JP2015148579A

JP2015148579A - 静電容量型圧力センサ

Info

Publication number: JP2015148579A
Application number: JP2014023060A
Authority: JP
Inventors: 偉伸栃木; Ishin Tochigi
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: JP6154760B2

Abstract

【課題】ヒータの昇温効率の低下や温度センサの故障などの異常を早期に発見する。【解決手段】加熱制御回路４００Ａに状態判定部４０２Ａを設ける。状態判定部４０２Ａは、温度センサ１４からの計測温度Ｔｐｖとクローズドループ温度制御部４０１Ａからのヒータ出力Ｐｏｕｔとクローズドループ温度制御部４０１Ａへの設定温度Ｔｓｐとを入力とし、計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとが等しく制御されている時（高温到達時）のヒータ出力Ｐｏｕｔを監視し、ヒータ出力Ｐｏｕｔが正常値(標準値)Ｐｓｔに対して閾値α以上高い場合、加熱用ヒータ９０に変形の兆候が生じているものと判断し、加熱用ヒータ９０に異常が発生している旨の判定結果をアラーム等信号送信部４０３Ａへ送る。【選択図】図３

Description

この発明は、被測定流体の圧力を受けて撓むダイアフラム(隔膜)の変化を静電容量の変化として検出する静電容量型圧力センサに関するものである。

従来より、被測定流体の圧力を受けて撓むダイアフラムの変化を静電容量の変化として検出する静電容量型圧力センサは広く知られている。例えば、半導体製造装置などにおける薄膜形成プロセス中の真空状態の圧力を計測するために静電容量型圧力センサが利用されており、この真空状態の圧力を計測するための静電容量型圧力センサを隔膜真空計と呼んでいる。

この隔膜真空計は、被測定流体の導入部を有するハウジングと、このハウジングの導入部を通して導かれてくる被測定流体の圧力を受けて撓むダイアフラムの変化を静電容量の変化として検出するセンサチップと、センサチップを内部に収容したハウジングの本体を覆うセンサケースとを有している。

この隔膜真空計は、基本的に、そのダイアフラムにプロセス対象の薄膜と同じ物質やその副生成物等が堆積する。以下、この堆積する物質を汚染物質と呼ぶ。この汚染物質がダイアフラムに堆積すると、それらによる応力によりダイアフラムの撓みが生じて、センサの出力信号にシフト（零点ドリフト）を生じる。また、堆積した汚染物質により見かけ上ダイアフラムが厚くなるので、ダイアフラムが撓みにくくなり、圧力印加に伴う出力信号の変化幅（スパン）も本来の出力信号の変化幅よりも小さくなってしまう。

そこで、隔膜真空計には、導入部とダイアフラムとの間に、被測定流体の通過方向にその板面を直交させて、被測定流体に含まれる汚染物質のダイアフラムへの堆積を防止するバッフルが設けられている。また、ヒータによって加熱することにより、センサケース内の温度を汚染物質が析出することのない高温度に保つようにしている（例えば、特許文献１参照）。

なお、特許文献１ではセンサケース内にヒータを設けているが、例えば特許文献２，３に示されるように、センサケースの外周壁にヒータを巻き付けたり、すり割り状のヒータを外側から締め付けて取り付けるなどの方法も考えられる。

特開２００７−１５５５００号公報特開平５−２８１０７３号公報特開２００７−００２９８６号公報特開２００２−１１１０１１号公報

しかしながら、例えば、シースヒータ（金属パイプの中央にスパイラル発熱体を熱伝導の良い高絶縁粉末で充填した電気ヒータ）をセンサケースの外周壁にコイル状に巻き付けるように構成した場合、加熱冷却の繰り返しに伴う膨張・収縮によりヒータが変形して被加熱物との接触面積が減少し、昇温効率の低下を招き、最終的にはセンサケース内の温度が目標温度に到達しない虞がある。さらに、目標温度に到達しないなど制御不能状態に陥らない限り問題に気づくことができず、昇温効率が低下した状態が放置されてしまうことがある。また、温度センサの故障などの異常を見逃してしまうこともある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ヒータの昇温効率の低下や温度センサの故障などの異常を早期に発見することが可能な静電容量型圧力センサを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、被測定流体の導入部を有するハウジングと、導入部を通して導かれてくる被測定流体の圧力を受けて撓むダイアフラムの変化を静電容量の変化として検出するセンサチップと、センサチップを内部に収容したハウジングの本体を覆うセンサケースと、センサケース内を加熱するヒータと、センサケース内の温度を測定する温度センサと、センサケース内の温度が予め定められた温度となるようにヒータへの出力を制御するヒータ制御部とを備えた静電容量型圧力センサにおいて、温度センサが測定するセンサケース内の温度の推移およびヒータ制御部からのヒータへの出力の推移に基づいて異常が発生しているか否かを判定する状態判定部を備えることを特徴とする(請求項１)。

例えば、本発明では、温度センサが測定するセンサケース内の温度を計測温度Ｔｐｖとし、予め定められた温度を設定温度Ｔｓｐとし、計測温度Ｔｐｖが設定温度Ｔｓｐと等しくなるようにヒータへの出力(ヒータ出力)をクローズドループ制御する場合、計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとが等しく制御されている時のヒータ出力に基づいてヒータに関する異常が発生しているか否かを判定するようにする（請求項２）。

クローズドループ制御の場合、例えば、ヒータの接触面積が減少すると、計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとが等しく制御されている時（高温到達時）のヒータ出力は大きくなる。この場合、高温到達時のヒータ出力を正常値（標準値）と比較することにより、ヒータの接触面積が減少しているか否かを判断することが可能である。

また、本発明では、温度センサが測定するセンサケース内の温度を計測温度Ｔｐｖとし、予め定められた温度を設定温度Ｔｓｐとし、計測温度Ｔｐｖが設定温度Ｔｓｐと等しくなるようにヒータへの出力(ヒータ出力)をクローズドループ制御する場合、ヒータへの出力が予め定められている上限値に達している時の計測温度Ｔｐｖに基づいて温度センサに関する異常が発生しているか否かを判定するようにする（請求項３）。

クローズドループ制御の場合、例えば、計測温度Ｔｐｖが異常低下すると、ヒータ出力が大きくなり、上限値に達する。この場合、ヒータ出力が上限値に達している時（最大ヒータ出力時)の計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとを比較することにより、温度センサに異常が生じているか否かを判断することが可能である。

また、本発明では、予め定められた温度を目標温度Ｔｔｐとし、センサケース内の温度が目標温度Ｔｔｐとなるようにヒータへの出力をオープンループ制御する場合、温度センサが測定するセンサケース内の温度を計測温度Ｔｐｖとして取り込み、ヒータへの出力(ヒータ出力)が目標温度Ｔｔｐに対応する正常な値に達している時の計測温度Ｔｐｖに基づいてヒータもしくは温度センサに関する異常が発生しているか否かを判定するようにする（請求項４）。

オープンループ制御の場合、例えば、ヒータの接触面積が減少すると、ヒータへの出力が目標温度Ｔｔｐに対応する標準値に達している時の計測温度Ｔｐｖは低下する。この場合、ヒータへの出力が目標温度Ｔｔｐに対応する正常値（標準値）に達している時（高温到達時）の計測温度Ｔｐｖと目標温度Ｔｔｐとを比較することにより、ヒータの接触面積が減少しているか否かを判断することが可能である。

また、オープンループ制御の場合、例えば、計測温度Ｔｐｖが異常低下しても、ヒータへの出力は変わらない。この場合、ヒータへの出力が目標温度Ｔｔｐに対応する正常値（標準値）に達している時（高温到達時）の計測温度Ｔｐｖと目標温度Ｔｔｐとを比較することにより、温度センサに異常が生じているか否かを判断することが可能である。

本発明によれば、温度センサが測定するセンサケース内の温度の推移およびヒータ制御部からのヒータへの出力の推移に基づいて異常が発生しているか否かを判定するようにしたので、計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとが等しく制御されている時のヒータ出力に基づいてヒータに関する異常が発生しているか否かを判定するようにしたり、ヒータへの出力が予め定められている上限値に達している時の計測温度Ｔｐｖに基づいて温度センサに関する異常が発生しているか否かを判定するようにしたり、ヒータへの出力が目標温度Ｔｔｐに対応する正常な値に達している時の計測温度Ｔｐｖに基づいてヒータもしくは温度センサに関する異常が発生しているか否かを判定するようにしたりして、ヒータの昇温効率の低下や温度センサの故障などの異常を早期に発見することが可能となる。これにより、静電容量型圧力センサの不具合発生の確率が低くない状態を検出し、静電容量型圧力センサ自体の健常性を向上させることができるようになる。

本発明に係る静電容量型圧力センサの一実施の形態の要部を示す縦断面図である。この隔膜真空計に用いるバッフルの平面図である。この隔膜真空計における加熱制御回路の第１例の要部を示す図である。加熱制御回路の第１例の動作を説明するためのタイムチャートである。この隔膜真空計における加熱制御回路の第２例の要部を示す図である。加熱制御回路の第２例の動作を説明するためのタイムチャートである。この隔膜真空計における加熱制御回路の第３例の要部を示す図である。加熱制御回路の第３例の動作を説明するためのタイムチャートである。この隔膜真空計における加熱制御回路の第４例の要部を示す図である。加熱制御回路の第４例の動作を説明するためのタイムチャートである。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る静電容量型圧力センサの一実施の形態の要部を示す縦断面図である。

この静電容量型圧力センサ（隔膜真空計）１は、ハウジング１０と、ハウジング１０内に収容された台座プレート２０と、同じくハウジング１０内に収容され台座プレート２０に接合されたセンサチップ３０と、ハウジング１０に直接取付けられハウジング１０内外を導通接続する電極リード部４０とを備えている。

また、台座プレート２０は、第１の台座プレート２１と第２の台座プレート２２とから構成され、ハウジング１０に対して隔間しており、支持ダイアフラム５０のみを介してハウジング１０に支持されている。

ハウジング１０は、ロアハウジング１１、アッパハウジング１２、及びカバー１３から構成されている。なお、ロアハウジング１１、アッパハウジング１２、及びカバー１３は、耐食性の金属であるインコネルからなり、それぞれ溶接により接合されている。

ロアウジング１１は、径の異なる円筒体を連結した形状を備え、その大径部１１ａは支持ダイアフラム５０との接合部を有し、その小径部１１ｂは被測定流体が流入する導入部１０Ａをなしている。

アッパハウジング１２は略円筒体形状を有し、カバー１３、支持ダイアフラム５０、台座プレート２０、及びセンサチップ３０を介してハウジング１０内に独立した真空の基準真空室１０Ｂを形成している。なお、基準真空室１０Ｂにはいわゆるゲッター（図示せず）と呼ばれる気体吸着物質が備わり、真空度を維持している。

また、カバー１３は円形のプレートからなり、カバー１３の所定位置には電極リード挿通孔１３ａが形成されており、ハーメチックシール６０を介して電極リード部４０が埋め込まれ、この部分のシール性が確保されている。

一方、支持ダイアフラム５０はハウジング１０の形状に合わせた外形形状を有するインコネルの薄板からなり、第１の台座プレート２１と第２の台座プレート２２との間に挟まれた状態で、その外周部（周囲縁部）が上述したロアハウジング１１とアッパハウジング１２の縁部に挟まれて溶接等により接合されている。

なお、支持ダイアフラム５０の厚さは、例えば本実施形態の場合数十ミクロンであって、各台座プレート２１，２２より充分薄い厚さとなっている。また、支持ダイアフラム５０の中央部には、第１の台座プレート２１と第２の台座プレート２２との間にスリット状の空間（キャビティ）２０Ａを作る大径の孔５０ａが形成されている。

第１の台座プレート２１および第２の台座プレート２２は、酸化アルミニウムの単結晶体であるサファイアからなり、第１の台座プレート２１はハウジング１０の内面から離間させた状態で支持ダイアフラム５０の上面に接合され、第２の台座プレート２２はハウジング１０の内面から離間させた状態で支持ダイアフラム５０の下面に接合されている。

また、第１の台座プレート２１には、スリット状の空間（キャビティ）２０Ａに連通する被測定流体の導入孔２１ａがその中央部に形成されており、第２の台座プレート２２には、スリット状の空間（キャビティ）２０Ａに連通するとともにセンサチップ３０のセンサダイアフラム３２への導出孔２２ａが複数（この例では、４つ）形成されている。

なお、各台座プレート２１，２２は、支持ダイアフラム５０の厚さに対して上述の通り十分に厚くなっており、かつ支持ダイアフラム５０を両台座プレート２１，２２でいわゆるサンドイッチ状に挟み込む構造を有している。これによって、支持ダイアフラム５０と台座プレート２０の熱膨張率の違いによって発生する熱応力でこの部分が反るのを防止している。

また、第２の台座プレート２２には酸化アルミニウムの単結晶体であるサファイアでできた上面視矩形状のセンサチップ３０が酸化アルミニウムベースの接合材を介して接合されている。なお、このセンサチップ３０の接合方法については、特許文献４に詳しく記載されているのでここでの説明は省略する。

センサチップ３０は上面視で１ｃｍ角以下の大きさを有し、四角角型の薄板からなるスペーサ３１と、スペーサ３１に接合されかつ圧力の印加に応じてひずみが生じるセンサダイアフラム３２と、センサダイアフラム３２に接合して真空の容量室（リファレンス室）３０Ａを形成するセンサ台座３３を有している。また、真空の容量室３０Ａと基準真空室１０Ｂとはセンサ台座３２の適所に穿設された図示しない連通孔を介して共に同一の真空度を保っている。

なお、スペーサ３１、センサダイアフラム３２、及びセンサ台座３３はいわゆる直接接合によって互いに接合され、一体化したセンサチップ３０を構成している。このセンサチップ３０の構成要素とされるセンサダイアフラム３２が本発明でいうダイアフラムに相当する。

また、センサチップ３０の容量室３０Ａには、センサ台座３３の内面に金又は白金等の導体でできた固定電極（図示せず）が形成されているとともに、これと対向するセンサダイアフラム３２の内面（裏面）上に金又は白金等の導体でできた可動電極（図示せず）が形成されている。また、センサチップ３０の上面には金又は白金からなるコンタクトパッド３５，３６が形成され、容量室３０Ａ内の固定電極や可動電極はコンタクトパッド３５，３６と図示しない配線によって接続されている。

一方、電極リード部４０は電極リードピン４１と金属製のシールド４２とを備え、電極リードピン４１は金属製のシールド４２にガラスなどの絶縁性材料からなるハーメチックシール４３によってその中央部分が埋設され、電極リードピン４１の両端部間で気密状態を保っている。そして、電極リードピン４１の一端はハウジング１０の外部に露出して図示しない配線によって隔膜真空計１の出力を外部の信号処理部に伝達するようになっている。なお、シールド４２とカバー１３との間にも上述の通りハーメチックシール６０が介在している。また、電極リードピン４１の他方の端部には導電性を有するコンタクトバネ４５，４６が接続されている。

コンタクトバネ４５，４６は、導入部１０Ａから被測定流体が急に流れ込むことで発生する急激な圧力上昇により支持ダイアフラム５０が若干変移しても、コンタクトバネ４５，４６の付勢力がセンサチップ３０の測定精度に影響を与えない程度の十分な柔らかさを有している。

この隔膜真空計１において、センサチップ３０のセンサダイアフラム３２と導入部１０Ａとの間には、導入部１０Ａからの被測定流体の出口に、被測定流体の通過方向Ｆにその板面を直交させて、インコネルからなるバッフル７０が配置されている。

図２にバッフル７０の平面図を示す。バッフル７０には、その外周部に所定の角度間隔でタブ７０ａが形成されており、このタブ７０ａ間の隙間７０ｂを被測定流体が通過して、センサダイアフラム３２へと送られる。

また、この隔膜真空計１において、ハウジング１０は、その被測定流体の導入部（導圧管）１０Ａを外部（下方）に引き出すようにして、円筒状のセンサケース８０の内部に設けられている。センサケース８０の上部は、このセンサケース８０の一部をなす蓋８０ａで塞がれており、すなわちセンサチップ３０を内部に収容したハウジング１０の本体がセンサケース８０によって覆われており、このセンサケース８０の蓋８０ａに設けられた導出孔（図示せず）を通して、電極リードピン４１に接続された配線が外部の信号処理部に導かれている。

また、この隔膜真空計１において、センサケース８０の外周壁には、その周囲を囲むように加熱用ヒータ９０が設けられている。この例では、加熱用ヒータ９０としてシースヒータが用いられているが、すり割り状のヒータを用いるなどしてもよい。また、加熱用ヒータ９０に対しては、この加熱用ヒータ９０の外表面を押さえ込むようにして金属製のブロック１００が設けられている。

一方、この隔膜真空計１には、加熱用ヒータ９０を加熱制御する加熱制御回路４００が設けられている。この加熱制御回路４００は、センサケース８０内の温度の計測値（計測温度）Ｔｐｖと、予め定められた温度（フィードバック制御の場合は設定温度Ｔｓｐ、オープンループ制御の場合は目標温度Ｔｔｐ）とを入力とし、加熱用ヒータ９０への出力(ヒータ出力)を制御する。

なお、この例では、ハウジング１０の外側に温度センサ１４が設けられており、この温度センサ１４が検出するセンサ温度がセンサケース８０内の計測温度Ｔｐｖとして、センサケース８０の蓋８０ａに設けられた導出孔（図示せず）を通して、加熱制御回路４００に送られてくるものとされている。

また、加熱制御回路４００において、設定温度Ｔｓｐ（目標温度Ｔｔｐ）は、例えば３００℃以上の値として定められている。この加熱制御回路４００は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。

また、この隔膜真空計１において、操作者は、被測定流体の圧力の測定に際し、加熱制御回路４００への指令をＯＮとして被測定流体の圧力の測定を行い、被測定流体の圧力の測定を行った後は省エネルギーのために加熱制御回路４００への指令をＯＦＦとする。

〔加熱制御回路の第１例(実施の形態１)：クローズドループ制御、ヒータの異常判定〕
図３に加熱制御回路４００の第１例の要部を示す。この加熱制御回路４００（４００Ａ）は、クローズドループ温度制御部４０１Ａと、状態判定部４０２Ａと、アラーム等信号送信部４０３Ａとを備えている。

クローズドループ温度制御部４０１Ａは、操作者からのＯＮ／ＯＦＦの指令を受けて動作し、操作者からのＯＮの指令を受けると、温度センサ１４からの計測温度Ｔｐｖが設定温度Ｔｓｐと等しくなるように加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔをクローズドループ制御し、操作者からのＯＦＦの指令を受けると、加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔを０とする。なお、この例において、クローズドループ制御としては、ＰＩＤ制御などのフィードバック制御が採用されている。

状態判定部４０２Ａは、温度センサ１４からの計測温度Ｔｐｖとクローズドループ温度制御部４０１Ａからのヒータ出力Ｐｏｕｔと設定温度Ｔｓｐとを入力とし、計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとが等しく制御されている時のヒータ出力Ｐｏｕｔに基づいて加熱用ヒータ９０に関する異常が発生しているか否かを判定する。

なお、状態判定部４０２Ａには、計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとが等しく制御されている時のヒータ出力Ｐｏｕｔの正常値(標準値)がＰｓｔとして設定されており、加熱用ヒータ９０に関する異常の発生の有無の判定に際して用いられる閾値がαとして設定されている。

アラーム等信号送信部４０３Ａは、状態判定部４０２Ａからの加熱用ヒータ９０に関する異常の発生の有無の判定結果を受けて、その判定結果を上位装置（図示せず）へ送信する。

以下、図４に示すタイムチャートを用いて、加熱制御回路４００Ａの動作について具体的に説明する。図４に示すタイムチャートにおいて、図４（ａ）は計測温度Ｔｐｖの変化を示し、図４（ｂ）はヒータ出力Ｐｏｕｔの変化を示す。

図４に示すｔ１点では、加熱制御回路４００Ａへの操作者からの指令がＯＦＦとされており、この指令を受けてクローズドループ温度制御部４０１Ａは加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔを０とする。これにより、それまで設定温度Ｔｓｐに合わせ込まれていた計測温度Ｔｐｖは低下して行く。

なお、この例において、ｔ１点までは、加熱用ヒータ９０の変形は生じておらず、ｔ１点以降、加熱用ヒータ９０が徐々に変形し、センサケース８０との接触面積が徐々に減少し、昇温効率の低下が生じ始めているものとする。

次の回の圧力測定に際し、加熱制御回路４００Ａへの操作者からの指令がＯＮとされると(図４に示すｔ２点)、クローズドループ温度制御部４０１Ａは、計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとが等しくなるように加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔを制御（クローズドループ制御）し始める。

この例では、加熱用ヒータ９０の変形により、センサケース８０との接触面積が少し減少している。このため、ヒータ出力Ｐｏｕｔが正常値(標準値)Ｐｓｔに達しても計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとは等しくならず、正常値(標準値)Ｐｓｔを少し超えた所で計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとが等しくなっている(図４に示すｔ３点)。この場合、被測定流体の圧力の測定は、計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとが等しく制御されている状態で行われる。

加熱用ヒータ９０の変形により、センサケース８０との接触面積が徐々に減少して行くと、計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとが等しく制御されている時のヒータ出力Ｐｏｕｔの正常値(標準値)Ｐｓｔに対する超過分が増大して行く。

状態判定部４０２Ａは、計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとが等しく制御されている時のヒータ出力Ｐｏｕｔを監視し、このヒータ出力Ｐｏｕｔが正常値(標準値)Ｐｓｔに対して閾値α以上高い場合、加熱用ヒータ９０に変形の兆候が生じているものと判断し、加熱用ヒータ９０に異常が発生している旨の判定結果をアラーム等信号送信部４０３Ａへ送る。アラーム等信号送信部４０３Ａは、この状態判定部４０２Ａからの判定結果を上位装置へ送信する。

このようにして、この加熱制御回路４００Ａでは、計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとが等しく制御されている時（高温到達時）のヒータ出力Ｐｏｕｔをデータ処理（正常値(標準値)Ｐｓｔとの差異を検出）することで、加熱用ヒータ９０の変形の経時変化(的なもの)を簡易的に推定し、ヒータの昇温効率の低下を早期に発見することが可能となる。これにより、隔膜真空計１の不具合発生の確率が低くない状態を検出し、隔膜真空計１自体の健常性を向上させることができるようになる。

〔加熱制御回路の第２例(実施の形態２)：クローズドループ制御、温度センサの異常判定〕
図５に加熱制御回路４００の第２例の要部を示す。この第２例の加熱制御回路４００(４００Ｂ)は、クローズドループ温度制御部４０１Ｂと、状態判定部４０２Ｂと、アラーム等信号送信部４０３Ｂとを備えている。

この加熱制御回路４００Ｂにおいて、クローズドループ温度制御部４０１Ｂおよびアラーム等信号送信部４０３Ｂの機能は、第１例の加熱制御回路４００Ａにおけるクローズドループ温度制御部４０１Ａおよびアラーム等信号送信部４０３Ａと同じである。この第２例の加熱制御回路４００Ｂでは、状態判定部４０２Ｂの機能のみが第１例の加熱制御回路４００Ａにおける状態判定部４０２Ａとは異なっている。

この加熱制御回路４００Ｂにおいて、状態判定部４０２Ｂには、ヒータ出力Ｐｏｕｔの上限値がＰｍａｘとして設定されており、温度センサ１４に関する異常の発生の有無の判定に際して用いられる閾値がβとして設定されている。

以下、図６に示すタイムチャートを用いて、加熱制御回路４００Ｂの動作について具体的に説明する。図６に示すタイムチャートにおいて、図６（ａ）は計測温度Ｔｐｖの変化を示し、図６（ｂ）はヒータ出力Ｐｏｕｔの変化を示す。

図６に示すｔ１点では、加熱制御回路４００Ｂへの操作者からの指令がＯＦＦとされており、この指令を受けてクローズドループ温度制御部４０１Ｂは加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔを０とする。これにより、それまで設定温度Ｔｓｐに合わせ込まれていた計測温度Ｔｐｖは低下して行く。

次の回の圧力測定に際し、加熱制御回路４００Ｂへの操作者からの指令がＯＮとされると(図６に示すｔ２点)、クローズドループ温度制御部４０１Ｂは、計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとが等しくなるように加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔを制御（クローズドループ制御）し始める。

このクローズドループ制御によって、計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとが等しくなり(図６に示すｔ３点)、ヒータ出力Ｐｏｕｔは正常値（標準値）Ｐｓｔを維持する。この場合、被測定流体の圧力の測定は、計測温度Ｔｐｖと設定温度Ｔｓｐとが等しく制御されている状態で行われる。

ここで、例えば温度センサ１４に異常が生じ、センサケース８０内の温度が設定温度Ｔｓｐとなっているにも拘わらず、温度センサ１４からの計測温度Ｔｐｖが低下（異常低下）し始めたとする(図６に示すｔ４点)。

このような場合、クローズドループ温度制御部４０１Ｂは、温度センサ１４からの計測温度Ｔｐｖを設定温度Ｔｓｐに一致させようとして、ヒータ出力Ｐｏｕｔを大きくする。しかし、ヒータ出力Ｐｏｕｔをいくら大きくしても、温度センサ１４からの計測温度Ｔｐｖは高くならない。

状態判定部４０２Ｂは、ヒータ出力Ｐｏｕｔを監視し、このヒータ出力Ｐｏｕｔが上限値Ｐｍａｘに達している時(最大ヒータ出力時)の計測温度Ｔｐｖを取り込み、この計測温度Ｔｐｖが設定温度Ｔｓｐに対して閾値β以上低い場合、温度センサ１４に故障などの異常が発生している旨の判定結果をアラーム等信号送信部４０３Ｂへ送る。アラーム等信号送信部４０３Ｂは、この状態判定部４０２Ｂからの判定結果を上位装置へ送信する。

このようにして、この加熱制御回路４００Ｂでは、最大ヒータ出力時（ヒータ出力Ｐｏｕｔが上限値Ｐｍａｘに達している時）の計測温度Ｔｐｖをデータ処理（設定温度Ｔｓｐとの差異を検出）することで、温度センサ１４の不具合を簡易的に推定し、温度センサ１４の故障などの異常を早期に発見することが可能となる。これにより、隔膜真空計１の不具合発生の確率が低くない状態を検出し、隔膜真空計１自体の健常性を向上させることができるようになる。

〔加熱制御回路の第３例(実施の形態３)：オープンループ制御、ヒータの異常判定〕
図７に加熱制御回路４００の第３例の要部を示す。この第３例の加熱制御回路４００(４００Ｃ)は、オープンループ温度制御部４０１Ｃと、状態判定部４０２Ｃと、アラーム等信号送信部４０３Ｃとを備えている。

この加熱制御回路４００Ｃにおいて、オープンループ温度制御部４０１Ｃは、操作者からのＯＮ／ＯＦＦの指令を受けて動作し、操作者からのＯＮの指令を受けると、センサケース８０内の温度が目標温度Ｔｔｐとなるように加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔをオープンループ制御し、操作者からのＯＦＦの指令を受けると、加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔを０とする。加熱制御回路４００Ｃにおけるオープンループ制御としては、フィードフォワード制御が採用されている。

状態判定部４０２Ｃは、温度センサ１４からの計測温度Ｔｐｖとオープンループ温度制御部４０１Ｃからのヒータ出力Ｐｏｕｔとを入力とし、ヒータ出力Ｐｏｕｔが目標温度Ｔｔｐに対応するヒータ出力Ｐｏｕｔの正常値(標準値)に達している時の計測温度Ｔｐｖに基づいて加熱用ヒータ９０に関する異常が発生しているか否かを判定する。

なお、状態判定部４０２Ｃには、目標温度Ｔｔｐに対応するヒータ出力Ｐｏｕｔの正常値(標準値)がＰｓｔとして設定されており、加熱用ヒータ９０に関する異常の発生の有無の判定に際して用いる閾値がγとして設定されている。

アラーム等信号送信部４０３Ｃは、状態判定部４０２Ｃからの加熱用ヒータ９０に関する異常の発生の有無の判定結果を受けて、その判定結果を上位装置（図示せず）へ送信する。

以下、図８に示すタイムチャートを用いて、加熱制御回路４００Ｃの動作について具体的に説明する。図８に示すタイムチャートにおいて、図８（ａ）は計測温度Ｔｐｖの変化を示し、図８（ｂ）はヒータ出力Ｐｏｕｔの変化を示す。

図８に示すｔ１点では、加熱制御回路４００Ｃへの操作者からの指令がＯＦＦとされており、この指令を受けてオープンループ温度制御部４０１Ｃは加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔを０とする。これにより、それまで目標温度Ｔｓｐに達していた計測温度Ｔｐｖは低下して行く。

加熱制御回路４００Ｃへの操作者からの指令がＯＮとされると(図８に示すｔ２点)、オープンループ温度制御部４０１Ｃは、センサケース８０内の温度が目標温度Ｔｔｐとなるように加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔを制御（オープンループ制御）し始める。すなわち、センサケース８０内の温度を目標温度Ｔｔｐとするべく、加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔを目標温度Ｔｔｐに対応する正常値(標準値)Ｐｓｔまで上昇させ始める。

この例では、加熱用ヒータ９０の変形により、センサケース８０との接触面積が少し減少している。このため、ヒータ出力Ｐｏｕｔが正常値(標準値)Ｐｓｔに達してもセンサケース８０内の温度すなわち計測温度Ｔｐｖは目標温度Ｔｔｐとならず、目標温度Ｔｔｐよりも少し低い温度で落ち着く(図８に示すｔ３点)。この場合、被測定流体の圧力の測定は、ヒータ出力Ｐｏｕｔが正常値(標準値)Ｐｓｔに達している状態で行われる。

加熱用ヒータ９０の変形により、センサケース８０との接触面積が徐々に減少して行くと、ヒータ出力Ｐｏｕｔが正常値(標準値)Ｐｓｔに達している時の目標温度Ｔｔｐに対する計測温度Ｔｐｖの不足分が増大して行く。

状態判定部４０２Ｃは、ヒータ出力Ｐｏｕｔが正常値(標準値)Ｐｓｔに達している時の計測温度Ｔｐｖを監視し、この計測温度Ｔｐｖが目標温度Ｔｔｐに対して閾値γ以上低い場合、加熱用ヒータ９０に変形の兆候が生じているものと判断し、加熱用ヒータ９０に異常が発生している旨の判定結果をアラーム等信号送信部４０３Ｃへ送る。アラーム等信号送信部４０３Ｃは、この状態判定部４０２Ｃからの判定結果を上位装置へ送信する。

このようにして、この加熱制御回路４００Ｃでは、ヒータ出力Ｐｏｕｔが正常値(標準値)Ｐｓｔに達している時（高温到達時）の計測温度Ｔｐｖをデータ処理（目標温度Ｔｔｐとの差異を検出）することで、加熱用ヒータ９０の変形の経時変化(的なもの)を簡易的に推定し、ヒータの昇温効率の低下を早期に発見することが可能となる。これにより、隔膜真空計１の不具合発生の確率が低くない状態を検出し、隔膜真空計１自体の健常性を向上させることができるようになる。

〔加熱制御回路の第４例(実施の形態４)：オープンループ制御、温度センサの異常判定〕
図９に加熱制御回路４００の第４例の要部を示す。この第４例の加熱制御回路４００(４００Ｄ)は、オープンループ温度制御部４０１Ｄと、状態判定部４０２Ｄと、アラーム等信号送信部４０３Ｄとを備えている。

この加熱制御回路４００Ｄにおいて、オープンループ温度制御部４０１Ｄ、状態判定部４０２Ｄおよびアラーム等信号送信部４０３Ｄの機能は、第３例の加熱制御回路４００Ｃにおけるオープンループ温度制御部４０１Ｃ、状態判定部４０２Ｃおよびアラーム等信号送信部４０３Ｃと同じであるが、状態判定部４０２Ｄには、温度センサ１４に関する異常の発生の有無の判定に際して用いる閾値としてδが設定されている。

以下、図１０に示すタイムチャートを用いて、加熱制御回路４００Ｄの動作について具体的に説明する。図１０に示すタイムチャートにおいて、図１０（ａ）は計測温度Ｔｐｖの変化を示し、図１０（ｂ）はヒータ出力Ｐｏｕｔの変化を示す。

図１０に示すｔ１点では、加熱制御回路４００Ｄへの操作者からの指令がＯＦＦとされており、この指令を受けてオープンループ温度制御部４０１Ｄは加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔを０とする。これにより、それまで目標温度Ｔｔｐに達していた計測温度Ｔｐｖは低下して行く。

次の回の圧力測定に際し、加熱制御回路４００Ｄへの操作者からの指令がＯＮとされると(図１０に示すｔ２点)、オープンループ温度制御部４０１Ｄは、センサケース８０内の温度が目標温度Ｔｔｐとなるように加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔを制御（オープンループ制御）し始める。すなわち、センサケース８０内の温度を目標温度Ｔｔｐとするべく、加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔを目標温度Ｔｔｐに対応する正常値(標準値)Ｐｓｔまで上昇させ始める。

このオープンループ制御によって、加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔが目標温度Ｔｔｐに対応する正常値(標準値)Ｐｓｔになり(図１０に示すｔ３点)、計測温度Ｔｐｖは目標温度Ｔｔｐに達した状態を維持する。この場合、被測定流体の圧力の測定は、ヒータ出力Ｐｏｕｔが正常値(標準値)Ｐｓｔに達している状態で行われる。

ここで、例えば温度センサ１４に異常が生じ、センサケース８０内の温度が目標温度Ｔｔｐとなっているにも拘わらず、温度センサ１４からの計測温度Ｔｐｖが低下（異常低下）し始めたとする(図１０に示すｔ４点)。

この場合、オープンループ温度制御部４０１Ｄは、加熱用ヒータ９０へのヒータ出力Ｐｏｕｔとして正常値(標準値)Ｐｓｔを維持し続ける。このため、センサケース８０内の温度は上昇しない。

状態判定部４０２Ｄは、ヒータ出力Ｐｏｕｔが正常値(標準値)Ｐｓｔに達している時の計測温度Ｔｐｖを監視し、この計測温度Ｔｐｖが目標温度Ｔｔｐに対して閾値δ以上低い場合、温度センサ１４に故障などの異常が発生している旨の判定結果をアラーム等信号送信部４０３Ｄへ送る。アラーム等信号送信部４０３Ｄは、この状態判定部４０２Ｄからの判定結果を上位装置へ送信する。

このようにして、この加熱制御回路４００Ｄでは、ヒータ出力Ｐｏｕｔが正常値(標準値)Ｐｓｔに達している時（高温到達時）の計測温度Ｔｐｖをデータ処理（目標温度Ｔｔｐとの差異を検出）することで、温度センサ１４の不具合を簡易的に推定し、温度センサ１４の故障などの異常を早期に発見することが可能となる。これにより、隔膜真空計１の不具合発生の確率が低くない状態を検出し、隔膜真空計１自体の健常性を向上させることができるようになる。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１…隔膜真空計（静電容量型圧力センサ）、１０…ハウジング、１０Ａ…導入部、１１…ロアハウジング、１２…アッパハウジング、１３…カバー、１４…温度センサ、２０…台座プレート、２１…第１の台座プレート、２２…第２の台座プレート、３０…センサチップ、３１…センサプレート、３２…センサダイアフラム、３３…センサ台座、５０…支持ダイアフラム、７０…バッフル、８０…センサケース、９０…加熱用ヒータ、４００（４００Ａ〜４００Ｄ）…加熱制御回路、４０１Ａ，４０１Ｂ…クローズドループ温度制御部、４０１Ｃ，４０１Ｄ…オープンループ温度制御部、４０２Ａ〜４０２Ｄ…状態判定部、４０３Ａ〜４０３Ｄ…アラーム等信号送信部。

Claims

被測定流体の導入部を有するハウジングと、
前記導入部を通して導かれてくる被測定流体の圧力を受けて撓むダイアフラムの変化を静電容量の変化として検出するセンサチップと、
前記センサチップを内部に収容した前記ハウジングの本体を覆うセンサケースと、
前記センサケース内を加熱するヒータと、
前記センサケース内の温度を測定する温度センサと、
前記センサケース内の温度が予め定められた温度となるように前記ヒータへの出力を制御するヒータ制御部とを備えた静電容量型圧力センサにおいて、
前記温度センサが測定する前記センサケース内の温度の推移および前記ヒータ制御部からの前記ヒータへの出力の推移に基づいて異常が発生しているか否かを判定する状態判定部
を備えることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
請求項１に記載された静電容量型圧力センサにおいて、
前記ヒータ制御部は、
前記温度センサが測定する前記センサケース内の温度を計測温度Ｔｐｖとし、前記予め定められた温度を設定温度Ｔｓｐとし、計測温度Ｔｐｖが設定温度Ｔｓｐと等しくなるように前記ヒータへの出力をクローズドループ制御し、
前記状態判定部は、
前記計測温度Ｔｐｖと前記設定温度Ｔｓｐとが等しく制御されている時の前記ヒータ制御部からの前記ヒータへの出力に基づいて前記ヒータに関する異常が発生しているか否かを判定する
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。
請求項１に記載された静電容量型圧力センサにおいて、
前記ヒータ制御部は、
前記温度センサが測定する前記センサケース内の温度を計測温度Ｔｐｖとし、前記予め定められた温度を設定温度Ｔｓｐとし、計測温度Ｔｐｖが設定温度Ｔｓｐと等しくなるように前記ヒータへの出力をクローズドループ制御し、
前記状態判定部は、
前記ヒータへの出力が予め定められている上限値に達している時の前記計測温度Ｔｐｖに基づいて前記温度センサに関する異常が発生しているか否かを判定する
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。
請求項１に記載された静電容量型圧力センサにおいて、
前記ヒータ制御部は、
前記予め定められた温度を目標温度Ｔｔｐとし、前記センサケース内の温度が目標温度Ｔｔｐとなるように前記ヒータへの出力をオープンループ制御し、
前記状態判定部は、
前記温度センサが測定する前記センサケース内の温度を計測温度Ｔｐｖとして取り込み、前記ヒータへの出力が前記目標温度Ｔｔｐに対応する正常な値に達している時の前記計測温度Ｔｐｖに基づいて前記ヒータもしくは前記温度センサに関する異常が発生しているか否かを判定する
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。