JP2022176611A

JP2022176611A - 隔膜真空計

Info

Publication number: JP2022176611A
Application number: JP2021083125A
Authority: JP
Inventors: 康秀吉川; Yasuhide Yoshikawa; 圭輔小原; Keisuke Obara; 純市原; Jun Ichihara; 公洋佐藤; Koyo Sato
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2021-05-17
Filing date: 2021-05-17
Publication date: 2022-11-30
Also published as: CN115356037A; US11768120B2; US20220364942A1; KR20220155912A

Abstract

【課題】ケーブルの寄生容量や浮遊容量の影響を受けることなくセンサチップの電極間の静電容量を計測する。
【解決手段】隔膜真空計は、台座に形成された第１の電極と、台座とギャップを隔てて配置されたダイアフラムに第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ダイアフラムの変位に応じて第１、第２の電極の間隔が変化するセンサチップ１と、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オペアンプＡ１と、第１の電極とオペアンプＡ１とを接続する同軸ケーブル２１とを備える。第１の電極は、同軸ケーブル２１の芯線２２を介してオペアンプＡ１の仮想グラウンドと接続される。
【選択図】図３

Description

本発明は、隔膜真空計に関するものである。

容量検出型の隔膜真空計は、ダイアフラムの変位を容量の変化で検出することにより、圧力を計測している。隔膜真空計は、微小な容量変化を検出する必要があるため、計測値に寄生容量や浮遊影響の影響を受けてしまう。特に、センサ部から回路部までの配線での寄生容量や浮遊影響の影響を受けてしまう。そのため、通常は配線を極力短くするために、センサ部の傍に回路部を配置する必要がある。

隔膜真空計は、半導体製造装置に使用されるケースが多い。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部に付着してしまい計測に影響する。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隔膜真空計の内部または外部に加熱手段を設けて加熱する必要がある（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。そのような隔膜真空計では、センサ部の近くに耐熱性が低い回路を設置すると、以下のような問題があった。

（I）センサ部から回路部に熱が伝わらないようにするために断熱構造が必要になる。
（II）回路部の放熱が必要になる。
（III）断熱と放熱を行っても回路部の温度が上昇してしまう場合には、回路部の周囲温度を下げる必要がある。

以上のようにセンサ部の近くに回路部を設置すると回路部の耐熱性の問題が発生するので、回路部をセンサ部と分離して設置する要求がある。また、センサ部を設置する真空チャンバー周辺は配管が入り組んでいるため、スペースが必要な回路部を分離して設置する要求がある。
しかしながら、センサ部と回路部を分離すると、上記のように寄生容量や浮遊影響の影響を受けてしまい、圧力の計測結果に誤差が生じるという課題があった。

特開２０１０－１１７１５４号公報特開２００９－２４３８８７号公報特開２０１９－７９０６号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、センサチップと回路部とを分離して設置してケーブルを介して接続する場合でも、ケーブルの寄生容量や浮遊容量の影響を受けることなくセンサチップの電極間の静電容量を計測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。

本発明の隔膜真空計は、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、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のオペアンプと、前記第１の電極と前記第１のオペアンプとを接続するように構成された同軸ケーブルとを備え、前記第１の電極が前記同軸ケーブルの芯線を介して前記第１のオペアンプの仮想グラウンドと接続された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構成例は、前記同軸ケーブルのシールド線が前記第１のオペアンプを含む回路部のグラウンドと接続された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構成例は、前記第１のオペアンプを含む回路部側に設けられ、中心コンタクトが前記第１のオペアンプの仮想グラウンドと接続された第１の同軸コネクタと、一端が前記第１の電極と接続された前記同軸ケーブルの他端に取り付けられ、中心コンタクトが前記同軸ケーブルの芯線の他端と接続された第２の同軸コネクタとをさらに備え、前記第１の同軸コネクタと前記第２の同軸コネクタとが嵌合することにより、前記第１の電極と前記第１のオペアンプの仮想グラウンドとが接続され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構成例は、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２のオペアンプと、前記第２のオペアンプの出力端子と前記第２の電極とを接続するように構成されたケーブルとをさらに備え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構成例は、前記第１のオペアンプの出力信号に基づいて前記第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、前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部とをさらに備え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、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のオペアンプと、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のオペアンプと、前記第１の電極と前記第１のオペアンプとを接続するように構成された第１の同軸ケーブルと、前記第３の電極と前記第２のオペアンプとを接続するように構成された第２の同軸ケーブルとを備え、前記第１の電極が前記第１の同軸ケーブルの芯線を介して前記第１のオペアンプの仮想グラウンドと接続され、前記第３の電極が前記第２の同軸ケーブルの芯線を介して前記第２のオペアンプの仮想グラウンドと接続された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構成例は、前記第１の同軸ケーブルのシールド線と前記第２の同軸ケーブルのシールド線とが前記第１、第２のオペアンプを含む回路部のグラウンドと接続された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構成例は、前記第１、第２のオペアンプを含む回路部側に設けられ、中心コンタクトが前記第１のオペアンプの仮想グラウンドと接続された第１の同軸コネクタと、一端が前記第１の電極と接続された前記第１の同軸ケーブルの他端に取り付けられ、中心コンタクトが前記第１の同軸ケーブルの芯線の他端と接続された第２の同軸コネクタと、前記第１、第２のオペアンプを含む回路部側に設けられ、中心コンタクトが前記第２のオペアンプの仮想グラウンドと接続された第３の同軸コネクタと、一端が前記第３の電極と接続された前記第２の同軸ケーブルの他端に取り付けられ、中心コンタクトが前記第２の同軸ケーブルの芯線の他端と接続された第４の同軸コネクタとをさらに備え、前記第１の同軸コネクタと前記第２の同軸コネクタとが嵌合することにより、前記第１の電極と前記第１のオペアンプの仮想グラウンドとが接続され、前記第３の同軸コネクタと前記第４の同軸コネクタとが嵌合することにより、前記第３の電極と前記第２のオペアンプの仮想グラウンドとが接続され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構成例は、センサ駆動信号を前記第２、第４の電極に印加するように構成された第３のオペアンプと、前記第３のオペアンプの出力端子と前記第２、第４の電極とを接続するように構成されたケーブルとをさらに備え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構成例は、前記第１のオペアンプの出力信号から前記第２のオペアンプ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のオペアンプの出力信号に基づいて前記第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容量算出部と、前記減算器の出力信号に基づいて前記第１の静電容量から、前記第３、第４の電極間の第２の静電容量を減算した値を算出するように構成された容量差算出部と、前記容量算出部の算出結果と前記容量差算出部の算出結果とに基づいて、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の静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部とをさらに備え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。

本発明によれば、センサチップと回路部とを分離して設置してケーブルを介して接続する場合でも、ケーブルの寄生容量や浮遊容量の影響を受けることなくセンサチップの電極間の微小な静電容量を計測することができ、寄生容量、浮遊容量による圧力の計測誤差を低減することができる。また、従来はケーブルの寄生容量が変化しないようにケーブルが動かないような構造にする必要があったが、本発明では、ケーブルが動いたとしてもセンサチップの電極間の静電容量に与える影響が小さいので、柔軟なケーブルを使用することができ、センサチップを収容する受圧部筐体と回路部を収容する別個の筐体とを別々の場所に設置でき、また各筐体の向きも任意に決められるため隔膜真空計の現場計装を容易にすることができる。

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である。図２は、本発明の第１の実施例に係る隔膜真空計のセンサチップの要部の構成を示す断面図である。図３は、本発明の第１の実施例に係る隔膜真空計のセンサチップと回路部との接続構造、および容量検出部の構成を示す図である。図４は、本発明の第１の実施例に係る隔膜真空計の圧力計測動作を説明するフローチャートである。図５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る。図６は、本発明の第２の実施例に係る隔膜真空計のセンサチップの要部の構成を示す断面図である。図７は、本発明の第２の実施例に係る隔膜真空計のセンサチップと回路部との接続構造、および容量検出部の構成を示す図である。図８は、本発明の第２の実施例に係る隔膜真空計の圧力計測動作を説明するフローチャートである。図９は、本発明の第２の実施例に係る隔膜真空計のセンサチップと回路部との接続構造の別の例を示す図である。図１０は、本発明の第２の実施例に係る隔膜真空計のセンサチップと回路部との接続構造の別の例を示す図である。図１１は、本発明の第２の実施例に係る隔膜真空計のセンサチップの別の例を示す断面図である。図１２は、本発明の第１、第２の実施例に係る隔膜真空計の回路部を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。

［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。

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圧力計測値に変換する回路部１１とを備えている。

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。

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。

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、センサケース４の外周面を取り囲むようにして設けられたヒータ５とを備えている。ヒータ５が設けられたセンサケース４は、断熱材６によって覆われている。
なお、ヒータ５は必ずしもハウジング２の内部に設けられる必要はなく、ハウジング２の外部に設けられてもよい。また、断熱材６も必ずしも設ける必要はない。

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。

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。

隔膜真空計の回路部１１は、容量検出部１２と、圧力計測部１３と、ヒータ駆動部１５とから構成される。
図３はセンサチップ１と回路部１１との接続構造、および容量検出部１２の構成を示す図、図４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である。

容量検出部１２は、センサ駆動信号を出力する信号発生器１２０と、信号発生器１２０からのセンサ駆動信号をケーブル２０を介してセンサチップ１に送出するオペアンプ１２１と、容量Ｃ１と抵抗Ｒ１とオペアンプＡ１とからなる増幅器１２２と、差動入力型のローパスフィルタ１２３と、増幅器１２２とローパスフィルタ１２３との間に設けられたスイッチ１２４と、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算出部１２５とから構成される。図３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。

容量検出部１２の信号発生器１２０は、圧力計測のための正弦波状のセンサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）をオペアンプ１２１とスイッチ１２４とに出力する。Ｅは振幅、ｆは周波数、ｔは時間である。

オペアンプ１２１は、反転入力端子と出力端子とが接続され、非反転入力端子に信号発生器１２０の出力端子が接続されており、ボルテージフォロワ（バッファ）を構成している。オペアンプ１２１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）との間は、ケーブル２０によって接続されている。オペアンプ１２１は、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）をケーブル２０を介してセンサチップ１の第２の電極に印加する（図４ステップＳ１００）。

センサチップ１の第１の電極（例えば固定電極１０５）と容量検出部１２の増幅器１２２の入力端子（オペアンプＡ１の反転入力端子）との間は、同軸ケーブル２１によって接続されている。
増幅器１２２は、オペアンプＡ１と、オペアンプＡ１の反転入力端子と出力端子との間に接続された容量Ｃ１および抵抗Ｒ１とから構成される。増幅器１２２は、センサチップ１の第１の電極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。

容量検出部１２のスイッチ１２４とローパスフィルタ１２３とは、同期検波部１２６を構成している。ローパスフィルタ１２３は、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）を通過させ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１２６は、増幅器１２２の出力から、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）に同期した信号を復調する。

具体的には、スイッチ１２４は、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）が正のとき、増幅器１２２の出力端子とローパスフィルタ１２３の非反転入力端子とを接続する。また、スイッチ１２４は、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）が負のとき、増幅器１２２の出力端子とローパスフィルタ１２３の反転入力端子とを接続する。これにより、増幅器１２２の出力から、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）に同期した信号を復調することができる。

容量算出部１２５は、同期検波部１２６の出力信号の振幅から静電容量Ｃｘの値を算出する（図４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の変化を圧力計測値に変換して出力する（図４ステップＳ１０２）。

ヒータ駆動部１５は、ヒータ４を駆動して受圧部１０を加熱し、測定対象ガス中の成分が液化または固体化してセンサチップ１上に付着することを防止する。

隔膜真空計は、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４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。

以上のように、本実施例では、センサチップ１と回路部１１とを分離して設置してケーブル２０と同軸ケーブル２１を介して接続する。周知のとおり、同軸ケーブル２１は、芯線２２と、芯線２２の周囲を覆う絶縁体（不図示）と、絶縁体の周囲を覆う外部導体であるシールド線２３と、シールド線２３の周囲を覆う保護被覆（不図示）とから構成される。

センサチップ１の第１の電極は、同軸ケーブル２１の芯線２２を介して回路部１１の容量検出部１２を構成するオペアンプＡ１の反転入力端子、すなわち仮想グラウンドに接続されている。同軸ケーブル２１のシールド線２３は、オペアンプＡ１の仮想グラウンドと同電位の、回路部１１のグラウンドに接続されている。

以上のようなセンサチップ１と回路部１１との接続構造により、本実施例では、ケーブル２０と同軸ケーブル２１で延長した部分の寄生容量、浮遊容量の影響を受け難くしている。
具体的には、センサチップ１の入力側の第２の電極にセンサ駆動信号を入力するケーブル２０は、オペアンプ１２１の出力端子に接続されている。センサチップ１の入力側については、オペアンプ１２１の出力インピーダンスが低インピーダンスであるために、ケーブル２０の寄生容量、浮遊容量の影響を受け難い。

一方、出力側については、オペアンプＡ１の入力インピーダンスが高インピータンスであるために、ケーブル２１の寄生容量、浮遊容量の影響を受け易い。ケーブル２１の寄生容量、浮遊容量の影響を低減するため、本実施例では、ケーブル２１を同軸ケーブルとし、同軸ケーブル２１の芯線２２によってセンサチップ１の第１の電極とオペアンプＡ１の仮想グラウンドとを接続し、同軸ケーブル２１のシールド線２３を回路部１１のグラウンドに接続している。芯線２２とシールド線２３を同電位とすることで、同軸ケーブル２１の寄生容量、浮遊容量の影響を受け難くしている。

［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５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。本実施例の隔膜真空計は、受圧部１０ａと、回路部１１ａとを備えている。

図６は本実施例のセンサチップ１ａの要部の構成を示す断面図である。センサチップ１ａ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１ａのその他の構成はセンサチップ１と同じである。

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。

回路部１１ａは、容量検出部１２ａと、圧力計測部１３ａと、ヒータ駆動部１５とから構成される。
図７はセンサチップ１ａと回路部１１ａとの接続構造、および容量検出部１２ａの構成を示す図、図８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である。

容量検出部１２ａは、信号発生器１２０と、オペアンプ１２１と、増幅器１２２と、ローパスフィルタ１２３と、スイッチ１２４と、容量算出部１２５と、容量Ｃ２と抵抗Ｒ２とオペアンプＡ２とからなる増幅器１２７と、減算器１２８と、差動入力型のローパスフィルタ１２９と、減算器１２８とローパスフィルタ１２９との間に設けられたスイッチ１３０と、容量差算出部１３１と、容量補正部１３２とから構成される。図７では、センサチップ１ａ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。

容量検出部１２ａの信号発生器１２０は、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）をオペアンプ１２１とスイッチ１２４，１３０とに出力する。オペアンプ１２１は、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）をケーブル２０を介してセンサチップ１ａの第２の電極（例えば可動電極１０６）と第４の電極（例えば可動電極１０８）とに印加する（図８ステップＳ２００）。

増幅器１２２は、センサチップ１ａ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１２７は、オペアンプＡ２と、オペアンプＡ２の反転入力端子と出力端子との間に接続された容量Ｃ２および抵抗Ｒ２とから構成される。増幅器１２７は、センサチップ１ａ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１２８は、増幅器１２２の出力信号から増幅器１２７の出力信号を減算する。

第１の実施例と同様に、同期検波部１２６は、増幅器１２２の出力から、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）に同期した信号を復調する。
一方、スイッチ１３０とローパスフィルタ１２９とは、同期検波部１３３を構成している。ローパスフィルタ１２９は、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）を通過させ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１３３は、減算器１２８の出力から、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）に同期した信号を復調する。

具体的には、スイッチ１３０は、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）が正のとき、減算器１２８の出力端子とローパスフィルタ１２９の非反転入力端子とを接続する。また、スイッチ１３０は、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）が負のとき、減算器１２８の出力端子とローパスフィルタ１２９の反転入力端子とを接続する。これにより、減算器１２８の出力から、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）に同期した信号を復調することができる。

容量算出部１２５は、同期検波部１２６の出力信号の振幅から静電容量Ｃｘの値を算出する（図８ステップＳ２０１）。
容量差算出部１３１は、同期検波部１３３の出力信号の振幅から容量差（Ｃｘ－Ｃｒ）の値を算出する（図８ステップＳ２０２）。

容量補正部１３２は、容量算出部１２５の算出結果と容量差算出部１３１の算出結果とに基づいて、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８ステップＳ２０３）。
圧力計測部１３ａは、容量補正部１３２によって算出された静電容量（Ｃｘ－Ｃｒ）／Ｃｘを圧力計測値に変換する（図８ステップＳ２０４）。

ヒータ駆動部１５は、ヒータ４を駆動して受圧部１０を加熱し、測定対象ガス中の成分が液化または固体化してセンサチップ１上に付着することを防止する。
隔膜真空計は、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８ステップＳ２０５においてＹＥＳ）、ステップＳ２００～Ｓ２０４の処理を計測周期毎に行う。

第１の実施例と同様に、本実施例では、センサチップ１ａと回路部１１ａとを分離して設置してケーブル２０および同軸ケーブル２１，２４を介して接続する。
センサチップ１ａの第１の電極は、同軸ケーブル２１の芯線２２を介して回路部１１ａの容量検出部１２ａを構成するオペアンプＡ１の仮想グラウンドに接続されている。同軸ケーブル２１のシールド線２３は、オペアンプＡ１の仮想グラウンドと同電位の、回路部１１ａのグラウンドに接続されている。センサチップ１ａの第３の電極は、同軸ケーブル２４の芯線２５を介して回路部１１ａの容量検出部１２ａを構成するオペアンプＡ２の仮想グラウンドに接続されている。同軸ケーブル２４のシールド線２６は、オペアンプＡ２の仮想グラウンドと同電位の、回路部１１ａのグラウンドに接続されている。
こうして、本実施例では、第１の実施例と同様にケーブル２０および同軸ケーブル２１，２４の寄生容量、浮遊容量の影響を受け難くしている。

なお、第１、第２の実施例では、ケーブル２０を単線ケーブルとしているが、同軸ケーブルとしてもよい。

また、第１、第２の実施例において、同軸ケーブルと受圧部１０，１０ａとの接続、同軸ケーブルと回路部１１，１１ａとの接続のうち少なくとも一方の接続に同軸コネクタを使用してもよい。同軸コネクタを使用する場合の構成を図９に示す。図９の例では、受圧部１０ａ側のレセプタクル１１０（同軸コネクタのメス端子）の中心コンタクトがセンサチップ１ａの第２の電極と第４の電極に接続され、レセプタクル１１１の中心コンタクトがセンサチップ１ａの第１の電極に接続され、レセプタクル１１２の中心コンタクトがセンサチップ１ａの第３の電極に接続されている。

一方、回路部１１ａ側のレセプタクル１４０の中心コンタクトがオペアンプ１２１の出力端子に接続され、レセプタクル１４１の中心コンタクトがオペアンプＡ１の反転入力端子に接続され、レセプタクル１４２の中心コンタクトがオペアンプＡ２の反転入力端子に接続されている。レセプタクル１４０～１４２のボディは、回路部１１ａのグラウンドに接続されている。

同軸ケーブル２０は、芯線２７と、芯線２７の周囲を覆う絶縁体（不図示）と、絶縁体の周囲を覆うシールド線２８と、シールド線２８の周囲を覆う保護被覆（不図示）とから構成される。芯線２７の一端はプラグ１５０（同軸コネクタのオス端子）の中心コンタクトに接続され、シールド線２８の一端はプラグ１５０のボディに接続されている。芯線２７の他端はプラグ１５１の中心コンタクトに接続され、シールド線２８の他端はプラグ１５１のボディに接続されている。

同軸ケーブル２１の芯線２２の一端はプラグ１５２の中心コンタクトに接続され、シールド線２３の一端はプラグ１５２のボディに接続されている。芯線２２の他端はプラグ１５３の中心コンタクトに接続され、シールド線２３の他端はプラグ１５３のボディに接続されている。同軸ケーブル２４の芯線２５の一端はプラグ１５４の中心コンタクトに接続され、シールド線２６の一端はプラグ１５４のボディに接続されている。芯線２５の他端はプラグ１５５の中心コンタクトに接続され、シールド線２６の他端はプラグ１５５のボディに接続されている。

プラグ１５０，１５１をレセプタクル１１０，１４０と嵌合させ、プラグ１５２，１５３をレセプタクル１１１，１４１と嵌合させ、プラグ１５４，１５５をレセプタクル１１２，１４２と嵌合させることにより、受圧部１０ａと回路部１１ａとを接続することができる。なお、１つのプラグとそのプラグと嵌合する１つのレセプタクルの組が１つの同軸コネクタとして機能する。
上記のとおりケーブル２０として単線ケーブルを用いてもよく、単線ケーブルを用いる場合には同軸コネクタの代わりに単線ケーブル用のコネクタを使用すればよい。

また、第１、第２の実施例において受圧部１０，１０ａと回路部１１，１１ａとを接続するケーブルをまとめた多芯同軸ケーブルを使用しても構わない。多芯同軸ケーブルと受圧部１０，１０ａとの接続、多芯同軸ケーブルと回路部１１，１１ａとの接続のうち少なくとも一方の接続に多芯同軸コネクタを使用してもよい。多芯同軸コネクタを使用する場合の構成を図１０に示す。

図１０の例では、受圧部１０ａ側のレセプタクル１１３の第１の中心コンタクトがセンサチップ１ａの第２の電極と第４の電極に接続され、第２の中心コンタクトがセンサチップ１ａの第１の電極に接続され、第３の中心コンタクトがセンサチップ１ａの第３の電極に接続されている。

一方、回路部１１ａ側のレセプタクル１４３の第１の中心コンタクトがオペアンプ１２１の出力端子に接続され、第２の中心コンタクトがオペアンプＡ１の反転入力端子に接続され、第３の中心コンタクトがオペアンプＡ２の反転入力端子に接続されている。レセプタクル１４３のボディは、回路部１１ａのグラウンドに接続されている。

多芯同軸ケーブル３０の第１の芯線３１の一端はプラグ１５６の第１の中心コンタクトに接続され、第２の芯線３２の一端はプラグ１５６の第２の中心コンタクトに接続され、第３の芯線３３の一端はプラグ１５６の第３の中心コンタクトに接続されている。多芯同軸ケーブル３０のシールド線３４の一端はプラグ１５６のボディに接続されている。多芯同軸ケーブル３０の第１の芯線３１の他端はプラグ１５７の第１の中心コンタクトに接続され、第２の芯線３２の他端はプラグ１５７の第２の中心コンタクトに接続され、第３の芯線３３の他端はプラグ１５７の第３の中心コンタクトに接続されている。シールド線３４の他端はプラグ１５７のボディに接続されている。

プラグ１５６，１５７をレセプタクル１１３，１４３と嵌合させることにより、受圧部１０，１０ａと回路部１１ａとを接続することができる。

図９、図１０の例では、第２の実施例に同軸コネクタ、多芯同軸コネクタを用いた例を示しているが、第１の実施例において同軸コネクタ、多芯同軸コネクタを用いてもよいことは言うまでもない。

また、第１、第２の実施例において同軸ケーブルのシールド線のグラウンドの電位で、センサチップ１，１ａ側に存在する寄生容量をシールドしてもよい。具体的には、例えば図１１に示すようにセンサチップ１ａのサファイア製の台座１０１に金属薄板１０９を接合し、この金属薄板１０９と同軸ケーブル２０，２１，２４，３０のシールド線２８，２３，２６，３４（レセプタクル１１０，１１１，１１２，１１３のボディ）とを接続すればよい。図１１の例では、第２の実施例のセンサチップ１ａにシールドを適用した例を示しているが、第１の実施例においてセンサチップ１にシールドを適用してもよいことは言うまでもない。

第１、第２の実施例で説明した回路部１１，１１ａ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１２に示す。

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のハードウェア部とヒータ駆動部１５のハードウェア部などが接続される。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２の実施例で説明した処理を実行する。

本発明は、隔膜真空計に適用することができる。

１…センサチップ、１０，１０ａ…受圧部、１１，１１ａ…回路部、１２，１２ａ…容量検出部、１３，１３ａ…圧力計測部、１５…ヒータ駆動部、２０，２１，２４，３０…ケーブル、２２，２５，２７，３１～３３…芯線、２３，２６，２８，３４…シールド線、１０２…ダイアフラム、１０５，１０７…固定電極、１０６，１０８…可動電極、１１０～１１３，１４０～１４３…レセプタクル、１２０…信号発生器、１２２，１２７…増幅器、１２３，１２９…ローパスフィルタ、１２４，１３０…スイッチ、１２５…容量算出部、１２６，１３３…同期検波部、１２８…減算器、１３１…容量差算出部、１３２…容量補正部、１５０～１５７…プラグ。

Claims

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、
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のオペアンプと、
前記第１の電極と前記第１のオペアンプとを接続するように構成された同軸ケーブルとを備え、
前記第１の電極が前記同軸ケーブルの芯線を介して前記第１のオペアンプの仮想グラウンドと接続されたことを特徴とする隔膜真空計。
請求項１記載の隔膜真空計において、
前記同軸ケーブルのシールド線が前記第１のオペアンプを含む回路部のグラウンドと接続されたことを特徴とする隔膜真空計。
請求項１または２記載の隔膜真空計において、
前記第１のオペアンプを含む回路部側に設けられ、中心コンタクトが前記第１のオペアンプの仮想グラウンドと接続された第１の同軸コネクタと、
一端が前記第１の電極と接続された前記同軸ケーブルの他端に取り付けられ、中心コンタクトが前記同軸ケーブルの芯線の他端と接続された第２の同軸コネクタとをさらに備え、
前記第１の同軸コネクタと前記第２の同軸コネクタとが嵌合することにより、前記第１の電極と前記第１のオペアンプの仮想グラウンドとが接続されることを特徴とする隔膜真空計。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の隔膜真空計において、
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２のオペアンプと、
前記第２のオペアンプの出力端子と前記第２の電極とを接続するように構成されたケーブルとをさらに備えることを特徴とする隔膜真空計。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の隔膜真空計において、
前記第１のオペアンプの出力信号に基づいて前記第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、
前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部とをさらに備えることを特徴とする隔膜真空計。
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、
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のオペアンプと、
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のオペアンプと、
前記第１の電極と前記第１のオペアンプとを接続するように構成された第１の同軸ケーブルと、
前記第３の電極と前記第２のオペアンプとを接続するように構成された第２の同軸ケーブルとを備え、
前記第１の電極が前記第１の同軸ケーブルの芯線を介して前記第１のオペアンプの仮想グラウンドと接続され、前記第３の電極が前記第２の同軸ケーブルの芯線を介して前記第２のオペアンプの仮想グラウンドと接続されたことを特徴とする隔膜真空計。
請求項６記載の隔膜真空計において、
前記第１の同軸ケーブルのシールド線と前記第２の同軸ケーブルのシールド線とが前記第１、第２のオペアンプを含む回路部のグラウンドと接続されたことを特徴とする隔膜真空計。
請求項６または７記載の隔膜真空計において、
前記第１、第２のオペアンプを含む回路部側に設けられ、中心コンタクトが前記第１のオペアンプの仮想グラウンドと接続された第１の同軸コネクタと、
一端が前記第１の電極と接続された前記第１の同軸ケーブルの他端に取り付けられ、中心コンタクトが前記第１の同軸ケーブルの芯線の他端と接続された第２の同軸コネクタと、
前記第１、第２のオペアンプを含む回路部側に設けられ、中心コンタクトが前記第２のオペアンプの仮想グラウンドと接続された第３の同軸コネクタと、
一端が前記第３の電極と接続された前記第２の同軸ケーブルの他端に取り付けられ、中心コンタクトが前記第２の同軸ケーブルの芯線の他端と接続された第４の同軸コネクタとをさらに備え、
前記第１の同軸コネクタと前記第２の同軸コネクタとが嵌合することにより、前記第１の電極と前記第１のオペアンプの仮想グラウンドとが接続され、前記第３の同軸コネクタと前記第４の同軸コネクタとが嵌合することにより、前記第３の電極と前記第２のオペアンプの仮想グラウンドとが接続されることを特徴とする隔膜真空計。
請求項６乃至８のいずれか１項に記載の隔膜真空計において、
センサ駆動信号を前記第２、第４の電極に印加するように構成された第３のオペアンプと、
前記第３のオペアンプの出力端子と前記第２、第４の電極とを接続するように構成されたケーブルとをさらに備えることを特徴とする隔膜真空計。
請求項６乃至９のいずれか１項に記載の隔膜真空計において、
前記第１のオペアンプの出力信号から前記第２のオペアンプ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のオペアンプの出力信号に基づいて前記第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容量算出部と、
前記減算器の出力信号に基づいて前記第１の静電容量から、前記第３、第４の電極間の第２の静電容量を減算した値を算出するように構成された容量差算出部と、
前記容量算出部の算出結果と前記容量差算出部の算出結果とに基づいて、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の静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部とをさらに備えることを特徴とする隔膜真空計。
請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の隔膜真空計において、
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隔膜真空計。