JP2019128190A - 静電容量型圧力センサの異常検知方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
調整(1):装置全体を真空に引き切って零点を調整する。
調整(2):調整(1)で真空に引き切れない場合等は装置から真空計を外して再校正を行う。
調整(2)の問題点:装置から真空計を外せば、不要な零点調整のために長時間装置が停止する。
発明者は、圧力によるダイアフラムの撓み(適切な撓み)と、堆積物などの圧力以外の要因によるダイアフラムの撓み(不適切な撓み)とでは、撓みの形状が異なることを突き止めた。通常、センサダイアフラムの圧力を受けた時の形状は均等圧力を受けた周辺固定された円板の撓みw(r)として、下記(1)式で示されるように定式化されており、圧力pが加えられた時の撓みwはダイアフラム中心からの距離rの4次関数となる(図1参照)。
実施の形態では、基本的な要件として、下記の様な機能を備えるものとする。
1.キャビティ内に複数個の容量を配置。
2.単純な容量値の増減による出力だけでなく、ダイアフラムの撓み形状に基づいた信号を計測・記憶できる機構を備える。
3.事前に各圧力印加によるダイアフラムの撓み形状(適切な撓み)に基づく「複数対の電極からの信号パターン(参照パターン)」を計測、記憶しておく。(例:均等厚みの円板なら、圧力印加による撓みは厚みの4次関数)
4.ダイアフラムへの堆積等、圧力以外の要因による零点シフトが予想される実プロセス適用時に、「複数対の電極からの信号パターン(実測パターン)」を取得する。
5.参照パターンと実測パターンに基づき、適切な撓み形状による信号と不適切な撓み形状による信号を識別し、適・不適を通知する。
図2に示した構造の静電容量型圧力センサ100において、具体的な例として下記の様な寸法、材料パラメータを与えると、感圧側電極対D1および参照側電極対D2の配置は図6の様な形状となる。
ダイアフラムのヤング率E:350GPa、ダイアフラムのポアソン比ν:0.25、ダイアフラム厚みh:50um、ダイアフラム半径a:5mm、キャビティ深さd0:2um、真空の誘電率:8.854e-12F/m、Cx径:2.005mm、Cr内径:3.997mm、Cr外形:4.471mm。
図13に示した構造の静電容量型圧力センサ100’では、ダイアフラム101の圧力導入室106側の面の周縁部と中央部との間に段部116を設け、この段部116を境界として中央部側の領域(薄い領域)S1と周縁部側の領域(厚い領域)S2とに分け、ダイアフラム101の段部116の近傍(周縁部側の領域S2)にその開口部を位置させるようにして複数の圧力導入孔112を台座プレート107に設けている。
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。
Claims (7)
- 被測定媒体の圧力に応じて撓むダイアフラムの変位に応じてその電極間の容量が変化する複数の電極対を備えた静電容量型圧力センサの異常を検知する静電容量型圧力センサの異常検知方法であって、
前記被測定媒体の真空引き時の前記複数の電極対の容量の変化から異常検知の指標を算出する指標算出ステップと、
前記指標算出ステップによって算出された異常検知の指標と正常時の当該指標を示す基準値とを比較することによって前記ダイアフラムに圧力以外の要因による撓みが生じているか否かを判断する状態判断ステップと
を備えることを特徴とする静電容量型圧力センサの異常検知方法。 - 請求項1に記載された静電容量型圧力センサの異常検知方法において、
前記静電容量型圧力センサは、
前記複数の電極対として第1および第2の電極対を備え、
前記第1の電極対は、
前記ダイアフラムの中央部に感圧容量Cxを形成し、
前記第2の電極対は、
前記ダイアフラムの外周部に参照容量Crを形成し、
前記指標算出ステップは、
前記感圧容量Cxの変化ΔCxと前記参照容量Crの変化ΔCrとの比ΔCx/ΔCrを前記異常検知の指標として算出する
ことを特徴とする静電容量型圧力センサの異常検知方法。 - 請求項1に記載された静電容量型圧力センサの異常検知方法において、
前記静電容量型圧力センサは、
前記複数の電極対として第1および第2の電極対を備え、
前記第1の電極対は、
前記ダイアフラムへの前記被測定媒体の導入口に対応する位置に堆積感知容量Cdを形成し、
前記第2の電極対は、
前記ダイアフラムの外周部に参照容量Crを形成し、
前記指標算出ステップは、
前記堆積感知容量Cdの変化ΔCdと前記参照容量Crの変化ΔCrとの比ΔCd/ΔCrを前記異常検知の指標として算出する
ことを特徴とする静電容量型圧力センサの異常検知方法。 - 請求項1に記載された静電容量型圧力センサの異常検知方法において、
前記静電容量型圧力センサは、
前記複数の電極対として第1、第2および第3の電極対を備え、
前記第1の電極対は、
前記ダイアフラムの中央部に感圧容量Cxを形成し、
前記第2の電極対は、
前記ダイアフラムの外周部に参照容量Crを形成し、
前記第3の電極対は、
前記ダイアフラムへの前記被測定媒体の導入口に対応する位置に堆積感知容量Cdを形成し、
前記指標算出ステップは、
前記感圧容量Cxの変化ΔCxと前記参照容量Crの変化ΔCrとの比ΔCx/ΔCrおよび前記堆積感知容量Cdの変化ΔCdと前記参照容量Crの変化ΔCrとの比ΔCd/ΔCrを前記異常検知の指標として算出する
ことを特徴とする静電容量型圧力センサの異常検知方法。 - 請求項1〜4の何れか1項に記載された静電容量型圧力センサの異常検知方法において、
前記状態判断ステップによって前記ダイアフラムに圧力以外の要因による撓みが生じていると判断された場合、警報を出力する警報出力ステップ
を備えることを特徴とする静電容量型圧力センサの異常検知方法。 - 請求項1〜5の何れか1項に記載された静電容量型圧力センサの異常検知方法において、
前記静電容量型圧力センサを構成する基材は、サファイア、又はアルミナセラミック、又はガラス、又はシリコン、又はニッケル合金、又はステンレスである
ことを特徴とする静電容量型圧力センサの異常検知方法。 - 被測定媒体の圧力に応じて撓むダイアフラムの変位に応じてその電極間の容量が変化する複数の電極対を備えた静電容量型圧力センサの異常を検知する静電容量型圧力センサの異常検知装置であって、
前記被測定媒体の真空引き時の前記複数の電極対の容量の変化から異常検知の指標を算出するように構成された指標算出部と、
前記指標算出部によって算出された異常検知の指標と正常時の当該指標を示す基準値とを比較することによって前記ダイアフラムに圧力以外の要因による撓みが生じているか否かを判断するように構成された状態判断部と
を備えることを特徴とする静電容量型圧力センサの異常検知装置。
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