ（１０）が設けられ、その間には開閉バルブ（ｄ）が取付けられる。また、第２の真空チェンバー（２００）の一側には、圧力測定真空ケージ（２０）が設けられ、その間には開閉バルブ（ｅ）が取付けられる。また、第３の真空チェンバー（３００）の一側には、低真空ゲージ（３０）と高真空ゲージ（４０）とが設けられ、第３の真空チェンバー（３００）と低真空ゲージ（３０）との間には開閉バルブ（ｈ）が取付けられる。第３の真空チェンバー（３００）の他側には、被校正真空ゲージ（６０）が設けられ、その間には開閉バルブ（ｈ）が取付けられる。第３の真空チェンバー（３００）の別の他側には、ダミー真空ケージ（７０）が設けられ、その間には開閉バルブ（ｇ）が取付けられる。

また、第３の真空チェンバー（３００）の内には、オリフィス（７００）が設けられ、気体の流れを安定化させる。

第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）は、チェンバーの体積が互いに異なり、第１の真空チェンバー（１００）、第２の真空チェンバー（２００）、第３の真空チェンバー（３００）の手順でサイズが大きくなるように構成される。

また、各真空チェンバー（１００〜４００）などは、ＳＵＳ３０４の材料で加工される。

図４乃至図６は、本発明による真空ゲージの絶対校正及び比較校正段階のフローチャートを示す。

図４乃至図６に示されたように、本発明による低真空及び高真空領域の真空ゲージのＩｎ−Ｓｉｔｕ状態での校正方法は、第４の真空チェンバー（４００）から体積が互いに異なる第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）などへガスをパイプを通じて順次的に拡張移動させ、第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）などの圧力を計算する静的法標準器での絶対校正段階（Ｓ１００）と、絶対校正された基準真空ゲージを用いて真空ゲージの移動なく、Ｉｎ−Ｓｉｔｕ状態でオリフィス気体流れ制御方法による比較校正段階（Ｓ２００）とから構成される。

この時、図５に示すように絶対校正段階（Ｓ１００）は、第４の真空チェンバー（４００）に高純度（９９．９％）の窒素ガスを満たす段階（Ｓ１１０）と、バルブ（ａ、ｂ、ｃ、ｑ）を順次的に開閉しながら第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）などへガスをパイプを通じて手順に拡張移動させ、圧力を真空ゲージ（１０〜４０）などで各々測定し、相互間の体積率を計算する段階（Ｓ１２０）と、高真空ポンプ（５００）と、低真空ポンプ（６００）とを用いて真空チェンバーを最大到達圧力まで排気する段階（Ｓ１３０）と、真空チェンバーの水分と、脱ガス量とを減らして真空度を高めるために、真空チェンバーを最大１５０℃まで焼く段階（Ｓ１４０）と、常温で到達真空度を確認し、校正に使われる前記真空ゲージ（３０〜４０）と、前記被校正真空ゲージ（６０〜７０）とのゼロ点及びスパンを調節する段階（Ｓ１５０）と、第３の真空チェンバー（３００）に生じさせたい基準圧力と、第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）など相互間の体積率とに基づいて第１の真空チェンバー（１００）に校正ガスを満たす段階（Ｓ１６０）と、静的法校正方法に従ってバルブ（ａ〜ｑ）などを開閉しながらガスをパイプを通じて真空チェンバーへ拡張移動させながら望む校正圧力までガスの圧力を増加させながら圧力ごとに真空ゲージの指示圧力を記録する段階（Ｓ１７０）と、から構成される。

また、図６に示すように比較校正段階（Ｓ２００）は、上述した絶対校正が済むと、低真空（１Ｐａ以上）用真空ゲージ（３０）と、高真空（１Ｐａ以下）用ゲージ（４０）とのデータ整理及び校正成績書を作成して比較校正用基準真空ゲージとして使う段階（Ｓ２１０）と、校正された基準真空ゲージで一般真空ゲージの比較校正のために、真空チェンバーを到達真空度まで排気する段階（Ｓ２２０）と、校正真空ゲージ（３０〜４０）と、被校正真空ゲージ（６０〜７０）とのゼロ点及びスパンを再び調節する段階（Ｓ２３０）と、リークバルブ（ｐ）を通じて校正ガスを増加させながら望む圧力まで絶対校正された校正真空ゲージ（３０〜４０）と、被校正真空ゲージ（６０〜７０）との圧力を読んで比較校正を行う段階（Ｓ２４０）と、低真空用ゲージ（６０）は、バルブ（ｍ）を閉めて圧力を加えながら校正し、高真空用ゲージ（７０）は、バルブ（ｍ）を開いておいてオリフィス（７００）を通じてガスを流しながら校正する段階（Ｓ２５０）と、校正が済むと、全ての前記ポンプ（５００、６００）などを止め、高純度の窒素ガスを真空チェンバーなどに満たし、真空チェンバーなどの汚染を防止する段階（Ｓ２６０）と、から構成される。

この時、低真空から高真空領域までの基準圧力の発生技術及び校正技術と、絶対校正と比較校正との結合技術を更に含むのが望ましい。

図１乃至図６を参照して本発明に従うＩｎ−Ｓｉｔｕ法による真空ゲージの絶対校正及び比較校正装置の具体的な動作方法を説明する。

ａ）先ず、第４の真空チェンバー（４００）へ高純度（９９．９％）の窒素ガスを満たす。

ｂ）高真空ポンプ（５００）と、低真空ポンプ（６００）とを用いて真空チェンバーを最大到達圧力（ultimate pressure）まで排気する。

ｃ）真空チェンバーの水分と、脱ガス量とを減らして真空度を高めるために、真空チェンバーを最大１５０℃まで焼く。

ｄ）常温で到達真空度を確認し、校正に使われる真空ゲージ（１０）と、被校正真空ゲージ（３０）とのゼロ点及びスパンを調節する。

ｅ）第３の真空チェンバー（３００）に生じさせたい基準圧力と、第１〜第４の真空チェンバー（１００〜４００）など相互間の体積率とを考慮して第１の真空チェンバー（１００）へ校正ガスを満たす。

ｆ）バルブ（ａ）、バルブ（ｂ）、バルブ（ｃ、ｑ）を順次的に開閉しながら第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）などへガスをパイプを通じて手順に拡張移動させ、圧力を真空ゲージ（１０〜４０）などで各々測定し、相互間の体積率を計算する。

ｇ）静的法校正方法に従ってバルブ（ａ〜ｑ）などを開閉しながらガスをパイプを通じて真空チェンバーへ拡張移動させ、望む校正圧力までガスの圧力を増加させながら圧力ごとに真空ゲージの指示圧力を記録する。

ｈ）真空チェンバー（１００〜３００）の体積率が決まると、静的法校正方法に従って低真空ゲージ（３０）と、高真空ゲージ（４０）とを校正する。

ｉ）絶対校正が済むと、低真空（１Ｐａ以上）用真空ゲージ（３０）と、高真空（１Ｐａ以下）用ゲージ（４０）とのデータ整理及び校正成績書を作成し、比較校正用基準真空ゲージとして使う。

ｊ）校正された基準真空ゲージで一般真空ゲージの比較校正のために、真空チェンバーを到達真空度まで排気する。

ｋ）校正真空ゲージ（３０〜４０）と、被校正真空ゲージ（６０〜７０）とのゼロ点及びスパンを再び調節する。

ｌ）リークバルブ（ｐ）を通じて校正ガスを増加させながら望む圧力まで絶対校正された校正真空ゲージ（３０〜４０）と、被校正真空ゲージ（６０〜７０）との圧力を読んで比較校正を行う。

ｍ）低真空用ゲージ（６０）は、バルブ（ｍ）を閉めて圧力を加えながら校正し、高真空用ゲージ（７０）は、バルブ（ｍ）を開いておいてオリフィスを通じてガスを流しながら校正する。

ｎ）校正が済むと、全てのポンプ（５００、６００）などを止め、高純度の窒素ガスを第１〜第４の真空チェンバー（１００〜４００）などへ満たし、真空チェンバーなどの汚染を防止する。

たとえ本発明が前記で言及した望ましい実施例と関連して説明されたが、本発明の要旨と範囲から脱することなく、多様な修正及び変形が可能であることは当業者であれば、容易に認識することができ、このような変更及び修正は全て添付された特許請求の範囲に属することは自明である。

本発明の第１の実施の形態のＩｎ−Ｓｉｔｕ法による真空ゲージの絶対校正及び比較校正装置の構造を示す概略構成図である。本発明に従って静的法により校正された低真空ゲージの校正結果の例を示す特性図である。本発明に従って比較校正法により校正された低真空ゲージの校正結果の例を示す特性図である。本発明の第１の実施の形態による真空ゲージの絶対校正及び比較校正段階を示すフローチャートである。同じく第１の実施の形態による真空ゲージの絶対校正段階を示すフローチャートである。同じく第１の実施の形態による真空ゲージの比較校正段階を示すフローチャートである。

符号の説明

１０、２０、５０…真空ゲージ、３０…低真空用ゲージ、４０…高真空用ゲージ、６０…被校正真空ゲージなど、７０…ダミー真空ゲージなど、１００、２００、３００、４００…真空チェンバー、５００…高真空ポンプ、６００…低真空ポンプ、７００…オリフィス、ａ、ｐ…リークバルブ、ｂ〜ｏ、ｑ…開閉バルブ。

Claims

低真空及び高真空領域の真空ゲージのＩｎ−Ｓｉｔｕ状態での校正装置において、
ガスを満たした第４の真空チェンバー（４００）と、
前記第４の真空チェンバー（４００）のガスが順次的に拡張移動する第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）と、
前記各真空チェンバー（１００、２００、４００）の圧力を各々測定する真空ゲージ（１０、２０、５０）と、第３の真空チェンバー（３００）の圧力を測定する低真空用ゲージ（３０）、高真空用ゲージ（４０）、被校正真空ゲージなど（６０）、ダミー真空ゲージなど（７０）と、
前記各真空チェンバー（１００〜４００）などからのガス出入を制御するリークバルブ（ａ、ｐ）など、及び開閉バルブ（ｂ〜ｏ、ｑ）などと、
前記各真空チェンバー（１００〜４００）などを最大到達圧力まで排気する高真空ポンプ（５００）及び低真空ポンプ（６００）と、
前記第３の真空チェンバー（３００）内で前記ガスの流れを安定化させるためのオリフィス（７００）と、
から構成されることを特徴とする真空ゲージの絶対校正及び比較校正装置。
前記各真空チェンバー（１００〜４００）などは、ＳＵＳ３０４の材料で加工されることを特徴とする請求項１に記載の真空ゲージの絶対校正及び比較校正装置。
前記第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）などは、第１の真空チェンバー（１００）、第２の真空チェンバー（２００）、第３の真空チェンバー（３００）の手順でサイズが大きくなることを特徴とする請求項１に記載の真空ゲージの絶対校正及び比較校正装置。
前記第４の真空チェンバー（４００）の前記ガスは、高純度（９９．９％）の窒素ガスであることを特徴とする請求項１に記載の真空ゲージの絶対校正及び比較校正装置。
低真空及び高真空領域の真空ゲージのＩｎ−Ｓｉｔｕ状態での校正方法において、
第４の真空チェンバー（４００）から体積が互いに異なる第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）などへガスを順次的に拡張移動させ、前記第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）などの圧力を計算する静的法標準器での絶対校正段階（Ｓ１００）と、
前記絶対校正された基準真空ゲージを用いて真空ゲージの移動なく、Ｉｎ−Ｓｉｔｕ状態でオリフィス気体流れ制御方法による比較校正段階（Ｓ２００）と、
から構成されることを特徴とする校正方法。
前記絶対校正段階（Ｓ１００）は、
前記第４の真空チェンバー（４００）に高純度（９９．９％）の窒素ガスを満たす段階（Ｓ１１０）と、
バルブ（ａ、ｂ、ｃ、ｑ）を順次的に開閉しながら前記第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）などへ前記ガスをパイプを通じて手順に拡張移動させ、圧力を真空ゲージ（１０〜４０）などで各々測定し、相互間の体積率を計算する段階（Ｓ１２０）と、
高真空ポンプ（５００）と、低真空ポンプ（６００）とを用いて前記真空チェンバーを最大到達圧力まで排気する段階（Ｓ１３０）と、
前記真空チェンバーの水分と、脱ガス量とを減らして真空度を高めるために、前記真空チェンバーを最大１５０℃まで焼く段階（Ｓ１４０）と、
常温で到達真空度を確認し、校正に使われる前記真空ゲージ（３０〜４０）と、前記被校正真空ゲージ（６０〜７０）とのゼロ点及びスパンを調節する段階（Ｓ１５０）と、
前記第３の真空チェンバー（３００）に生じさせたい基準圧力と、前記第１〜第３の真空チェンバー（１００〜３００）など相互間の体積率とに基づいて前記第１の真空チェンバー（１００）に校正ガスを満たす段階（Ｓ１６０）と、
前記静的法校正方法に従ってバルブ（ａ〜ｑ）などを開閉しながら前記ガスをパイプを通じて前記真空チェンバーへ拡張移動させながら望む校正圧力まで前記ガスの圧力を増加させながら圧力ごとに前記真空ゲージの指示圧力を記録する段階（Ｓ１７０）と、
から構成されることを特徴とする請求項５に記載の校正方法。
前記比較校正段階（Ｓ２００）は、
前記絶対校正が済むと、低真空（１Ｐａ以上）用真空ゲージ（３０）と、高真空（１Ｐａ以下）用ゲージ（４０）とのデータ整理及び校正成績書を作成して前記比較校正用基準真空ゲージとして使う段階（Ｓ２１０）と、
校正された前記基準真空ゲージで一般真空ゲージの前記比較校正のために、前記真空チェンバーを到達真空度まで排気する段階（Ｓ２２０）と、
前記校正真空ゲージ（３０〜４０）と、被校正真空ゲージ（６０〜７０）とのゼロ点及びスパンを再び調節する段階（Ｓ２３０）と、
リークバルブ（ｐ）を通じて校正ガスを増加させながら望む圧力まで前記絶対校正された校正真空ゲージ（３０〜４０）と、被校正真空ゲージ（６０〜７０）との圧力を読んで前記比較校正を行う段階（Ｓ２４０）と、
前記低真空用ゲージ（６０）は、バルブ（ｍ）を閉めて圧力を加えながら校正し、前記高真空用ゲージ（７０）は、バルブ（ｍ）を開いておいてオリフィス（７００）を通じてガスを流しながら校正する段階（Ｓ２５０）と、
前記校正が済むと、全ての前記ポンプ（５００、６００）などを止め、前記高純度の窒素ガスを前記真空チェンバーなどに満たし、前記真空チェンバーなどの汚染を防止する段階（Ｓ２６０）と、
から構成されることを特徴とする請求項５に記載の校正方法。