JP2022176609A - Diaphragm gauge - Google Patents
Diaphragm gauge Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022176609A JP2022176609A JP2021083123A JP2021083123A JP2022176609A JP 2022176609 A JP2022176609 A JP 2022176609A JP 2021083123 A JP2021083123 A JP 2021083123A JP 2021083123 A JP2021083123 A JP 2021083123A JP 2022176609 A JP2022176609 A JP 2022176609A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- signal
- drive signal
- sensor drive
- output
- 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.)
- Pending
Links
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 claims abstract description 108
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 95
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 130
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 99
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 45
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 30
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Description
本発明は、隔膜真空計に関するものである。 The present invention relates to a diaphragm vacuum gauge.
隔膜真空計は、半導体のプロセスチャンバーの圧力計測のために使用される。半導体のプロセスガスは、温度が適切でないと、液化または固化して隔膜真空計のセンサチップに付着してしまい計測に影響してしまう。このため、隔膜真空計は、液化または固化したプロセスガスの付着を防止するための自己加熱機能を有している(特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。
Diaphragm gauges are used for pressure measurement in semiconductor process chambers. If the temperature of the semiconductor process gas is not appropriate, it liquefies or solidifies and adheres to the sensor chip of the diaphragm vacuum gauge, affecting measurement. Therefore, the diaphragm vacuum gauge has a self-heating function for preventing adhesion of liquefied or solidified process gas (see
ただし、センサチップのみを加熱することは難しいため、従来の自己加熱機能を有している隔膜真空計は、センサチップを含む受圧部全体を加熱していた。
しかし、受圧部全体を加熱すると大きなヒータが必要となり、消費電力が大きくなるという課題があった。また大きなヒータを使用すると断熱をしていても、近傍の回路の温度が上昇してしまい、回路の使用周囲温度を制限する必要があった。
However, since it is difficult to heat only the sensor chip, conventional diaphragm vacuum gauges having a self-heating function heat the entire pressure-receiving part including the sensor chip.
However, heating the entire pressure-receiving portion requires a large heater, resulting in a problem of increased power consumption. In addition, if a large heater is used, the temperature of nearby circuits rises even if the heater is insulated.
センサチップ内にヒータを設置することも可能ではあるが、圧力検出のための電極を小さくする必要がある。また、センサチップへのヒータの取り付けとヒータへの配線が必要になるので、センサチップが大きくなるという課題があった。 Although it is possible to install a heater in the sensor chip, it is necessary to reduce the size of the electrodes for pressure detection. Moreover, since it is necessary to attach the heater to the sensor chip and wire to the heater, there is a problem that the sensor chip becomes large.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、センサチップだけを加熱して加熱のための消費電力を低減することができ、センサチップの小型化を実現することができる隔膜真空計を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems. intended to provide
本発明の隔膜真空計(第1の実施例)は、台座に形成された第1の電極と、前記台座とギャップを隔てて配置されたダイアフラムに前記第1の電極と対向するように形成された第2の電極とを備え、被測定媒体の圧力による前記ダイアフラムの変位に応じて前記第1、第2の電極の間隔が変化するように構成されたセンサチップと、第1のセンサ駆動信号と前記第1のセンサ駆動信号よりも周波数の高い第2のセンサ駆動信号の何れか一方を前記第2の電極に選択的に印加するように構成された信号発生器と、前記第1の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された増幅器と、前記増幅器の出力信号から前記第1、第2の電極間の静電容量の値を算出するように構成された容量算出部と、前記静電容量を計測圧力値に変換するように構成された圧力計測部と、圧力計測時には前記第1のセンサ駆動信号を前記第2の電極に印加し、加熱時には前記第2のセンサ駆動信号を前記第2の電極に印加するように前記信号発生器を制御するように構成された制御部とを備えることを特徴とするものである。 A diaphragm vacuum gauge (first embodiment) of the present invention has a first electrode formed on a pedestal, and a diaphragm arranged across a gap from the pedestal so as to face the first electrode. a sensor chip configured to change the distance between the first and second electrodes according to the displacement of the diaphragm due to the pressure of the medium to be measured; and a first sensor driving signal. and a second sensor drive signal having a higher frequency than the first sensor drive signal, to the second electrode; a signal generator configured to selectively apply to the second electrode; an amplifier configured to convert and amplify the current output from a voltage, and configured to calculate the value of the capacitance between the first and second electrodes from the output signal of the amplifier a capacitance calculation unit; a pressure measurement unit configured to convert the capacitance into a measured pressure value; a controller configured to control the signal generator to apply two sensor drive signals to the second electrode.
また、本発明の隔膜真空計(第2の実施例)は、台座に形成された第1の電極と、前記台座とギャップを隔てて配置されたダイアフラムに前記第1の電極と対向するように形成された第2の電極とを備え、被測定媒体の圧力による前記ダイアフラムの変位に応じて前記第1、第2の電極の間隔が変化するように構成されたセンサチップと、第1のセンサ駆動信号を出力するように構成された第1の信号発生器と、前記第1のセンサ駆動信号よりも周波数の高い第2のセンサ駆動信号を出力するように構成された第2の信号発生器と、前記第1の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された増幅器と、前記第1、第2の信号発生器と前記第2の電極との間に設けられ、前記第1の信号発生器の出力端子と前記第2の信号発生器の出力端子の何れか一方と前記第2の電極とを選択的に接続するように構成された第1のスイッチと、前記第1の電極と前記増幅器との間に設けられ、前記第1の電極に前記増幅器の入力端子とグラウンドの何れか一方を選択的に接続するように構成された第2のスイッチと、前記増幅器の出力信号から前記第1、第2の電極間の静電容量の値を算出するように構成された容量算出部と、前記静電容量を計測圧力値に変換するように構成された圧力計測部と、圧力計測時には前記第1の信号発信器の出力端子と前記第2の電極とを接続するように前記第1のスイッチを制御するとともに前記第1の電極と前記増幅器の入力端子とを接続するように前記第2のスイッチを制御する一方、加熱時には前記第2の信号発生器の出力端子と前記第2の電極とを接続するように前記第1のスイッチを制御するとともに前記第1の電極とグラウンドとを接続するように前記第2のスイッチを制御するように構成された制御部とを備えることを特徴とするものである。 In addition, the diaphragm vacuum gauge (second embodiment) of the present invention has a first electrode formed on a pedestal, and a diaphragm arranged across a gap from the pedestal so as to face the first electrode. a sensor chip configured to change the distance between the first and second electrodes according to the displacement of the diaphragm due to the pressure of the medium to be measured; and a first sensor. A first signal generator configured to output a drive signal and a second signal generator configured to output a second sensor drive signal having a higher frequency than the first sensor drive signal. and an amplifier configured to convert the current output from the first electrode into a voltage and amplify it, provided between the first and second signal generators and the second electrode , a first switch configured to selectively connect either one of the output terminal of the first signal generator and the output terminal of the second signal generator to the second electrode; a second switch provided between the first electrode and the amplifier and configured to selectively connect either an input terminal of the amplifier or ground to the first electrode; a capacitance calculator configured to calculate a capacitance value between the first and second electrodes from an amplifier output signal; and a pressure configured to convert the capacitance into a measured pressure value. a measuring unit, and when measuring pressure, controlling the first switch to connect the output terminal of the first signal transmitter and the second electrode, and connecting the first electrode and the input terminal of the amplifier; while controlling the second switch to connect the output terminal of the second signal generator and the second electrode during heating, and controlling the first switch to connect the output terminal of the second signal generator and the second electrode. a control unit configured to control the second switch to connect one electrode to ground.
また、本発明の隔膜真空計(第3の実施例)は、台座に形成された第1の電極と、前記台座とギャップを隔てて配置されたダイアフラムに前記第1の電極と対向するように形成された第2の電極とを備え、被測定媒体の圧力による前記ダイアフラムの変位に応じて前記第1、第2の電極の間隔が変化するように構成されたセンサチップと、第1のセンサ駆動信号と前記第1のセンサ駆動信号よりも周波数の高い第2のセンサ駆動信号の何れか一方を前記第2の電極に印加するように構成された第1の信号発生器と、前記第1のセンサ駆動信号と位相がずれた信号を出力するように構成された第2の信号発生器と、前記第1の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された増幅器と、前記増幅器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第1の同期検波部と、前記増幅器の出力信号から、前記第2の信号発生器の出力信号に同期した信号を復調するように構成された第2の同期検波部と、前記第1、第2の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極間の静電容量の値を算出するように構成された容量算出部と、前記第1、第2の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極の直列抵抗の値を算出し、この直列抵抗の値から前記センサチップの温度を求めるように構成された温度算出部と、前記静電容量を計測圧力値に変換するように構成された圧力計測部と、圧力・温度計測時には前記第1のセンサ駆動信号を前記第2の電極に印加する一方、加熱時には前記第2のセンサ駆動信号を前記第2の電極に印加するように前記第1の信号発生器を制御するように構成された制御部とを備えることを特徴とするものである。 In addition, a diaphragm vacuum gauge (third embodiment) of the present invention has a first electrode formed on a pedestal, and a diaphragm arranged across a gap from the pedestal so as to face the first electrode. a sensor chip configured to change the distance between the first and second electrodes according to the displacement of the diaphragm due to the pressure of the medium to be measured; and a first sensor. a first signal generator configured to apply either a drive signal or a second sensor drive signal having a higher frequency than the first sensor drive signal to the second electrode; a second signal generator configured to output a signal out of phase with the sensor drive signal of the second signal generator, and an amplifier configured to convert the current output from the first electrode into a voltage and amplify it a first synchronous detection section configured to demodulate a signal synchronized with the first sensor drive signal from the output signal of the amplifier; and the output signal of the second signal generator from the output signal of the amplifier. a second synchronous detection section configured to demodulate a signal synchronized with the output signal; and calculating the value of the series resistance of the first and second electrodes from the output signals of the first and second synchronous detection units, and calculating the value of the series resistance a temperature calculation unit configured to obtain the temperature of the sensor chip from the above; a pressure measurement unit configured to convert the capacitance into a measured pressure value; and the first sensor drive during pressure/temperature measurement a controller configured to control the first signal generator to apply a signal to the second electrode while applying the second sensor drive signal to the second electrode during heating; It is characterized by comprising
また、本発明の隔膜真空計(第4の実施例)は、台座に形成された第1の電極と、前記台座とギャップを隔てて配置されたダイアフラムに前記第1の電極と対向するように形成された第2の電極とを備え、被測定媒体の圧力による前記ダイアフラムの変位に応じて前記第1、第2の電極の間隔が変化するように構成されたセンサチップと、第1のセンサ駆動信号を出力するように構成された第1の信号発生器と、前記第1のセンサ駆動信号よりも周波数の高い第2のセンサ駆動信号を出力するように構成された第2の信号発生器と、前記第1のセンサ駆動信号と位相がずれた信号を出力するように構成された第3の信号発生器と、前記第1の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された増幅器と、前記第1、第2の信号発生器と前記第2の電極との間に設けられ、前記第1の信号発生器の出力端子と前記第2の信号発生器の出力端子の何れか一方と前記第2の電極とを選択的に接続するように構成された第1のスイッチと、前記第1の電極と前記増幅器との間に設けられ、前記第1の電極を前記増幅器の入力端子とグラウンドの何れか一方と選択的に接続するように構成された第2のスイッチと、前記増幅器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第1の同期検波部と、前記増幅器の出力信号から、前記第3の信号発生器の出力信号に同期した信号を復調するように構成された第2の同期検波部と、前記第1、第2の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極間の静電容量の値を算出するように構成された容量算出部と、前記第1、第2の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極の直列抵抗の値を算出し、この直列抵抗の値から前記センサチップの温度を求めるように構成された温度算出部と、前記静電容量を計測圧力値に変換するように構成された圧力計測部と、圧力・温度計測時には前記第1の信号発生器の出力端子と前記第2の電極とを接続するように前記第1のスイッチを制御するとともに前記第1の電極と前記増幅器の入力端子とを接続するように前記第2のスイッチを制御する一方、加熱時には前記第2の信号発生器の出力端子と前記第2の電極とを接続するように前記第1のスイッチを制御するとともに前記第1の電極をグラウンドに接続するように第2のスイッチを制御するように構成された制御部とを備えることを特徴とするものである。 In addition, a diaphragm vacuum gauge (fourth embodiment) of the present invention has a first electrode formed on a base, and a diaphragm disposed with a gap from the base so as to face the first electrode. a sensor chip configured to change the distance between the first and second electrodes according to the displacement of the diaphragm due to the pressure of the medium to be measured; and a first sensor. A first signal generator configured to output a drive signal and a second signal generator configured to output a second sensor drive signal having a higher frequency than the first sensor drive signal. and a third signal generator configured to output a signal out of phase with the first sensor drive signal; and a current output from the first electrode to be converted into voltage and amplified. and an amplifier provided between the first and second signal generators and the second electrode, the output terminal of the first signal generator and the output of the second signal generator a first switch configured to selectively connect one of the terminals to the second electrode; and a first switch provided between the first electrode and the amplifier to connect the first electrode. a second switch configured to selectively connect to one of an input terminal of said amplifier and ground; and demodulate a signal synchronized with said first sensor drive signal from an output signal of said amplifier. a second synchronous detection section configured to demodulate a signal synchronized with the output signal of the third signal generator from the output signal of the amplifier; 1, a capacitance calculator configured to calculate the value of the electrostatic capacitance between the first and second electrodes from the output signal of the second synchronous detector; and the first and second synchronous detectors. a temperature calculation unit configured to calculate the series resistance values of the first and second electrodes from the output signal of and obtain the temperature of the sensor chip from the series resistance values; Controlling the first switch so as to connect the output terminal of the first signal generator and the second electrode during pressure/temperature measurement with a pressure measuring unit configured to convert into a pressure value and controlling the second switch to connect the first electrode and the input terminal of the amplifier, while connecting the output terminal of the second signal generator and the second electrode during heating. and a control unit configured to control the first switch so as to connect the first electrode to ground and to control a second switch to connect the first electrode to ground. It is a sign.
また、本発明の隔膜真空計の1構成例(第3、第4の実施例)において、前記制御部は、前記センサチップの温度と加熱温度設定値とに基づいて前記第2のセンサ駆動信号の周波数、前記第2のセンサ駆動信号の振幅、前記第2のセンサ駆動信号を印加する時間の長さのいずれかを制御することにより、前記第1、第2の電極の発熱量を制御することを特徴とするものである。 Further, in one configuration example (third and fourth embodiments) of the diaphragm vacuum gauge of the present invention, the control unit outputs the second sensor drive signal based on the temperature of the sensor chip and the heating temperature set value. The amount of heat generated by the first and second electrodes is controlled by controlling any of the frequency of the second sensor drive signal, the amplitude of the second sensor drive signal, and the length of time to apply the second sensor drive signal. It is characterized by
また、本発明の隔膜真空計(第5の実施例)は、台座に形成された第1の電極と、前記台座とギャップを隔てて配置されたダイアフラムに前記第1の電極と対向するように形成された第2の電極と、前記第1の電極の外側の前記台座に形成された第3の電極と、前記第2の電極の外側の前記ダイアフラムに前記第3の電極と対向するように形成された第4の電極とを備え、被測定媒体の圧力による前記ダイアフラムの変位に応じて前記第1、第2の電極の間隔が変化するように構成されたセンサチップと、第1のセンサ駆動信号を前記第2の電極に印加するように構成された第1の信号発生器と、前記第1のセンサ駆動信号と前記第1のセンサ駆動信号よりも周波数の高い第2のセンサ駆動信号の何れか一方を前記第4の電極に選択的に印加するように構成された第2の信号発生器と、前記第1の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された第1の増幅器と、前記第3の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された第2の増幅器と、前記第1の増幅器の出力信号から前記第2の増幅器の出力信号を減算するように構成された減算器と、前記第1の増幅器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第1の同期検波部と、前記減算器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第2の同期検波部と、前記第1の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極間の第1の静電容量の値を算出するように構成された第1の容量算出部と、前記第2の同期検波部の出力信号から前記第3、第4の電極間の第2の静電容量の値を算出するように構成された第2の容量算出部と、前記第2の静電容量により前記第1の静電容量を補正するように構成された容量補正部と、前記補正された第1の静電容量を計測圧力値に変換するように構成された圧力計測部と、圧力計測時には前記第1のセンサ駆動信号を前記第4の電極に印加し、加熱時には前記第2のセンサ駆動信号を前記第4の電極に印加するように前記第2の信号発生器を制御するように構成された制御部とを備えることを特徴とするものである。 A diaphragm vacuum gauge (fifth embodiment) of the present invention has a first electrode formed on a pedestal and a diaphragm disposed with a gap from the pedestal so as to face the first electrode. A second electrode formed, a third electrode formed on the pedestal outside the first electrode, and a third electrode formed on the diaphragm outside the second electrode so as to face the third electrode a sensor chip configured to change the distance between the first and second electrodes according to the displacement of the diaphragm due to the pressure of the medium to be measured; and a first sensor. a first signal generator configured to apply a drive signal to the second electrode; the first sensor drive signal; and a second sensor drive signal having a higher frequency than the first sensor drive signal. a second signal generator configured to selectively apply one of the above to the fourth electrode; and configured to convert the current output from the first electrode into a voltage and amplify it. a second amplifier configured to convert the current output from the third electrode into a voltage and amplify it; and the output signal of the first amplifier to the second a subtractor configured to subtract an output signal of an amplifier; and a first synchronous detector configured to demodulate a signal synchronized with the first sensor drive signal from the output signal of the first amplifier. a second synchronous detection unit configured to demodulate a signal synchronized with the first sensor drive signal from the output signal of the subtractor; , a first capacitance calculator configured to calculate a value of a first electrostatic capacitance between the second electrodes; and the third and fourth electrodes from the output signal of the second synchronous detector. a second capacitance calculation unit configured to calculate a value of a second capacitance between; and a capacitance configured to correct the first capacitance by the second capacitance a correction unit; a pressure measurement unit configured to convert the corrected first capacitance into a measured pressure value; and applying the first sensor drive signal to the fourth electrode during pressure measurement. and a controller configured to control the second signal generator to apply the second sensor drive signal to the fourth electrode during heating.
また、本発明の隔膜真空計(第6の実施例)は、台座に形成された第1の電極と、前記台座とギャップを隔てて配置されたダイアフラムに前記第1の電極と対向するように形成された第2の電極と、前記第1の電極の外側の前記台座に形成された第3の電極と、前記第2の電極の外側の前記ダイアフラムに前記第3の電極と対向するように形成された第4の電極とを備え、被測定媒体の圧力による前記ダイアフラムの変位に応じて前記第1、第2の電極の間隔が変化するように構成されたセンサチップと、第1のセンサ駆動信号を前記第2の電極に印加するように構成された第1の信号発生器と、第1のセンサ駆動信号と前記第1のセンサ駆動信号よりも周波数の高い第2のセンサ駆動信号の何れか一方を前記第4の電極に選択的に印加するように構成された第2の信号発生器と、前記第1のセンサ駆動信号と位相がずれた信号を出力するように構成された第3の信号発生器と、前記第1の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された第1の増幅器と、前記第3の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された第2の増幅器と、前記第1の増幅器の出力信号から前記第2の増幅器の出力信号を減算するように構成された減算器と、前記第1の増幅器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第1の同期検波部と、前記減算器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第2の同期検波部と、前記第1の増幅器の出力信号から前記第3の信号発生器の出力信号に同期した信号を復調するように構成された第3の同期検波部と、前記第1、第3の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極間の第1の静電容量の値を算出するように構成された第1の容量算出部と、前記第2の同期検波部の出力信号から前記第3、第4の電極間の第2の静電容量の値を算出するように構成された第2の容量算出部と、前記第1、第3の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極の直列抵抗の値を算出し、この直列抵抗の値から前記センサチップの温度を求めるように構成された温度算出部と、前記第2の静電容量により前記第1の静電容量を補正するように構成された容量補正部と、前記補正された第1の静電容量を前記センサチップの温度によって補正して計測圧力値に変換するように構成された圧力計測部と、圧力・温度計測時には前記第1のセンサ駆動信号を前記第4の電極に印加し、加熱時には前記第2のセンサ駆動信号を前記第4の電極に印加するように前記第2の信号発生器を制御するように構成された制御部とを備えることを特徴とするものである。 In addition, a diaphragm vacuum gauge (sixth embodiment) of the present invention has a first electrode formed on a base, and a diaphragm arranged across a gap from the base so as to face the first electrode. A second electrode formed, a third electrode formed on the pedestal outside the first electrode, and a third electrode formed on the diaphragm outside the second electrode so as to face the third electrode a sensor chip configured to change the distance between the first and second electrodes according to the displacement of the diaphragm due to the pressure of the medium to be measured; and a first sensor. a first signal generator configured to apply a drive signal to the second electrode; and a first sensor drive signal and a second sensor drive signal having a higher frequency than the first sensor drive signal. a second signal generator configured to selectively apply either one to the fourth electrode; and a second signal generator configured to output a signal out of phase with the first sensor drive signal. 3 signal generator, a first amplifier configured to convert the current output from the first electrode into a voltage and amplify it, and convert the current output from the third electrode into a voltage a subtractor configured to subtract the output signal of the second amplifier from the output signal of the first amplifier; a first synchronous detector configured to demodulate a signal synchronized with the first sensor drive signal from an output signal; and a signal synchronized with the first sensor drive signal demodulated from the output signal of the subtracter. and a third synchronous detection section configured to demodulate a signal synchronized with the output signal of the third signal generator from the output signal of the first amplifier. and a first capacitance calculator configured to calculate a value of a first electrostatic capacitance between the first and second electrodes from output signals of the first and third synchronous detection units. a second capacitance calculator configured to calculate a value of a second electrostatic capacitance between the third and fourth electrodes from the output signal of the second synchronous detector; a temperature calculation unit configured to calculate the series resistance values of the first and second electrodes from the output signal of the third synchronous detection unit and obtain the temperature of the sensor chip from the series resistance values; a capacitance correction unit configured to correct the first capacitance with the second capacitance; and a measured pressure by correcting the corrected first capacitance with the temperature of the sensor chip. configured to convert to a value a pressure measurement unit, and the second sensor so as to apply the first sensor drive signal to the fourth electrode during pressure/temperature measurement and to apply the second sensor drive signal to the fourth electrode during heating. and a controller configured to control the signal generator of
また、本発明の隔膜真空計(第6の実施例)は、台座に形成された第1の電極と、前記台座とギャップを隔てて配置されたダイアフラムに前記第1の電極と対向するように形成された第2の電極と、前記第1の電極の外側の前記台座に形成された第3の電極と、前記第2の電極の外側の前記ダイアフラムに前記第3の電極と対向するように形成された第4の電極とを備え、被測定媒体の圧力による前記ダイアフラムの変位に応じて前記第1、第2の電極の間隔が変化するように構成されたセンサチップと、第1のセンサ駆動信号を前記第2の電極に印加するように構成された第1の信号発生器と、第1のセンサ駆動信号と前記第1のセンサ駆動信号よりも周波数の高い第2のセンサ駆動信号の何れか一方を前記第4の電極に選択的に印加するように構成された第2の信号発生器と、前記第1のセンサ駆動信号と位相がずれた信号を出力するように構成された第3の信号発生器と、前記第1の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された第1の増幅器と、前記第3の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された第2の増幅器と、前記第1の増幅器の出力信号から前記第2の増幅器の出力信号を減算するように構成された減算器と、前記第1の増幅器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第1の同期検波部と、前記減算器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第2の同期検波部と、前記減算器の出力信号から前記第3の信号発生器の出力信号に同期した信号を復調するように構成された第3の同期検波部と、前記第1の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極間の第1の静電容量の値を算出するように構成された第1の容量算出部と、前記第2、第3の同期検波部の出力信号から前記第3、第4の電極間の第2の静電容量の値を算出するように構成された第2の容量算出部と、前記第2、第3の同期検波部の出力信号から前記第3、第4の電極の直列抵抗の値を算出し、この直列抵抗の値から前記センサチップの温度を求めるように構成された温度算出部と、前記第2の静電容量により前記第1の静電容量を補正するように構成された容量補正部と、前記補正された第1の静電容量を前記センサチップの温度によって補正して計測圧力値に変換するように構成された圧力計測部と、圧力・温度計測時には前記第1のセンサ駆動信号を前記第4の電極に印加し、加熱時には前記第2のセンサ駆動信号を前記第4の電極に印加するように前記第2の信号発生器を制御するように構成された制御部とを備えることを特徴とするものである。 In addition, a diaphragm vacuum gauge (sixth embodiment) of the present invention has a first electrode formed on a base, and a diaphragm arranged across a gap from the base so as to face the first electrode. A second electrode formed, a third electrode formed on the pedestal outside the first electrode, and a third electrode formed on the diaphragm outside the second electrode so as to face the third electrode a sensor chip configured to change the distance between the first and second electrodes according to the displacement of the diaphragm due to the pressure of the medium to be measured; and a first sensor. a first signal generator configured to apply a drive signal to the second electrode; and a first sensor drive signal and a second sensor drive signal having a higher frequency than the first sensor drive signal. a second signal generator configured to selectively apply either one to the fourth electrode; and a second signal generator configured to output a signal out of phase with the first sensor drive signal. 3 signal generator, a first amplifier configured to convert the current output from the first electrode into a voltage and amplify it, and convert the current output from the third electrode into a voltage a subtractor configured to subtract the output signal of the second amplifier from the output signal of the first amplifier; a first synchronous detector configured to demodulate a signal synchronized with the first sensor drive signal from an output signal; and a signal synchronized with the first sensor drive signal demodulated from the output signal of the subtracter. and a third synchronous detection section configured to demodulate a signal synchronized with the output signal of the third signal generator from the output signal of the subtractor. , a first capacitance calculation unit configured to calculate a value of a first capacitance between the first and second electrodes from an output signal of the first synchronous detection unit; a second capacitance calculator configured to calculate a value of a second electrostatic capacitance between the third and fourth electrodes from the output signal of the third synchronous detector; a temperature calculation unit configured to calculate the series resistance values of the third and fourth electrodes from the output signal of the synchronous detection unit and to obtain the temperature of the sensor chip from the series resistance values; a capacitance correction unit configured to correct the first capacitance using the capacitance of 2, and a measured pressure value by correcting the corrected first capacitance according to the temperature of the sensor chip. A pressure gauge configured to convert and the second sensor drive signal is applied to the fourth electrode during pressure/temperature measurement, and the second sensor drive signal is applied to the fourth electrode during heating. and a controller configured to control the signal generator.
また、本発明の隔膜真空計の1構成例(第4~第6の実施例)において、前記制御部は、前記センサチップの温度と加熱温度設定値とに基づいて前記第2のセンサ駆動信号の周波数、前記第2のセンサ駆動信号の振幅、前記第2のセンサ駆動信号を印加する時間の長さのいずれかを制御することにより、前記第3、第4の電極の発熱量を制御することを特徴とするものである。
また、本発明の隔膜真空計の1構成例(第4~第6の実施例)において、前記第2の電極と第4の電極とは、電気的に接続されて単一の電極として形成されることを特徴とするものである。
In one configuration example (fourth to sixth embodiments) of the diaphragm vacuum gauge of the present invention, the control unit outputs the second sensor drive signal based on the temperature of the sensor chip and the heating temperature set value. The amount of heat generated by the third and fourth electrodes is controlled by controlling any of the frequency of the second sensor drive signal, the amplitude of the second sensor drive signal, and the length of time to apply the second sensor drive signal. It is characterized by
In one configuration example (fourth to sixth embodiments) of the diaphragm vacuum gauge of the present invention, the second electrode and the fourth electrode are electrically connected to form a single electrode. It is characterized by
本発明によれば、圧力計測時に第1のセンサ駆動信号をセンサチップの第2の電極に印加し、加熱時に第2のセンサ駆動信号をセンサチップの第2の電極に印加することにより、圧力計測のための第1、第2の電極を利用してセンサチップの加熱が可能なので、センサチップを含む受圧部全体を加熱する必要がなく、大きなヒータが不要となるので、加熱のための消費電力を従来よりも低減することができる。また、センサチップへのヒータの取り付けとヒータへの配線が不要となるので、センサチップにヒータを取り付ける場合と比較してセンサチップの小型化が可能となる。 According to the present invention, by applying the first sensor drive signal to the second electrode of the sensor chip during pressure measurement and applying the second sensor drive signal to the second electrode of the sensor chip during heating, the pressure Since the sensor chip can be heated using the first and second electrodes for measurement, there is no need to heat the entire pressure-receiving part including the sensor chip. Electric power can be reduced more than before. Moreover, since attachment of the heater to the sensor chip and wiring to the heater are not required, the size of the sensor chip can be reduced compared to the case where the heater is attached to the sensor chip.
また、本発明では、第1、第2のスイッチを設けることにより、圧力計測時に第1のセンサ駆動信号をセンサチップの第2の電極に印加し、加熱時に第2のセンサ駆動信号をセンサチップの第2の電極に印加することができ、圧力計測のための第1、第2の電極を利用して圧力計測と加熱を時分割で行うことができる。 Further, in the present invention, by providing the first and second switches, the first sensor drive signal is applied to the second electrode of the sensor chip during pressure measurement, and the second sensor drive signal is applied to the sensor chip during heating. can be applied to the second electrode, and pressure measurement and heating can be performed in a time division manner using the first and second electrodes for pressure measurement.
また、本発明では、第1、第2の信号発生器と第1、第2の増幅器と第1、第2の同期検波部と温度算出部とを設けることにより、温度センサを用いることなくセンサチップの温度を計測することができ、1つのセンサチップで圧力・温度計測と加熱を実現することができる。 Further, in the present invention, by providing the first and second signal generators, the first and second amplifiers, the first and second synchronous detection units, and the temperature calculation unit, the sensor can be detected without using a temperature sensor. The temperature of the chip can be measured, and pressure/temperature measurement and heating can be realized with one sensor chip.
また、本発明では、第1~第3の信号発生器と増幅器と第1、第2の同期検波部と温度算出部と第1、第2のスイッチとを設けることにより、温度センサを用いることなくセンサチップの温度を計測することができ、1つのセンサチップで圧力・温度と加熱を時分割で行うことができる。 Further, in the present invention, a temperature sensor can be used by providing first to third signal generators, amplifiers, first and second synchronous detectors, temperature calculators, and first and second switches. It is possible to measure the temperature of the sensor chip without a sensor chip, and it is possible to perform pressure/temperature and heating in a time-sharing manner with one sensor chip.
また、本発明では、第1、第2の信号発生器と第1、第2の増幅器と減算器と第1、第2の同期検波部と第1、第2の容量算出部と容量補正部と圧力計測部とを設け、圧力計測時に第1のセンサ駆動信号をセンサチップの第2、第4の電極に印加し、加熱時に第2のセンサ駆動信号をセンサチップの第4の電極に印加することにより、センサチップの第1、第2の電極を用いて圧力計測のための容量計測を実施し、センサチップの第3、第4の電極を用いて容量補正のための容量計測と加熱とを実施することができ、1つのセンサチップで圧力計測と容量補正と加熱を実現することができる。 Further, in the present invention, first and second signal generators, first and second amplifiers, subtractors, first and second synchronous detection units, first and second capacitance calculation units, and capacitance correction units and a pressure measuring unit, the first sensor driving signal is applied to the second and fourth electrodes of the sensor chip during pressure measurement, and the second sensor driving signal is applied to the fourth electrode of the sensor chip during heating. By doing so, the first and second electrodes of the sensor chip are used to perform capacitance measurement for pressure measurement, and the third and fourth electrodes of the sensor chip are used to perform capacitance measurement and heating for capacitance correction. can be implemented, and pressure measurement, capacity correction, and heating can be realized with one sensor chip.
また、本発明では、第1~第3の信号発生器と第1、第2の増幅器と減算器と第1~第3の同期検波部と第1、第2の容量算出部と温度算出部と容量補正部と圧力計測部とを設け、圧力・温度計測時に第1のセンサ駆動信号をセンサチップの第2、第4の電極に印加し、加熱時に第2のセンサ駆動信号をセンサチップの第4の電極に印加することにより、センサチップの第1、第2の電極を用いて圧力計測のための容量計測と温度計測とを実施し、センサチップの第3、第4の電極を用いて容量補正のための容量計測と加熱とを実施することができ、1つのセンサチップで圧力計測と温度計測と容量補正と加熱を実現することができる。 Further, in the present invention, first to third signal generators, first and second amplifiers, subtractors, first to third synchronous detection units, first and second capacitance calculators, and temperature calculators , a capacitance correction unit, and a pressure measurement unit are provided, a first sensor drive signal is applied to the second and fourth electrodes of the sensor chip during pressure/temperature measurement, and a second sensor drive signal is applied to the sensor chip during heating. By applying voltage to the fourth electrode, capacitance measurement and temperature measurement for pressure measurement are performed using the first and second electrodes of the sensor chip, and the third and fourth electrodes of the sensor chip are used. In this way, a single sensor chip can perform pressure measurement, temperature measurement, capacitance correction, and heating.
また、本発明では、第1~第3の信号発生器と第1、第2の増幅器と減算器と第1~第3の同期検波部と第1、第2の容量算出部と温度算出部と容量補正部と圧力計測部とを設け、圧力・温度計測時に第1のセンサ駆動信号をセンサチップの第2、第4の電極に印加し、加熱時に第2のセンサ駆動信号をセンサチップの第4の電極に印加することにより、センサチップの第1、第2の電極を用いて圧力計測のための容量計測を実施し、センサチップの第3、第4の電極を用いて容量補正のための容量計測と温度計測と加熱とを実施することができ、1つのセンサチップで圧力計測と温度計測と容量補正と加熱を実現することができる。 Further, in the present invention, first to third signal generators, first and second amplifiers, subtractors, first to third synchronous detection units, first and second capacitance calculators, and temperature calculators , a capacitance correction unit, and a pressure measurement unit are provided, a first sensor drive signal is applied to the second and fourth electrodes of the sensor chip during pressure/temperature measurement, and a second sensor drive signal is applied to the sensor chip during heating. By applying voltage to the fourth electrode, capacitance measurement for pressure measurement is performed using the first and second electrodes of the sensor chip, and capacitance correction is performed using the third and fourth electrodes of the sensor chip. Capacitance measurement, temperature measurement, and heating can be performed for this purpose, and pressure measurement, temperature measurement, capacitance correction, and heating can be realized with one sensor chip.
[第1の実施例]
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施例に係る隔膜真空計の構成を示すブロック図、図2は隔膜真空計に用いられるセンサチップの要部の構成を示す断面図である。
[First embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a diaphragm vacuum gauge according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a main part of a sensor chip used in the diaphragm vacuum gauge.
隔膜真空計は、被測定媒体(例えばプロセスガス)の圧力によるダイアフラム(隔膜)の変位に応じて静電容量が変化する受圧部10と、受圧部10の静電容量の変化を計測圧力値に変換する回路部11とを備えている。
A diaphragm vacuum gauge has a pressure-receiving
受圧部10のセンサチップ1の台座101の中央部には凹部が形成されている。この凹部が形成された台座101の面には、被測定媒体(例えばプロセスガス)の圧力Pに応じて変形可能に構成されたダイアフラム102が接合されている。台座101の凹部は、ダイアフラム102と共に基準真空室104を形成する。
A recess is formed in the central portion of the
センサチップ1において、台座101の基準真空室104側の面には固定電極105が形成され、ダイアフラム102の基準真空室104側の面には固定電極105と対向するように可動電極106が形成されている。こうして、固定電極105と可動電極106とがギャップを隔てて対向するように配置されている。ダイアフラム102が被測定媒体の圧力Pを受けて撓むと、可動電極106と固定電極105との間の間隔が変化し、可動電極106と固定電極105との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化からダイアフラム102が受けた被測定媒体の圧力Pを検出することができる。ダイアフラム構成部材100と台座101とは、例えばサファイアなどの絶縁体から構成されている。
In the
図1に示した隔膜真空計は、このように構成されたセンサチップ1と、センサチップ1を収容したハウジング2と、センサチップ1のダイアフラム102に被測定媒体の圧力Pを導く圧力導入管3と、ハウジング2を覆うセンサケース4とを備えている。センサケース4は、断熱材6によって覆われている。
The diaphragm vacuum gauge shown in FIG. and a
ハウジング2の内部には隔壁7が設けられている。隔壁7は、台座板7aと支持板7bとから構成されており、ハウジング2の内部空間を第1の空間2aと第2の空間2bとに分離する。支持板7bは、外周がハウジング2に固定されており、台座板7aをハウジング2の内部空間内に浮上させた状態で支持する。台座板7aの第2の空間2b側にセンサチップ1が固定されている。また、台座板7aには、第1の空間2a内の圧力をセンサチップ1のダイアフラム102に導く圧力導入孔7cが形成されている。第2の空間2bは、センサチップ1の基準真空室104と連通しており、真空状態とされている。
A
圧力導入管3は、ハウジング2の第1の空間2a側に接続されている。圧力導入管3とハウジング2との間にはバッフル8が設けられている。圧力導入管3より導入される被測定媒体は、バッフル8の板面に当たり、バッフル8の周囲の隙間を通して、ハウジング2の第1の空間2a内に流入する。
The
隔膜真空計の回路部11は、可動電極106と固定電極105との間の静電容量の値を算出する容量検出部12と、静電容量を計測圧力値に変換する圧力計測部13と、後述する信号発生器が印加するセンサ駆動信号を制御する制御部14とから構成される。
The
図3は本実施例の隔膜真空計の圧力計測動作を説明するフローチャート、図4は容量検出部12の構成を示すブロック図である。
容量検出部12は、信号発生器120と、容量CfとオペアンプA1とからなる増幅器121と、ローパスフィルタ122と、容量算出部123とから構成される。図4では、センサチップ1の可動電極106と固定電極105との間の静電容量をCxで表している。また、可動電極106と固定電極105の直列抵抗の成分をRxで表している。
FIG. 3 is a flow chart for explaining the pressure measuring operation of the diaphragm vacuum gauge of this embodiment, and FIG.
The
信号発生器120は、圧力計測時に、圧力計測のための正弦波状のセンサ駆動信号をセンサチップ1の第2の電極(例えば可動電極106)に印加する(図3ステップS100)。
増幅器121は、センサチップ1の第1の電極(例えば固定電極105)から出力される電流を電圧に変換して増幅し、静電容量Cxに比例した振幅の信号を出力する。
The signal generator 120 applies a sinusoidal sensor drive signal for pressure measurement to the second electrode (for example, the movable electrode 106) of the
The
ローパスフィルタ122は、増幅器121から出力された信号のノイズを除去する。容量算出部123は、ローパスフィルタ122を通過した信号の振幅から静電容量Cxの値を算出する(図3ステップS101)。
圧力計測部13は、容量検出部12によって算出された静電容量Cxの変化を計測圧力値MPに変換して出力する(図3ステップS102)。
Low-
The
容量検出部12と圧力計測部13とは、例えばユーザーの指示によって圧力計測動作が終了するまで(図3ステップS103においてYES)、ステップS100~S102の処理を計測周期毎に行う。
The
図5は本実施例の隔膜真空計の加熱動作を説明するフローチャートである。センサチップ1の可動電極106と固定電極105には、図4に示すように直列抵抗Rxがある。本実施例は、この直列抵抗Rxをヒータとして利用する。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the heating operation of the diaphragm vacuum gauge of this embodiment. A series resistance Rx is present between the
本実施例では、圧力計測のためのセンサ駆動信号をE1sin(2πf1t)とし、加熱のためのセンサ駆動信号をE2sin(2πf2t)とする。E1,E2は振幅、f1,f2は周波数、tは時間である。そして、本実施例では、加熱のためのセンサ駆動信号の周波数f2を圧力計測のためのセンサ駆動信号の周波数f1よりも高くして(f2>f1)、直列抵抗Rxに流れる電流を増やし、可動電極106と固定電極105とを発熱させる。
In this embodiment, the sensor drive signal for pressure measurement is E1sin(2πf1t), and the sensor drive signal for heating is E2sin(2πf2t). E1 and E2 are amplitudes, f1 and f2 are frequencies, and t is time. In the present embodiment, the frequency f2 of the sensor drive signal for heating is set higher than the frequency f1 of the sensor drive signal for pressure measurement (f2>f1) to increase the current flowing through the series resistor Rx, The
センサチップ1の電気回路の等価回路のインピーダンスZは下記の式となる。
Z=Rx+1/(2πfCx) ・・・(1)
The impedance Z of the equivalent circuit of the electric circuit of the
Z=Rx+1/(2πfCx) (1)
可動電極106と固定電極105間に印加する電圧をEとすると、可動電極106と固定電極105間に流れる電流Iは式(2)となり、抵抗Rxの消費電力Wは式(3)となる。
I=E/Z ・・・(2)
W=I2×Rx ・・・(3)
Assuming that the voltage applied between the
I=E/Z (2)
W=I 2 ×Rx (3)
センサ駆動信号の周波数fを高くすると、インピーダンスZが低くなり、電流Iが大きくなるので、消費電力Wを大きくすることができる。具体的な例を表1に示す。 When the frequency f of the sensor driving signal is increased, the impedance Z is decreased and the current I is increased, so that the power consumption W can be increased. Specific examples are shown in Table 1.
表1から明らかなように、加熱のためのセンサ駆動信号の周波数を高くすることで、可動電極106と固定電極105とを発熱させることができる。
As is clear from Table 1, by increasing the frequency of the sensor driving signal for heating, the
制御部14は、信号発生器120が加熱のためのセンサ駆動信号E2sin(2πf2t)を発生するように信号CTLを信号発生器120に対して出力する(図5ステップS200)。
信号発生器120は、加熱時に、制御部14からの制御信号CTLに応じた周波数f2の正弦波状のセンサ駆動信号E2sin(2πf2t)をセンサチップ1の第2の電極(例えば可動電極106)に印加する(図5ステップS201)。こうして、センサ駆動信号E2sin(2πf2t)を発生するように信号発生器120を制御することにより、発熱量を制御することができる。
The signal generator 120 applies a sinusoidal sensor drive signal E2sin (2πf2t) of frequency f2 according to the control signal CTL from the
容量検出部12と制御部14とは、例えばユーザーの指示によって加熱動作が終了するまで(図5ステップS202においてYES)、ステップS200,S201の処理を加熱周期毎に行う。
The
なお、本実施例では、圧力計測と加熱とを時間をずらして実施してもよいし、圧力計測と加熱を同時に実施してもよい。このため、信号発生器120から圧力計測のためのセンサ駆動信号E1sin(2πf1t)と加熱のためのセンサ駆動信号E2sin(2πf2t)とが同時に出力され、増幅器121からセンサ駆動信号E1sin(2πf1t),E2sin(2πf2t)の周波数成分が同時に出力されることも可能である。
In this embodiment, pressure measurement and heating may be performed at different times, or pressure measurement and heating may be performed at the same time. Therefore, the sensor drive signal E1sin (2πf1t) for pressure measurement and the sensor drive signal E2sin (2πf2t) for heating are simultaneously output from the signal generator 120, and the sensor drive signals E1sin (2πf1t) and E2sin are output from the
ローパスフィルタ122は、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)を通過させ、センサ駆動信号E2sin(2πf2t)を遮断するようにカットオフ周波数が設定されている。したがって、センサ駆動信号E2sin(2πf2t)の周波数成分がローパスフィルタ122で除去され、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)の周波数のみがローパスフィルタ122を通過するので、加熱のためのセンサ駆動信号E2sin(2πf2t)の周波数成分が静電容量Cxの検出に影響を与えることはない。
The cutoff frequency of the low-
本実施例では、圧力計測のための電極105,106を利用してセンサチップ1の加熱が可能なので、受圧部全体を加熱する必要がなく、大きなヒータが不要となるので、加熱のための消費電力を従来よりも低減することができる。また、センサチップ1へのヒータの取り付けとヒータへの配線が不要となるので、センサチップ1にヒータを取り付ける場合と比較してセンサチップ1の小型化が可能となる。
In this embodiment, since the
[第2の実施例]
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図6は本発明の第2の実施例に係る隔膜真空計の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例においても、受圧部10の構成は第1の実施例で説明したとおりである。回路部11aは、容量検出部12aと、圧力計測部13と、制御部14aとから構成される。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the invention will be described. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a diaphragm vacuum gauge according to a second embodiment of the present invention, and the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Also in this embodiment, the configuration of the
図7は本実施例の容量検出部12aの構成を示すブロック図である。容量検出部12aは、信号発生器120-1,120-2と、増幅器121と、ローパスフィルタ122と、容量算出部123と、信号発生器120-1,120-2とセンサチップ1の第2の電極(例えば可動電極106)との間に設けられたスイッチ124と、センサチップ1の第1の電極(例えば固定電極105)と増幅器121の入力との間に設けられたスイッチ125とから構成される。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the
信号発生器120-1は、圧力計測のためのセンサ駆動信号E1sin(2πf1t)を出力する。信号発生器120-2は、加熱のためのセンサ駆動信号E2sin(2πf2t)を出力する。 The signal generator 120-1 outputs a sensor drive signal E1sin(2πf1t) for pressure measurement. The signal generator 120-2 outputs a sensor drive signal E2sin(2πf2t) for heating.
本実施例の制御部14aは、制御信号SWCTLによってスイッチ124,125を切替制御する。制御部14aは、圧力計測時にはスイッチ124,125に図7のS側を選択させる。これにより、スイッチ124が信号発生器120-1の出力端子を選択するので、信号発生器120-1の出力端子とセンサチップ1の第2の電極(例えば可動電極106)とが接続される。また、スイッチ125が増幅器121の入力端子を選択するので、センサチップ1の第1の電極(例えば固定電極105)と増幅器121の入力端子とが接続される。このようなスイッチ制御によって圧力計測動作は、第1の実施例の図3で説明した動作と同じになる。
The
一方、制御部14aは、加熱時にはスイッチ124,125に図7のT側を選択させる。これにより、スイッチ124が信号発生器120-2の出力端子を選択するので、信号発生器120-2の出力端子とセンサチップ1の第2の電極(例えば可動電極106)とが接続される。また、スイッチ125がグラウンドを選択するので、センサチップ1の第1の電極(例えば固定電極105)とグラウンドとが接続される。このようなスイッチ制御によって加熱動作は、第1の実施例の図5で説明した動作と同じになる。
On the other hand, the
こうして、圧力計測時と加熱時でスイッチ124,125を切り替えることにより、圧力計測と加熱を時分割で行うことができる。本実施例では、1つの信号発生器でセンサ駆動信号を変更することが難しい場合に、圧力計測時と加熱時で電極105,106に接続される回路を変えることができる。
Thus, by switching the
第1の実施例と同様に、制御部14aは、加熱時にセンサ駆動信号E2sin(2πf2t)の周波数f2を変化させて発熱量を制御してもよいし、振幅E2を変化させて発熱量を制御するようにしてもよい。
As in the first embodiment, the
また、制御部14aは、センサ駆動信号E2sin(2πf2t)を印加する時間の長さを変化させて発熱量を制御するようにしてもよい。第1の実施例では、信号発生器120がセンサ駆動信号E2sin(2πf2t)を出力する時間の長さを変更する。本実施例においても、信号発生器120-2がセンサ駆動信号E2sin(2πf2t)を出力する時間の長さを変更してもよい。また、信号発生器120-2がセンサ駆動信号E2sin(2πf2t)を常時出力する構成において、スイッチ124,125がT側を選択する時間の長さを変更するようにしてもよい。
Further, the
[第3の実施例]
次に、本発明の第3の実施例について説明する。図8は本発明の第3の実施例に係る隔膜真空計の構成を示すブロック図であり、図1、図6と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の隔膜真空計は、受圧部10bと、回路部11bとを備えている。
[Third embodiment]
A third embodiment of the present invention will now be described.
第1、第2の実施例の受圧部10との違いは、受圧部10bに温度センサ9を設置することなくセンサチップ1の温度を計測できることである。
回路部11bは、容量・温度検出部12bと、圧力計測部13と、制御部14bとから構成される。
The difference from the
The
図9は本実施例の隔膜真空計の圧力・温度計測動作を説明するフローチャート、図10は本実施例の容量・温度検出部12bの構成を示すブロック図である。容量・温度検出部12bは、信号発生器120と、増幅器121と、差動入力型のローパスフィルタ122b-1,122b-2と、容量算出部123bと、増幅器121とローパスフィルタ122b-1との間に設けられたスイッチ126と、増幅器121とローパスフィルタ122b-2との間に設けられたスイッチ127と、温度算出部128と、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)と周波数が同じで位相が90度ずれた信号E1sin(2πf1t+π/2)を出力する信号発生器129とから構成される。
FIG. 9 is a flow chart for explaining the pressure/temperature measuring operation of the diaphragm vacuum gauge of this embodiment, and FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the capacity/
第1の実施例と同様に、信号発生器120は、圧力・温度計測時にセンサ駆動信号E1sin(2πf1t)をセンサチップ1の第2の電極(例えば可動電極106)とスイッチ126とに印加する(図9ステップS300)。
信号発生器129は、圧力・温度計測時にセンサ駆動信号E1sin(2πf1t)と90度位相がずれた信号E1sin(2πf1t+π/2)をスイッチ127に印加する(図9ステップS301)。
As in the first embodiment, the signal generator 120 applies the sensor drive signal E1sin (2πf1t) to the second electrode (for example, the movable electrode 106) of the
The
スイッチ126とローパスフィルタ122b-1とは、同期検波部130を構成している。ローパスフィルタ122b-1は、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)を通過させ、センサ駆動信号E2sin(2πf2t)を遮断するようにカットオフ周波数が設定されている。同期検波部130は、増幅器121の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)に同期した信号を復調する。
The
具体的には、スイッチ126は、圧力・温度計測時に信号発生器120から出力されるセンサ駆動信号E1sin(2πf1t)が正のとき、増幅器121の出力端子とローパスフィルタ122b-1の非反転入力端子とを接続する。また、スイッチ126は、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)が負のとき、増幅器121の出力端子とローパスフィルタ122b-1の反転入力端子とを接続する。これにより、増幅器121の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)に同期した信号を復調することができる。
Specifically, when the sensor drive signal E1sin (2πf1t) output from the signal generator 120 during pressure/temperature measurement is positive, the
一方、スイッチ127とローパスフィルタ122b-2とは、同期検波部131を構成している。ローパスフィルタ122b-2は、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)を通過させ、センサ駆動信号E2sin(2πf2t)を遮断するようにカットオフ周波数が設定されている。同期検波部131は、増幅器121の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)と90度位相がずれた信号E1sin(2πf1t+π/2)に同期した信号を復調する。
On the other hand, the
具体的には、スイッチ127は、圧力・温度計測時に信号発生器129から出力される信号E1sin(2πf1t+π/2)が正のとき、増幅器121の出力端子とローパスフィルタ122b-2の非反転入力端子とを接続する。また、スイッチ127は、信号E1sin(2πf1t+π/2)が負のとき、増幅器121の出力端子とローパスフィルタ122b-2の反転入力端子とを接続する。これにより、増幅器121の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)と90度位相がずれた信号E1sin(2πf1t+π/2)に同期した信号を復調することができる。
Specifically, when the signal E1sin (2πf1t+π/2) output from the
図11は、圧力・温度計測時の増幅器121の出力Aの波形を示す図である。増幅器121の出力Aは、下記の式のように表すことができる。
FIG. 11 is a diagram showing the waveform of the output A of the
図12は、圧力・温度計測時の同期検波部130の出力vcの波形を示す図である。同期検波部130の出力vcは、下記の式のように表すことができる。このvcは、主に静電容量Cxに依存するが、直列抵抗Rxの値にも影響される。
FIG. 12 is a diagram showing the waveform of the output vc of the
図13は、圧力・温度計測時の同期検波部131の出力vtの波形を示す図である。同期検波部131の出力vtは、下記の式のように表すことができる。このvtは、直列抵抗Rxの値に依存するが、静電容量Cxの値にも影響される。
FIG. 13 is a diagram showing the waveform of the output vt of the
同期検波部130の出力vcと同期検波部131の出力vtとから下式の演算をすると、静電容量Cxのみに比例した値が得られる。
When the following equation is calculated from the output vc of the
また、同期検波部130の出力vcと同期検波部131の出力vtとから下式の演算をすると、直列抵抗Rxのみに比例した値が得られる。
Further, when the following equation is calculated from the output vc of the
式(7)、式(8)におけるα,βは静電容量Cx、直列抵抗Rxに依存しない回路常数のCf,f,E1による定数である。
容量算出部123bは、同期検波部130の出力vcと同期検波部131の出力vtとから式(7)により静電容量Cxの値を算出する(図9ステップS302)。圧力計測部13の動作(図9ステップS303)は、第1の実施例と同じである。
α and β in equations (7) and (8) are circuit constants Cf, f, and E1 that do not depend on the capacitance Cx and series resistance Rx.
The
温度算出部128は、同期検波部130の出力vcと同期検波部131の出力vtとから式(8)により直列抵抗Rxの値を算出する(図9ステップS304)。そして、温度算出部128は、直列抵抗Rxの値からセンサチップ1の温度を導出する(図9ステップS305)。直列抵抗Rxと温度との関係は予め温度算出部128に記憶されている。温度算出部128は、予め設定された式により直列抵抗Rxの値から温度を算出してもよいし、予め設定されたテーブルから直列抵抗Rxの値に対応する温度の値を取得するようにしてもよい。
The
容量・温度検出部12bと圧力計測部13とは、例えばユーザーの指示によって圧力計測動作が終了するまで(図9ステップS306においてYES)、ステップS300~S305の処理を計測周期毎に行う。
The capacity/
本実施例の加熱動作の処理の流れは第1の実施例と同様であるので、図5の符号を用いて説明する。
本実施例の制御部14bは、加熱時には、加熱のためのセンサ駆動信号E2sin(2πf2t)の周波数f2を信号発生器120が発生するように制御信号CTLを信号発生器120に対して出力する(図5ステップS200)。
Since the processing flow of the heating operation of this embodiment is the same as that of the first embodiment, the reference numerals in FIG. 5 are used for explanation.
During heating, the
第1の実施例と同様に、信号発生器120は、加熱時に、制御部14bからの制御信号CTLに応じた周波数f2のセンサ駆動信号E2sin(2πf2t)をセンサチップ1の第2の電極(例えば可動電極106)に印加する(図5ステップS201)。
As in the first embodiment, during heating, the signal generator 120 outputs the sensor drive signal E2sin (2πf2t) of frequency f2 corresponding to the control signal CTL from the
容量・温度検出部12bと制御部14bとは、例えばユーザーの指示によって加熱動作が終了するまで(図5ステップS202においてYES)、ステップS200,S201の処理を加熱周期毎に行う。
The capacity/
こうして、本実施例では、温度センサを用いることなくセンサチップ1の温度を計測することができ、1つのセンサチップ1で圧力計測と温度計測と加熱の3つを実現することができる。
第1の実施例と同様に、本実施例では、圧力・温度計測と加熱を時間をずらして実施してもよいし、圧力・温度計測と加熱を同時に実施してもよい。
Thus, in this embodiment, the temperature of the
As in the first embodiment, in this embodiment, pressure/temperature measurement and heating may be performed at different times, or pressure/temperature measurement and heating may be performed at the same time.
制御部14bは、容量・温度検出部12bによって計測された温度が加熱温度設定値tspと一致するように振幅E2を変化させて発熱量を制御するようにしてもよい。また、制御部14bは、容量・温度検出部12bによって計測された温度が加熱温度設定値tspと一致するように、センサ駆動信号E2sin(2πf2t)を印加する時間の長さを変化させて発熱量を制御するようにしてもよい。
The
なお、本実施例に第2の実施例を適用してもよい。この場合には、容量・温度検出部12bの信号発生器120の代わりに信号発生器120-1,120-2を設け、信号発生器120-1,120-2とセンサチップ1の第2の電極(例えば可動電極106)との間にスイッチ124を挿入し、センサチップ1の第1の電極(例えば固定電極105)と増幅器121の入力との間にスイッチ125を挿入すればよい。制御部14bは、第2の実施例の制御部14aと同様にスイッチ124,125を制御すればよい。
Note that the second embodiment may be applied to this embodiment. In this case, signal generators 120-1 and 120-2 are provided in place of the signal generator 120 of the capacitance/
[第4の実施例]
次に、本発明の第4の実施例について説明する。図14は本発明の第4の実施例に係る隔膜真空計の構成を示すブロック図であり、図1、図6、図8と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の隔膜真空計は、受圧部10cと、回路部11cとを備えている。
[Fourth embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will now be described.
図15は本実施例のセンサチップ1cの要部の構成を示す断面図である。センサチップ1cにおいて、固定電極105の外側の台座101の基準真空室104側の面には、固定電極107が形成されている。可動電極106の外側のダイアフラム102の基準真空室104側の面には、固定電極107と対向するように可動電極108が形成されている。センサチップ1cのその他の構成はセンサチップ1と同じである。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the configuration of the main part of the
固定電極107と可動電極108とはダイアフラム102の縁部に形成されている。ダイアフラム102が被測定媒体の圧力Pを受けて撓むんだとしても、ダイアフラム102の縁部は殆ど変形しないため、可動電極108と固定電極107との間の静電容量は変化し難い。この静電容量は、センサ内外の温度変化および基準真空室104内の湿度変化等に基づく測定誤差を除去するために設けられたものである。
A fixed
回路部11cは、容量検出部12cと、圧力計測部13と、制御部14cとから構成される。
図16は本実施例の隔膜真空計の圧力計測動作を説明するフローチャート、図17は容量検出部12cの構成を示すブロック図である。
The
FIG. 16 is a flow chart for explaining the pressure measuring operation of the diaphragm vacuum gauge of this embodiment, and FIG. 17 is a block diagram showing the configuration of the
容量検出部12cは、信号発生器132,133と、増幅器134,135と、減算器136と、差動入力型のローパスフィルタ137,138と、増幅器134とローパスフィルタ137との間に設けられたスイッチ139と、増幅器135とローパスフィルタ138との間に設けられたスイッチ140と、容量算出部141と、参照容量算出部142と、容量補正部143とから構成される。図17では、センサチップ1cの可動電極108と固定電極107との間の静電容量をCrで表している。また、可動電極108と固定電極107の直列抵抗の成分をRrで表している。
信号発生器132は、圧力計測時に、圧力計測のための正弦波状のセンサ駆動信号E1sin(2πf1t)をセンサチップ1cの第2の電極(例えば可動電極106)とスイッチ139とに印加する。信号発生器133は、圧力計測時に、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)をセンサチップ1cの第4の電極(例えば可動電極108)とスイッチ140とに印加する(図16ステップS400)。
The
増幅器134は、センサチップ1cの第1の電極(例えば固定電極105)から出力される電流を電圧に変換して増幅し、静電容量Cxに比例した振幅の信号を出力する。増幅器135は、センサチップ1cの第3の電極(例えば固定電極107)から出力される電流を電圧に変換して増幅し、静電容量Crに比例した振幅の信号を出力する。
減算器136は、増幅器134の出力信号Aから増幅器135の出力信号Bを減算する。
The
スイッチ139とローパスフィルタ137とは、同期検波部144を構成している。ローパスフィルタ137は、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)を通過させ、センサ駆動信号E2sin(2πf2t)を遮断するようにカットオフ周波数が設定されている。同期検波部144は、増幅器134の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)に同期した信号を復調する。
The
具体的には、スイッチ139は、圧力計測時に信号発生器132から出力されるセンサ駆動信号E1sin(2πf1t)が正のとき、増幅器134の出力端子とローパスフィルタ137の非反転入力端子とを接続する。また、スイッチ139は、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)が負のとき、増幅器134の出力端子とローパスフィルタ137の反転入力端子とを接続する。これにより、増幅器134の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)に同期した信号を復調することができる。
Specifically, the
一方、スイッチ140とローパスフィルタ138とは、同期検波部145を構成している。ローパスフィルタ138は、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)を通過させ、センサ駆動信号E2sin(2πf2t)を遮断するようにカットオフ周波数が設定されている。同期検波部145は、減算器136の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)に同期した信号を復調する。
On the other hand, the
具体的には、スイッチ140は、圧力計測時に信号発生器133から出力されるセンサ駆動信号E1sin(2πf1t)が正のとき、減算器136の出力端子とローパスフィルタ138の非反転入力端子とを接続する。また、スイッチ140は、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)が負のとき、減算器136の出力端子とローパスフィルタ138の反転入力端子とを接続する。これにより、減算器136の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)に同期した信号を復調することができる。
Specifically, the
容量算出部141は、同期検波部144の出力vcの振幅から静電容量Cxの値を算出する(図16ステップS401)。
参照容量算出部142は、同期検波部145の出力vrの振幅から静電容量(参照容量)Crの値を算出する(図16ステップS402)。
The
The
容量補正部143は、参照容量Crにより静電容量Cxを補正した値(Cx-Cr)/Cxを算出する(図16ステップS403)。
圧力計測部13は、容量検出部12cによって算出された静電容量(Cx-Cr)/Cxの変化を計測圧力値MPに変換して出力する(図16ステップS404)。
The
The
容量検出部12cと圧力計測部13とは、例えばユーザーの指示によって圧力計測動作が終了するまで(図16ステップS405においてYES)、ステップS400~S404の処理を計測周期毎に行う。
The
本実施例の加熱動作の処理の流れは第1の実施例と同様であるので、図5の符号を用いて説明する。
本実施例の制御部14cは、加熱時には、加熱のためのセンサ駆動信号E2sin(2πf2t)を信号発生器133が発生するように制御信号CTLを信号発生器133に対して出力する(図5ステップS200)。
Since the processing flow of the heating operation of this embodiment is the same as that of the first embodiment, the reference numerals in FIG. 5 are used for explanation.
During heating, the
信号発生器133は、加熱時に、制御部14cからの制御信号CTLに応じた周波数f2のセンサ駆動信号E2sin(2πf2t)をセンサチップ1cの第4の電極(例えば可動電極108)に印加する(図5ステップS201)。
During heating, the signal generator 133 applies the sensor drive signal E2sin (2πf2t) of frequency f2 corresponding to the control signal CTL from the
容量検出部12cと制御部14cとは、例えばユーザーの指示によって加熱動作が終了するまで(図5ステップS202においてYES)、ステップS200,S201の処理を加熱周期毎に行う。
The
こうして、本実施例では、センサチップ1cの固定電極105と可動電極106とを用いて圧力計測のための容量計測を実施し、センサチップ1cの固定電極107と可動電極108とを用いて容量補正のための参照容量計測と加熱とを実施することができ、1つのセンサチップ1cで圧力計測と容量補正と加熱の3つを実現することができる。
第1の実施例と同様に、本実施例では、圧力計測と加熱を時間をずらして実施してもよいし、圧力計測と加熱を同時に実施してもよい。
Thus, in this embodiment, the fixed
As in the first embodiment, in this embodiment, the pressure measurement and the heating may be performed at different times, or the pressure measurement and the heating may be performed at the same time.
第1の実施例と同様に、制御部14cは、センサ駆動信号E2sin(2πf2t)の振幅E2を変化させて発熱量を制御するようにしてもよい。また、制御部14cは、センサ駆動信号E2sin(2πf2t)を印加する時間の長さを変化させて発熱量を制御するようにしてもよい。
As in the first embodiment, the
[第5の実施例]
次に、本発明の第5の実施例について説明する。図18は本発明の第5の実施例に係る隔膜真空計の構成を示すブロック図であり、図1、図6、図8、図14と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の隔膜真空計は、受圧部10dと、回路部11dとを備えている。
[Fifth embodiment]
A fifth embodiment of the present invention will now be described. FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of a diaphragm vacuum gauge according to the fifth embodiment of the present invention, and the same components as those in FIGS. 1, 6, 8 and 14 are denoted by the same reference numerals. . The diaphragm vacuum gauge of this embodiment includes a
第4の実施例の受圧部10cとの違いは、受圧部10dに温度センサを設置しなくてもセンサチップ1の温度が計測可能であることである。
回路部11dは、容量・温度検出部12dと、圧力計測部13dと、制御部14dとから構成される。
The difference from the
The
図19は本実施例の隔膜真空計の圧力・温度計測動作を説明するフローチャート、図20は本実施例の容量・温度検出部12dの構成を示すブロック図である。容量・温度検出部12dは、信号発生器132,133と、増幅器134,135と、減算器136と、ローパスフィルタ137,138と、スイッチ139,140と、容量算出部141dと、参照容量算出部142と、容量補正部143と、信号発生器146と、差動入力型のローパスフィルタ147と、増幅器134とローパスフィルタ147との間に設けられたスイッチ148と、温度算出部149とから構成される。
FIG. 19 is a flow chart for explaining the pressure/temperature measuring operation of the diaphragm vacuum gauge of this embodiment, and FIG. 20 is a block diagram showing the configuration of the capacity/
信号発生器132は、圧力・温度計測時にセンサ駆動信号E1sin(2πf1t)をセンサチップ1cの第2の電極(例えば可動電極106)とスイッチ139とに印加する。信号発生器133は、圧力・温度計測時に、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)をセンサチップ1cの第4の電極(例えば可動電極108)とスイッチ140とに印加する(図19ステップS500)。
The
信号発生器146は、圧力・温度計測時にセンサ駆動信号E1sin(2πf1t)と90度位相がずれた信号E1sin(2πf1t+π/2)をスイッチ148に印加する(図19ステップS501)。
The
第4の実施例と同様に、同期検波部144は、増幅器134の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)に同期した信号を復調する。同期検波部145は、減算器136の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)に同期した信号を復調する。
As in the fourth embodiment, the
スイッチ148とローパスフィルタ147とは、同期検波部150を構成している。ローパスフィルタ147は、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)を通過させ、センサ駆動信号E2sin(2πf2t)を遮断するようにカットオフ周波数が設定されている。同期検波部150は、増幅器134の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)と90度位相がずれた信号E1sin(2πf1t+π/2)に同期した信号を復調する。
The
具体的には、スイッチ148は、圧力・温度計測時に信号発生器146から出力される信号E1sin(2πf1t+π/2)が正のとき、増幅器134の出力端子とローパスフィルタ147の非反転入力端子とを接続する。また、スイッチ148は、信号E1sin(2πf1t+π/2)が負のとき、増幅器134の出力端子とローパスフィルタ147の反転入力端子とを接続する。これにより、増幅器134の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)と90度位相がずれた信号E1sin(2πf1t+π/2)に同期した信号を復調することができる。
Specifically, the
容量算出部141dは、同期検波部144の出力vcと同期検波部150の出力vtとから式(7)により静電容量Cxの値を算出する(図19ステップS502)。
参照容量算出部142は、同期検波部145の出力vrの振幅から静電容量(参照容量)Crの値を算出する(図19ステップS503)。
The
The
容量補正部143は、参照容量Crにより静電容量Cxを補正した値(Cx-Cr)/Cxを算出する(図19ステップS504)。
第3の実施例と同様に、温度算出部149は、同期検波部144の出力vcと同期検波部150の出力vtとから式(8)により直列抵抗Rxの値を算出し(図19ステップS505)、直列抵抗Rxの値からセンサチップ1cの温度を導出する(図19ステップS506)。
The
As in the third embodiment, the
圧力計測部13dは、容量・温度検出部12dによって算出された静電容量(Cx-Cr)/Cxを容量・温度検出部12dによって算出されたセンサチップ1cの温度によって補正して計測圧力値MPに変換して出力する(図19ステップS507)。静電容量(Cx-Cr)/Cxをセンサチップ1cの温度によって補正する方法は、例えば下記式を用いて行えばよい。
The
式(9)において、Voは容量・温度検出部12dによって算出された静電容量(Cx-Cr)/Cx、Vtは容量・温度検出部12dによって算出されたセンサチップ1cの温度、aijは補正係数、i,jは多項式の次数である。
In equation (9), Vo is the capacitance (Cx-Cr)/Cx calculated by the capacitance/
容量・温度検出部12dと圧力計測部13dとは、例えばユーザーの指示によって圧力計測動作が終了するまで(図19ステップS508においてYES)、ステップS500~S507の処理を計測周期毎に行う。
The capacity/
本実施例の加熱動作の処理の流れは第4の実施例と同様であるので、図5の符号を用いて説明する。
本実施例の制御部14dは、容量・温度検出部12dによって計測された温度が所定の加熱温度設定値tspと一致するように、加熱のためのセンサ駆動信号E2sin(2πf2t)を信号発生器133が発生するように制御信号CTLを信号発生器133に対して出力する(図5ステップS200)。
Since the processing flow of the heating operation of this embodiment is the same as that of the fourth embodiment, it will be explained using the reference numerals in FIG.
The
信号発生器133は、加熱時に、制御部14dからの制御信号CTLに応じた周波数f2のセンサ駆動信号E2sin(2πf2t)をセンサチップ1cの第4の電極(例えば可動電極108)に印加する(図5ステップS201)。
The signal generator 133 applies the sensor drive signal E2sin (2πf2t) of frequency f2 corresponding to the control signal CTL from the
容量・温度検出部12dと制御部14dとは、例えばユーザーの指示によって加熱動作が終了するまで(図5ステップS202においてYES)、ステップS200,S201の処理を加熱周期毎に行う。
The capacity/
こうして、本実施例では、センサチップ1cの固定電極105と可動電極106とを用いて圧力計測のための容量計測と温度計測とを実施し、センサチップ1cの固定電極107と可動電極108とを用いて容量補正のための参照容量計測と加熱とを実施することができ、1つのセンサチップ1cで圧力計測と温度計測と容量補正と加熱の4つを実現することができる。
第1の実施例と同様に、本実施例では、圧力・温度計測と加熱を時間をずらして実施してもよいし、圧力・温度計測と加熱を同時に実施してもよい。
Thus, in this embodiment, the fixed
As in the first embodiment, in this embodiment, pressure/temperature measurement and heating may be performed at different times, or pressure/temperature measurement and heating may be performed at the same time.
第1の実施例と同様に、制御部14dは、容量・温度検出部12dによって計測された温度が加熱温度設定値tspと一致するように振幅E2を変化させて発熱量を制御するようにしてもよい。また、制御部14dは、容量・温度検出部12dによって計測された温度が加熱温度設定値tspと一致するように、センサ駆動信号E2sin(2πf2t)を印加する時間の長さを変化させて発熱量を制御するようにしてもよい。
As in the first embodiment, the
[第6の実施例]
次に、本発明の第6の実施例について説明する。図21は本発明の第6の実施例に係る隔膜真空計の構成を示すブロック図であり、図1、図6、図8、図14、図18と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の隔膜真空計は、受圧部10dと、回路部11eとを備えている。受圧部10dの構成は第5の実施例で説明したとおりである。
[Sixth embodiment]
A sixth embodiment of the present invention will now be described. FIG. 21 is a block diagram showing the construction of a diaphragm vacuum gauge according to the sixth embodiment of the present invention, and the same reference numerals are assigned to the same constructions as in FIGS. I have The diaphragm vacuum gauge of this embodiment includes a
回路部11eは、容量・温度検出部12eと、圧力計測部13eと、制御部14eとから構成される。
図22は本実施例の容量・温度検出部12eの構成を示すブロック図である。容量・温度検出部12eは、信号発生器132,133と、増幅器134,135と、減算器136と、ローパスフィルタ137,138と、スイッチ139,140と、容量算出部141と、参照容量算出部142eと、容量補正部143と、信号発生器146eと、温度算出部149eと、差動入力型のローパスフィルタ151と、減算器136とローパスフィルタ151との間に設けられたスイッチ152とから構成される。
The
FIG. 22 is a block diagram showing the configuration of the capacitance/
本実施例の隔膜真空計の圧力・温度計測動作の処理の流れは第5の実施例と同様であるので、図19の符号を用いて説明する。
信号発生器132は、圧力・温度計測時にセンサ駆動信号E1sin(2πf1t)をセンサチップ1cの第2の電極(例えば可動電極106)とスイッチ139とに印加する。信号発生器133は、圧力・温度計測時に、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)をセンサチップ1cの第4の電極(例えば可動電極108)とスイッチ140とに印加する(図19ステップS500)。
Since the process flow of the pressure/temperature measurement operation of the diaphragm vacuum gauge of this embodiment is the same as that of the fifth embodiment, it will be described using the reference numerals in FIG.
The
信号発生器146eは、圧力・温度計測時にセンサ駆動信号E1sin(2πf1t)と90度位相がずれた信号E1sin(2πf1t+π/2)をスイッチ152に印加する(図19ステップS501)。
The
第4の実施例と同様に、同期検波部144は、増幅器134の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)に同期した信号を復調する。同期検波部145は、減算器136の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)に同期した信号を復調する。
As in the fourth embodiment, the
スイッチ152とローパスフィルタ151とは、同期検波部153を構成している。ローパスフィルタ151は、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)を通過させ、センサ駆動信号E2sin(2πf2t)を遮断するようにカットオフ周波数が設定されている。同期検波部153は、減算器136の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)と90度位相がずれた信号E1sin(2πf1t+π/2)に同期した信号を復調する。
The
具体的には、スイッチ152は、圧力・温度計測時に信号発生器146eから出力される信号E1sin(2πf1t+π/2)が正のとき、減算器136の出力端子とローパスフィルタ151の非反転入力端子とを接続する。また、スイッチ152は、信号E1sin(2πf1t+π/2)が負のとき、減算器136の出力端子とローパスフィルタ151の反転入力端子とを接続する。これにより、減算器136の出力から、センサ駆動信号E1sin(2πf1t)と90度位相がずれた信号E1sin(2πf1t+π/2)に同期した信号を復調することができる。
Specifically, the
容量算出部141は、同期検波部144の出力vcの振幅から静電容量Cxの値を算出する(図19ステップS502)。
参照容量算出部142eは、同期検波部145の出力vrと同期検波部153の出力vtとから静電容量(参照容量)Crの値を算出する(図19ステップS503)。この参照容量Crは、式(7)において、CxをCrに置き換え、vcをvrに置き換えた式により算出することができる。
The
The
容量補正部143は、参照容量Crにより静電容量Cxを補正した値(Cx-Cr)/Cxを算出する(図19ステップS504)。
温度算出部149eは、同期検波部145の出力vrと同期検波部153の出力vtとから直列抵抗Rrの値を算出し(図19ステップS505)、直列抵抗Rrの値からセンサチップ1cの温度を導出する(図19ステップS506)。
The
The
直列抵抗Rrは、式(8)において、RxをRrに置き換え、vcをvrに置き換えた式により算出することができる。直列抵抗Rrと温度との関係は予め温度算出部149eに記憶されている。温度算出部149eは、予め設定された式により直列抵抗Rrの値から温度を算出してもよいし、予め設定されたテーブルから直列抵抗Rrの値に対応する温度の値を取得するようにしてもよい。
The series resistance Rr can be calculated by replacing Rx with Rr and vc with vr in Equation (8). The relationship between the series resistance Rr and the temperature is stored in advance in the
圧力計測部13eは、容量・温度検出部12eによって算出された静電容量(Cx-Cr)/Cxを容量・温度検出部12eによって算出されたセンサチップ1cの温度によって補正して計測圧力値MPに変換して出力する(図19ステップS507)。
The
容量・温度検出部12eと圧力計測部13eとは、例えばユーザーの指示によって圧力計測動作が終了するまで(図19ステップS508においてYES)、ステップS500~S507の処理を計測周期毎に行う。
本実施例の加熱動作は、第5の実施例と同様であるので、説明は省略する。
The capacity/
Since the heating operation of this embodiment is the same as that of the fifth embodiment, the explanation is omitted.
こうして、本実施例では、センサチップ1cの固定電極105と可動電極106とを用いて圧力計測のための容量計測を実施し、センサチップ1cの固定電極107と可動電極108とを用いて容量補正のための参照容量計測と温度計測と加熱とを実施することができ、1つのセンサチップ1cで圧力計測と温度計測と容量補正と加熱の4つを実現することができる。
第1の実施例と同様に、本実施例では、圧力・温度計測と加熱を時間をずらして実施してもよいし、圧力・温度計測と加熱を同時に実施してもよい。
なお、第4~第6の実施例で説明したセンサチップ1のダイアフラム102に設置した2つの可動電極(第2の電極106と第4の電極108)は互いに電気的に接続して単一の可動電極として形成してもよい。
Thus, in this embodiment, the fixed
As in the first embodiment, in this embodiment, pressure/temperature measurement and heating may be performed at different times, or pressure/temperature measurement and heating may be performed at the same time.
The two movable electrodes (the
第1~第6の実施例で説明した回路部11,11a,11b,11c,11d,11eは、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図23に示す。
The
コンピュータは、CPU200と、記憶装置201と、インタフェース装置(I/F)202とを備えている。I/F202には、容量検出部12,12a,12cのハードウェア部と容量・温度検出部12b,12d,12eのハードウェアなどが接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の方法を実現させるためのプログラムは記憶装置201に格納される。CPU200は、記憶装置201に格納されたプログラムに従って第1~第6の実施例で説明した処理を実行する。
The computer comprises a
本発明は、隔膜真空計に適用することができる。 The present invention can be applied to a diaphragm vacuum gauge.
1,1c…センサチップ、10,10b,10c,10d…受圧部、11,11a,11b,11c,11d,11e…回路部、12,12a,12c…容量検出部、12b,12d,12e…容量・温度検出部、13,13d,13e…圧力計測部、14,14a,14b,14c,14d,14e…制御部、102…ダイアフラム、105,107…固定電極、106,108…可動電極、120,120-1,120-2,129,132,133,146,146e…信号発生器、121,134,135…増幅器、122,122b-1,122b-2,137,138,147,151…ローパスフィルタ、123、123b,141,141d…容量算出部、124~127,139,140,148,152…スイッチ、128,149,149e…温度算出部、130,131,144,145,150,153…同期検波部、136…減算器、142,142e…参照容量算出部、143…容量補正部。
1, 1c... sensor chip, 10, 10b, 10c, 10d... pressure receiving part, 11, 11a, 11b, 11c, 11d, 11e... circuit part, 12, 12a, 12c... capacity detection part, 12b, 12d, 12e... capacity
Claims (10)
第1のセンサ駆動信号と前記第1のセンサ駆動信号よりも周波数の高い第2のセンサ駆動信号の何れか一方を前記第2の電極に選択的に印加するように構成された信号発生器と、
前記第1の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された増幅器と、
前記増幅器の出力信号から前記第1、第2の電極間の静電容量の値を算出するように構成された容量算出部と、
前記静電容量を計測圧力値に変換するように構成された圧力計測部と、
圧力計測時には前記第1のセンサ駆動信号を前記第2の電極に印加し、加熱時には前記第2のセンサ駆動信号を前記第2の電極に印加するように前記信号発生器を制御するように構成された制御部とを備えることを特徴とする隔膜真空計。 a first electrode formed on a pedestal; and a second electrode formed on a diaphragm arranged across a gap from the pedestal so as to face the first electrode, a sensor chip configured such that the interval between the first and second electrodes changes according to the displacement of the diaphragm;
a signal generator configured to selectively apply either a first sensor drive signal or a second sensor drive signal having a higher frequency than the first sensor drive signal to the second electrode; ,
an amplifier configured to convert the current output from the first electrode into a voltage and amplify it;
a capacitance calculator configured to calculate the value of the capacitance between the first and second electrodes from the output signal of the amplifier;
a pressure measuring unit configured to convert the capacitance into a measured pressure value;
The signal generator is configured to apply the first sensor drive signal to the second electrode during pressure measurement and to apply the second sensor drive signal to the second electrode during heating. A diaphragm vacuum gauge, comprising: a control unit;
第1のセンサ駆動信号を出力するように構成された第1の信号発生器と、
前記第1のセンサ駆動信号よりも周波数の高い第2のセンサ駆動信号を出力するように構成された第2の信号発生器と、
前記第1の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された増幅器と、
前記第1、第2の信号発生器と前記第2の電極との間に設けられ、前記第1の信号発生器の出力端子と前記第2の信号発生器の出力端子の何れか一方と前記第2の電極とを選択的に接続するように構成された第1のスイッチと、
前記第1の電極と前記増幅器との間に設けられ、前記第1の電極に前記増幅器の入力端子とグラウンドの何れか一方を選択的に接続するように構成された第2のスイッチと、
前記増幅器の出力信号から前記第1、第2の電極間の静電容量の値を算出するように構成された容量算出部と、
前記静電容量を計測圧力値に変換するように構成された圧力計測部と、
圧力計測時には前記第1の信号発信器の出力端子と前記第2の電極とを接続するように前記第1のスイッチを制御するとともに前記第1の電極と前記増幅器の入力端子とを接続するように前記第2のスイッチを制御する一方、加熱時には前記第2の信号発生器の出力端子と前記第2の電極とを接続するように前記第1のスイッチを制御するとともに前記第1の電極とグラウンドとを接続するように前記第2のスイッチを制御するように構成された制御部とを備えることを特徴とする隔膜真空計。 a first electrode formed on a pedestal; and a second electrode formed on a diaphragm arranged across a gap from the pedestal so as to face the first electrode, a sensor chip configured such that the interval between the first and second electrodes changes according to the displacement of the diaphragm;
a first signal generator configured to output a first sensor drive signal;
a second signal generator configured to output a second sensor drive signal having a higher frequency than the first sensor drive signal;
an amplifier configured to convert the current output from the first electrode into a voltage and amplify it;
provided between the first and second signal generators and the second electrode, one of the output terminal of the first signal generator and the output terminal of the second signal generator and the a first switch configured to selectively connect the second electrode;
a second switch provided between the first electrode and the amplifier and configured to selectively connect either an input terminal of the amplifier or ground to the first electrode;
a capacitance calculator configured to calculate the value of the capacitance between the first and second electrodes from the output signal of the amplifier;
a pressure measuring unit configured to convert the capacitance into a measured pressure value;
During pressure measurement, the first switch is controlled to connect the output terminal of the first signal transmitter and the second electrode, and the first electrode and the input terminal of the amplifier are connected. While controlling the second switch during heating, the first switch is controlled to connect the output terminal of the second signal generator and the second electrode during heating, and the first electrode and and a controller configured to control the second switch to connect to ground.
第1のセンサ駆動信号と前記第1のセンサ駆動信号よりも周波数の高い第2のセンサ駆動信号の何れか一方を前記第2の電極に印加するように構成された第1の信号発生器と、
前記第1のセンサ駆動信号と位相がずれた信号を出力するように構成された第2の信号発生器と、
前記第1の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された増幅器と、
前記増幅器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第1の同期検波部と、
前記増幅器の出力信号から、前記第2の信号発生器の出力信号に同期した信号を復調するように構成された第2の同期検波部と、
前記第1、第2の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極間の静電容量の値を算出するように構成された容量算出部と、
前記第1、第2の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極の直列抵抗の値を算出し、この直列抵抗の値から前記センサチップの温度を求めるように構成された温度算出部と、
前記静電容量を計測圧力値に変換するように構成された圧力計測部と、
圧力・温度計測時には前記第1のセンサ駆動信号を前記第2の電極に印加する一方、加熱時には前記第2のセンサ駆動信号を前記第2の電極に印加するように前記第1の信号発生器を制御するように構成された制御部とを備えることを特徴とする隔膜真空計。 a first electrode formed on a pedestal; and a second electrode formed on a diaphragm arranged across a gap from the pedestal so as to face the first electrode, a sensor chip configured such that the interval between the first and second electrodes changes according to the displacement of the diaphragm;
a first signal generator configured to apply to the second electrode either a first sensor drive signal or a second sensor drive signal having a higher frequency than the first sensor drive signal; ,
a second signal generator configured to output a signal out of phase with the first sensor drive signal;
an amplifier configured to convert the current output from the first electrode into a voltage and amplify it;
a first synchronous detection section configured to demodulate a signal synchronized with the first sensor drive signal from the output signal of the amplifier;
a second synchronous detection unit configured to demodulate a signal synchronized with the output signal of the second signal generator from the output signal of the amplifier;
a capacitance calculation unit configured to calculate a capacitance value between the first and second electrodes from output signals of the first and second synchronous detection units;
A temperature configured to calculate the series resistance values of the first and second electrodes from the output signals of the first and second synchronous detection units, and obtain the temperature of the sensor chip from the series resistance values. a calculation unit;
a pressure measuring unit configured to convert the capacitance into a measured pressure value;
The first signal generator applies the first sensor drive signal to the second electrode during pressure/temperature measurement, and applies the second sensor drive signal to the second electrode during heating. and a control unit configured to control the diaphragm vacuum gauge.
第1のセンサ駆動信号を出力するように構成された第1の信号発生器と、
前記第1のセンサ駆動信号よりも周波数の高い第2のセンサ駆動信号を出力するように構成された第2の信号発生器と、
前記第1のセンサ駆動信号と位相がずれた信号を出力するように構成された第3の信号発生器と、
前記第1の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された増幅器と、
前記第1、第2の信号発生器と前記第2の電極との間に設けられ、前記第1の信号発生器の出力端子と前記第2の信号発生器の出力端子の何れか一方と前記第2の電極とを選択的に接続するように構成された第1のスイッチと、
前記第1の電極と前記増幅器との間に設けられ、前記第1の電極を前記増幅器の入力端子とグラウンドの何れか一方と選択的に接続するように構成された第2のスイッチと、
前記増幅器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第1の同期検波部と、
前記増幅器の出力信号から、前記第3の信号発生器の出力信号に同期した信号を復調するように構成された第2の同期検波部と、
前記第1、第2の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極間の静電容量の値を算出するように構成された容量算出部と、
前記第1、第2の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極の直列抵抗の値を算出し、この直列抵抗の値から前記センサチップの温度を求めるように構成された温度算出部と、
前記静電容量を計測圧力値に変換するように構成された圧力計測部と、
圧力・温度計測時には前記第1の信号発生器の出力端子と前記第2の電極とを接続するように前記第1のスイッチを制御するとともに前記第1の電極と前記増幅器の入力端子とを接続するように前記第2のスイッチを制御する一方、加熱時には前記第2の信号発生器の出力端子と前記第2の電極とを接続するように前記第1のスイッチを制御するとともに前記第1の電極をグラウンドに接続するように第2のスイッチを制御するように構成された制御部とを備えることを特徴とする隔膜真空計。 a first electrode formed on a pedestal; and a second electrode formed on a diaphragm arranged across a gap from the pedestal so as to face the first electrode, a sensor chip configured such that the interval between the first and second electrodes changes according to the displacement of the diaphragm;
a first signal generator configured to output a first sensor drive signal;
a second signal generator configured to output a second sensor drive signal having a higher frequency than the first sensor drive signal;
a third signal generator configured to output a signal out of phase with the first sensor drive signal;
an amplifier configured to convert the current output from the first electrode into a voltage and amplify it;
provided between the first and second signal generators and the second electrode, one of the output terminal of the first signal generator and the output terminal of the second signal generator and the a first switch configured to selectively connect the second electrode;
a second switch interposed between the first electrode and the amplifier and configured to selectively connect the first electrode to one of an input terminal of the amplifier and ground;
a first synchronous detection section configured to demodulate a signal synchronized with the first sensor drive signal from the output signal of the amplifier;
a second synchronous detection unit configured to demodulate a signal synchronized with the output signal of the third signal generator from the output signal of the amplifier;
a capacitance calculation unit configured to calculate a capacitance value between the first and second electrodes from output signals of the first and second synchronous detection units;
A temperature configured to calculate the series resistance values of the first and second electrodes from the output signals of the first and second synchronous detection units, and obtain the temperature of the sensor chip from the series resistance values. a calculation unit;
a pressure measuring unit configured to convert the capacitance into a measured pressure value;
During pressure/temperature measurement, the first switch is controlled to connect the output terminal of the first signal generator and the second electrode, and the first electrode and the input terminal of the amplifier are connected. while controlling the second switch to connect the output terminal of the second signal generator and the second electrode during heating and controlling the first switch to connect the output terminal of the second signal generator and the second electrode; and a controller configured to control the second switch to connect the electrode to ground.
前記制御部は、前記センサチップの温度と加熱温度設定値とに基づいて前記第2のセンサ駆動信号の周波数、前記第2のセンサ駆動信号の振幅、前記第2のセンサ駆動信号を印加する時間の長さのいずれかを制御することにより、前記第1、第2の電極の発熱量を制御することを特徴とする隔膜真空計。 The diaphragm vacuum gauge according to any one of claims 3 to 4,
The control unit controls the frequency of the second sensor drive signal, the amplitude of the second sensor drive signal, and the time to apply the second sensor drive signal based on the temperature of the sensor chip and the heating temperature set value. A diaphragm vacuum gauge characterized in that the heating values of said first and second electrodes are controlled by controlling either length of .
第1のセンサ駆動信号を前記第2の電極に印加するように構成された第1の信号発生器と、
前記第1のセンサ駆動信号と前記第1のセンサ駆動信号よりも周波数の高い第2のセンサ駆動信号の何れか一方を前記第4の電極に選択的に印加するように構成された第2の信号発生器と、
前記第1の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された第1の増幅器と、
前記第3の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された第2の増幅器と、
前記第1の増幅器の出力信号から前記第2の増幅器の出力信号を減算するように構成された減算器と、
前記第1の増幅器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第1の同期検波部と、
前記減算器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第2の同期検波部と、
前記第1の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極間の第1の静電容量の値を算出するように構成された第1の容量算出部と、
前記第2の同期検波部の出力信号から前記第3、第4の電極間の第2の静電容量の値を算出するように構成された第2の容量算出部と、
前記第2の静電容量により前記第1の静電容量を補正するように構成された容量補正部と、
前記補正された第1の静電容量を計測圧力値に変換するように構成された圧力計測部と、
圧力計測時には前記第1のセンサ駆動信号を前記第4の電極に印加し、加熱時には前記第2のセンサ駆動信号を前記第4の電極に印加するように前記第2の信号発生器を制御するように構成された制御部とを備えることを特徴とする隔膜真空計。 a first electrode formed on a pedestal; a second electrode formed on a diaphragm arranged across a gap from the pedestal so as to face the first electrode; a third electrode formed on the pedestal; and a fourth electrode formed on the diaphragm outside the second electrode so as to face the third electrode. a sensor chip configured such that the interval between the first and second electrodes changes according to the displacement of the diaphragm;
a first signal generator configured to apply a first sensor drive signal to the second electrode;
a second sensor drive signal configured to selectively apply either one of the first sensor drive signal and a second sensor drive signal having a higher frequency than the first sensor drive signal to the fourth electrode; a signal generator;
a first amplifier configured to convert the current output from the first electrode into a voltage and amplify it;
a second amplifier configured to convert the current output from the third electrode into a voltage and amplify it;
a subtractor configured to subtract the output signal of the second amplifier from the output signal of the first amplifier;
a first synchronous detector configured to demodulate a signal synchronized with the first sensor drive signal from the output signal of the first amplifier;
a second synchronous detection unit configured to demodulate a signal synchronized with the first sensor drive signal from the output signal of the subtractor;
a first capacitance calculator configured to calculate a value of a first electrostatic capacitance between the first and second electrodes from an output signal of the first synchronous detector;
a second capacitance calculator configured to calculate a value of a second electrostatic capacitance between the third and fourth electrodes from the output signal of the second synchronous detector;
a capacitance correction unit configured to correct the first capacitance with the second capacitance;
a pressure measuring unit configured to convert the corrected first capacitance into a measured pressure value;
The second signal generator is controlled such that the first sensor drive signal is applied to the fourth electrode during pressure measurement, and the second sensor drive signal is applied to the fourth electrode during heating. A diaphragm vacuum gauge, comprising: a controller configured as follows.
第1のセンサ駆動信号を前記第2の電極に印加するように構成された第1の信号発生器と、
第1のセンサ駆動信号と前記第1のセンサ駆動信号よりも周波数の高い第2のセンサ駆動信号の何れか一方を前記第4の電極に選択的に印加するように構成された第2の信号発生器と、
前記第1のセンサ駆動信号と位相がずれた信号を出力するように構成された第3の信号発生器と、
前記第1の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された第1の増幅器と、
前記第3の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された第2の増幅器と、
前記第1の増幅器の出力信号から前記第2の増幅器の出力信号を減算するように構成された減算器と、
前記第1の増幅器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第1の同期検波部と、
前記減算器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第2の同期検波部と、
前記第1の増幅器の出力信号から前記第3の信号発生器の出力信号に同期した信号を復調するように構成された第3の同期検波部と、
前記第1、第3の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極間の第1の静電容量の値を算出するように構成された第1の容量算出部と、
前記第2の同期検波部の出力信号から前記第3、第4の電極間の第2の静電容量の値を算出するように構成された第2の容量算出部と、
前記第1、第3の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極の直列抵抗の値を算出し、この直列抵抗の値から前記センサチップの温度を求めるように構成された温度算出部と、
前記第2の静電容量により前記第1の静電容量を補正するように構成された容量補正部と、
前記補正された第1の静電容量を前記センサチップの温度によって補正して計測圧力値に変換するように構成された圧力計測部と、
圧力・温度計測時には前記第1のセンサ駆動信号を前記第4の電極に印加し、加熱時には前記第2のセンサ駆動信号を前記第4の電極に印加するように前記第2の信号発生器を制御するように構成された制御部とを備えることを特徴とする隔膜真空計。 a first electrode formed on a pedestal; a second electrode formed on a diaphragm arranged across a gap from the pedestal so as to face the first electrode; a third electrode formed on the pedestal; and a fourth electrode formed on the diaphragm outside the second electrode so as to face the third electrode. a sensor chip configured such that the interval between the first and second electrodes changes according to the displacement of the diaphragm;
a first signal generator configured to apply a first sensor drive signal to the second electrode;
A second signal configured to selectively apply either a first sensor drive signal or a second sensor drive signal having a higher frequency than the first sensor drive signal to the fourth electrode. a generator;
a third signal generator configured to output a signal out of phase with the first sensor drive signal;
a first amplifier configured to convert the current output from the first electrode into a voltage and amplify it;
a second amplifier configured to convert the current output from the third electrode into a voltage and amplify it;
a subtractor configured to subtract the output signal of the second amplifier from the output signal of the first amplifier;
a first synchronous detector configured to demodulate a signal synchronized with the first sensor drive signal from the output signal of the first amplifier;
a second synchronous detection unit configured to demodulate a signal synchronized with the first sensor drive signal from the output signal of the subtractor;
a third synchronous detection section configured to demodulate a signal synchronized with the output signal of the third signal generator from the output signal of the first amplifier;
a first capacitance calculator configured to calculate a value of a first electrostatic capacitance between the first and second electrodes from output signals of the first and third synchronous detection units;
a second capacitance calculator configured to calculate a value of a second electrostatic capacitance between the third and fourth electrodes from the output signal of the second synchronous detector;
A temperature configured to calculate series resistance values of the first and second electrodes from output signals of the first and third synchronous detection units, and obtain a temperature of the sensor chip from the series resistance values. a calculation unit;
a capacitance correction unit configured to correct the first capacitance with the second capacitance;
a pressure measurement unit configured to correct the corrected first capacitance by the temperature of the sensor chip and convert it into a measured pressure value;
The second signal generator is configured to apply the first sensor drive signal to the fourth electrode during pressure/temperature measurement and to apply the second sensor drive signal to the fourth electrode during heating. a diaphragm vacuum gauge, comprising: a controller configured to control a vacuum gauge;
第1のセンサ駆動信号を前記第2の電極に印加するように構成された第1の信号発生器と、
第1のセンサ駆動信号と前記第1のセンサ駆動信号よりも周波数の高い第2のセンサ駆動信号の何れか一方を前記第4の電極に選択的に印加するように構成された第2の信号発生器と、
前記第1のセンサ駆動信号と位相がずれた信号を出力するように構成された第3の信号発生器と、
前記第1の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された第1の増幅器と、
前記第3の電極から出力される電流を電圧に変換して増幅するように構成された第2の増幅器と、
前記第1の増幅器の出力信号から前記第2の増幅器の出力信号を減算するように構成された減算器と、
前記第1の増幅器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第1の同期検波部と、
前記減算器の出力信号から前記第1のセンサ駆動信号に同期した信号を復調するように構成された第2の同期検波部と、
前記減算器の出力信号から前記第3の信号発生器の出力信号に同期した信号を復調するように構成された第3の同期検波部と、
前記第1の同期検波部の出力信号から前記第1、第2の電極間の第1の静電容量の値を算出するように構成された第1の容量算出部と、
前記第2、第3の同期検波部の出力信号から前記第3、第4の電極間の第2の静電容量の値を算出するように構成された第2の容量算出部と、
前記第2、第3の同期検波部の出力信号から前記第3、第4の電極の直列抵抗の値を算出し、この直列抵抗の値から前記センサチップの温度を求めるように構成された温度算出部と、
前記第2の静電容量により前記第1の静電容量を補正するように構成された容量補正部と、
前記補正された第1の静電容量を前記センサチップの温度によって補正して計測圧力値に変換するように構成された圧力計測部と、
圧力・温度計測時には前記第1のセンサ駆動信号を前記第4の電極に印加し、加熱時には前記第2のセンサ駆動信号を前記第4の電極に印加するように前記第2の信号発生器を制御するように構成された制御部とを備えることを特徴とする隔膜真空計。 a first electrode formed on a pedestal; a second electrode formed on a diaphragm arranged across a gap from the pedestal so as to face the first electrode; a third electrode formed on the pedestal; and a fourth electrode formed on the diaphragm outside the second electrode so as to face the third electrode. a sensor chip configured such that the interval between the first and second electrodes changes according to the displacement of the diaphragm;
a first signal generator configured to apply a first sensor drive signal to the second electrode;
A second signal configured to selectively apply either a first sensor drive signal or a second sensor drive signal having a higher frequency than the first sensor drive signal to the fourth electrode. a generator;
a third signal generator configured to output a signal out of phase with the first sensor drive signal;
a first amplifier configured to convert the current output from the first electrode into a voltage and amplify it;
a second amplifier configured to convert the current output from the third electrode into a voltage and amplify it;
a subtractor configured to subtract the output signal of the second amplifier from the output signal of the first amplifier;
a first synchronous detector configured to demodulate a signal synchronized with the first sensor drive signal from the output signal of the first amplifier;
a second synchronous detection unit configured to demodulate a signal synchronized with the first sensor drive signal from the output signal of the subtractor;
a third synchronous detection unit configured to demodulate a signal synchronized with the output signal of the third signal generator from the output signal of the subtractor;
a first capacitance calculator configured to calculate a value of a first electrostatic capacitance between the first and second electrodes from an output signal of the first synchronous detector;
a second capacitance calculator configured to calculate a value of a second electrostatic capacitance between the third and fourth electrodes from output signals of the second and third synchronous detectors;
A temperature configured to calculate the series resistance values of the third and fourth electrodes from the output signals of the second and third synchronous detection units, and obtain the temperature of the sensor chip from the series resistance values. a calculation unit;
a capacitance correction unit configured to correct the first capacitance with the second capacitance;
a pressure measurement unit configured to correct the corrected first capacitance by the temperature of the sensor chip and convert it into a measured pressure value;
The second signal generator is configured to apply the first sensor drive signal to the fourth electrode during pressure/temperature measurement and to apply the second sensor drive signal to the fourth electrode during heating. a diaphragm vacuum gauge, comprising: a control unit configured to control the vacuum gauge;
前記制御部は、前記センサチップの温度と加熱温度設定値とに基づいて前記第2のセンサ駆動信号の周波数、前記第2のセンサ駆動信号の振幅、前記第2のセンサ駆動信号を印加する時間の長さのいずれかを制御することにより、前記第3、第4の電極の発熱量を制御することを特徴とする隔膜真空計。 The diaphragm vacuum gauge according to any one of claims 7 to 8,
The control unit controls the frequency of the second sensor drive signal, the amplitude of the second sensor drive signal, and the time to apply the second sensor drive signal based on the temperature of the sensor chip and the heating temperature set value. A diaphragm vacuum gauge characterized in that the amount of heat generated by the third and fourth electrodes is controlled by controlling any one of the lengths of .
前記第2の電極と第4の電極とは、電気的に接続されて単一の電極として形成されることを特徴とする隔膜真空計。 The diaphragm vacuum gauge according to any one of claims 6 to 9,
A diaphragm vacuum gauge, wherein the second electrode and the fourth electrode are electrically connected to form a single electrode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021083123A JP2022176609A (en) | 2021-05-17 | 2021-05-17 | Diaphragm gauge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021083123A JP2022176609A (en) | 2021-05-17 | 2021-05-17 | Diaphragm gauge |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022176609A true JP2022176609A (en) | 2022-11-30 |
Family
ID=84234122
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021083123A Pending JP2022176609A (en) | 2021-05-17 | 2021-05-17 | Diaphragm gauge |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022176609A (en) |
-
2021
- 2021-05-17 JP JP2021083123A patent/JP2022176609A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3578774B2 (en) | Capacitive pressure sensing method and apparatus | |
JP6344465B2 (en) | Impedance measuring apparatus and impedance measuring method | |
KR101657714B1 (en) | Monolithic vacuum manometer utilizing electrostatic interference as a means of detection | |
JP2008008688A (en) | Capacitance-type pressure sensor | |
KR20010039758A (en) | Sensor Signal Processing Apparatus | |
TW200401887A (en) | An improved electronic interface for use with dual electrode capacitance diaphragm gauges | |
JP2717011B2 (en) | Circuit device for temperature compensation of capacitive and differential pressure sensors | |
WO2017061036A1 (en) | Impedance measurement device and processing method therefor | |
CN111693784A (en) | Weak capacitance change measuring circuit | |
JP2022176609A (en) | Diaphragm gauge | |
US11768120B2 (en) | Diaphragm vacuum gauge with decreased parasitic capacitance | |
JP3501401B2 (en) | Impedance detection circuit, impedance detection device, and impedance detection method | |
US8901993B1 (en) | Method and apparatus for acquiring noise reduced high frequency signals | |
JP2020046177A (en) | Pressure sensor element and pressure sensor module provided with it | |
JPH0448166B2 (en) | ||
JP3329480B2 (en) | Differential pressure measuring device | |
JP3969027B2 (en) | Sensor signal processing circuit | |
JP2022176610A (en) | Diaphragm gauge | |
JP2021135064A (en) | Acceleration measurement device and acceleration measurement method | |
JP2016109465A (en) | Electrical capacitance sensor | |
WO2016139924A1 (en) | Voltage measuring device | |
JPH10281709A (en) | Method and device for measuring dynamic strain | |
KR20040063996A (en) | Pressure transducer with dual slope output | |
JP2022085260A (en) | Diaphragm vacuum gauge | |
JP6804284B2 (en) | Capacitive sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240306 |