JP3015912U - 微小流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広範囲の吸入圧領域での微小流量の測定が短
時間で且つ簡単に行え、しかも、安価で取扱いが容易な
測定装置を提供する。 【構成】 テストドーム３に導入される気体が供給され
るコントロールチェンバー10と、該コントロールチェン
バー10内の圧力を検出するための真空計20と、コントロ
ールチェンバー10内に進出自在に挿入されたプランジャ
ー13と、プランジャー13に当接するスピンドル16を回転
部17の回転により進出可能な進出手段15と、該進出手段
15の回転部17を回転させる回転駆動手段18と、前記コン
トロールチェンバー10内が所定圧力を維持するように、
真空計20からの信号を設定値と比較して回転駆動手段18
を制御する制御手段とを備え、該制御手段はプランジャ
ー13の挿入速度に相当する回転駆動手段18の回転速度と
コントロールチェンバー10内の圧力により気体の流量を
演算する構成である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば真空ポンプの性能試験方法の一つである排気速度測定を行う のに最適な微小流量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

真空ポンプの性能試験においては、その排気速度を測定することが一般的であ る。特に超高真空ポンプの排気速度の測定では、例えば１０^-4〜１０^-7Ｐａ・ｍ ³ ／ｓの範囲の微小流量も±10％の精度範囲内で測定する必要がある。

【０００３】 そこで、従来では、超高真空ポンプの排気速度の測定手段として、図４に示す 如くオリフィス法による装置が採用されている。該装置は、真空ポンプ40に接続 されたテストドーム41内にオリフィス43が設けられ、このテストドーム41に気体 （試料気体）を導入してオリフィスより上流側と下流側に取り付けた校正済の真 空計44の読みと、オリフィスの使用気体に対して計算されたコンダクタンスより 排気速度を求めるものである（従来例１）。

【０００４】 また、図５に示すような高精度流量計も公知である。即ち、同流量計は、テス トドーム（図示省略）への流体の導入は、自動可変リーク弁50を介して行うので あるが、該自動可変リーク弁50の上流側の流体の圧力を一定に維持するために、 コントロールチェンバー51内にベローズピストン52ａを有するプランジャー52を 挿入してコントロールチェンバー51内の容積を減少させる。その制御は、微小な 圧力変化を差動型隔膜真空計53で検出し、フィードバック回路54により減速モー タ55を作動させてベローズピストン52を移動させることにより、コントロールチ ェンバー51内容積を小さくする。このようにしてチェンバー51内の圧力低下を防 止して、自動可変リーク弁50の上流側圧力を一定に保つ。テストドームに流入す る微小な流量が一定に保たれることとなり、この流量は上記のベローズピストン 52の移動速度と、コントロールチェンバー51内の圧力から求める（従来例２）。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記オリフィス法による装置（従来例１）は、２段のテストドーム41の他に複 数個の校正された超高真空計44と、加工精度の良いオリフィス43が必要である。 また、精度の良い測定を行うには、各部品のガス出しを行っているのであるが、 テストドーム41の中間にオリフィス43があるために、その作業に長時間を要する こととなる。

【０００６】 更に、一つのオリフィス43により測定できる気体の流量範囲が限定されること から、例えば大型のターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）の排気速度測定において、全吸 入圧領域の測定を行うにはオリフィス43の交換作業が必要となり、非常に煩雑で 且つ時間のかかる作業となっていた。

【０００７】 尚、従来では上記オリフィス法による装置以外に、オリフィス43の設けられて いないテストドーム41に流量計を接続した装置も使用されているが、この従来装 置では、微小流量の測定が要求される超高真空の吸入圧領域における排気速度の 測定を行うことができない。従って、上記広範囲の吸入圧領域の測定が必要な大 型のＴＭＰにおいては、流量計を用いた排気速度測定装置とオリフィス法による 排気速度測定装置とが必要となり、装置のコストが高くなる欠点があった。

【０００８】 上記高精度流量計（従来例２）は、微小流量を良い精度で測定できることにな るが、上記のようにこの流量計は高価な差動型隔膜真空計53及び複雑な機構を必 要とし、流量の読み取りは、ストップウォッチと作業者の目視によるので、作業 者に熟練が要求され、容易に測定ができないという欠点があった。

【０００９】 本考案は、上記の如き従来の問題点に鑑みてなされたもので、広範囲の吸入圧 領域での微小流量の測定が短時間で且つ簡単に行え、しかも、安価で取扱いが容 易な測定装置を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案が上記課題を解決するために講じた技術的手段は、テストドーム３に導 入される気体が供給されるコントロールチェンバー10と、該コントロールチェン バー10内の圧力を検出するための真空計20と、コントロールチェンバー10内に進 出自在に挿入されたプランジャー13と、プランジャー13に当接するスピンドル16 を回転部17の回転により進出可能な進出手段15と、該進出手段15の回転部17を回 転させる回転駆動手段18と、前記コントロールチェンバー10内が所定圧力を維持 するように、真空計20からの信号を設定値と比較して回転駆動手段18を制御する 制御手段とを備え、該制御手段はプランジャー13の挿入速度に相当する回転駆動 手段18の回転速度とコントロールチェンバー10内の圧力により気体の流量を演算 する構成である。

【００１１】 しかも、前記制御手段により得られた測定値が表示される表示手段23が設けら れているのが好ましい。

【００１２】

【作用】

本考案の微小流量測定装置において、コントロールチェンバー10内の所定量の 気体がテストドーム３内に送出すると、コントロールチェンバー10内の圧力が低 下しようとするが、真空計20がその微小な圧力低下を検出するためその信号が制 御手段に読み込まれる。

【００１３】 制御手段は真空計20からの信号と設定値とを比較し、回転駆動手段18を回転駆 動させると、回転部17の回転に伴ってスピンドル16が進出するためプランジャー 13をコントロールチェンバー10内に挿入させる。該プランジャー13の挿入により コントロールチェンバー10内の容積が減少し、コントロールチェンバー10内の圧 力が所定圧となると制御手段は回転駆動手段18を停止させる。

【００１４】 制御手段は、プランジャー13の挿入速度に相当する回転駆動手段18の回転数と コントロールチェンバー10内の圧力により気体の流量を演算し、更に、表示手段 が設けられている場合には、その測定値を表示するため、作業者は測定結果を容 易に目視することができる。

【００１５】

【実施例】

以下、本考案の実施例について図面に従って説明する。 図２は高真空ポンプ用の排気速度測定装置を示し、３は性能試験のための真空 容器からなるテストドーム、５は高真空ポンプでその吸気口にテストドーム３が 直接に接続されている。６は高真空ポンプ５に接続された補助真空ポンプ、７は 可変流量弁９を経てテストドーム３に接続された本考案にかかる流量測定装置を 示す。尚、４、８は真空計をそれぞれ示す。

【００１６】 前記微小流量測定装置７は、図１に示す如く前記可変流量弁９を介して前記テ ストドーム３に配管されたコントロールチェンバー10が設けられている。コント ロールチェンバー10の一端には、ベロ−ズ11を介してプランジャー13が気密状態 を維持しながら出退自在に挿入されている。12は配管12a を介して前記コントロ ールチェンバー10に接続されたバッファタンクで、バッファタンク12は配管14a を介して図示省略の別個の真空ポンプに接続されると共に、該バッファタンク12 に接続された気体導入用配管14b を介してコントロールチェンバー10内に定量の 気体が供給されるようになっている。

【００１７】 15は進出手段としてのマイクロメータで、その出退可能なスピンドル16の先端 が、前記プランジャー13の後端に当接しており、両スピンドル16及びプランジャ ー13は同一軸心状に配置されている。18は前記マイクロメータ15の回転部17を回 転させてスピンドル16を進出させるための回転駆動手段としてのステッピングモ ータで、マイクロメータ15の後方に設けられている。

【００１８】 20は前記コントロールチェンバー10内の圧力を検出するための真空計で、該コ ントロールチェンバー10に接続され、該真空計20からの信号をＡ／Ｄ変換器22が Ａ／Ｄ変換するようになっている。

【００１９】 21はマイクロコンピュータ制御回路で、前記Ａ／Ｄ変換器22により変換された 検出信号と予め設定されているコントロールチェンバー10内の圧力に相当する基 準信号とを比較し、検出信号が基準信号と等しくなるように、即ちコントロール チェンバー10内の圧力が設定圧力と等しくなるように前記ステッピングモータ18 を制御して、プランジャー13をコントロールチェンバー10内に挿入させる。

【００２０】 更に、プランジャー13の挿入速度はステッピングモータ18の回転数と比例して いることから、制御回路21はプランジャー13の挿入速度に相当するステッピング モータ18の回転数を読み取り、その回転数とコントロールチェンバー10内の圧力 とから気体の流量を演算し、得られた流量をＣＲＴ23に表示させる。尚、前記Ａ ／Ｄ変換器22及び制御回路21等により制御手段が構成されている。

【００２１】 次に、以上の構成における排気速度測定装置の使用例について説明する。 先ず、真空ポンプ５及び補助真空ポンプ６により所定圧力まで真空引きした後 に、気体導入用配管14b を介してバッファタンク12内に供給された気体をコント ロールチェンバー10内に封じこめ、可変流量弁９を通してこれをテストドーム３ に送出する。

【００２２】 このようにして一定の率で気体はコントロールチェンバー10内を出ていくので 、該コントロールチェンバー10内の圧力は次第に低下する。コントロールチェン バー10内の圧力を真空計20が検出し、その信号がＡ／Ｄ変換器22により変換され た後に、制御回路21に読み込まれる。制御回路21がこの検出信号と基準信号とを 比較し、両信号の偏差に基づいてステッピングモータ18を駆動すると、マイクロ メータ15の回転部17が回転し、そのスピンドル16を進出させるため、プランジャ ー13がコントロールチェンバー10内に挿入されていく。

【００２３】 このプランジャー13の挿入時に、プランジャー13の移動速度に相当するステッ ピングモータ18の回転数と、コントロールチェンバー10内の圧力とから気体流量 を演算し、その値がＣＲＴ23に表示される。

【００２４】 次に、上記実施例の装置を使用してコントロールチェンバー10内の圧力を一定 に維持する制御を行った場合の圧力変化の具体例を図３に示す。同図において、 制御回路21に入力される圧力設定値は141 Ｐａであり、この設定値より0.7 Ｐａ 圧力が低下した時に、設定圧力に復帰するような制御を行った。この場合には、 0.5 ％以内の精度で圧力制御が可能となる。

【００２５】 以上のように、本実施例では、真空計20、ステッピングモータ18とマイコン等 により試料流体の圧力を電気的に制御をしているので、制御が確実で且つ容易な ものとなる。しかも、真空計20はコントロールチェンバー10内の圧力を検出でき る簡単な構造のものが採用できることから、そのコストも安くなる。

【００２６】

【考案の効果】

以上のように本考案は、テストドームに導入される気体が供給されるコントロ ールチェンバーと、該コントロールチェンバー内の圧力を検出するための真空計 と、コントロールチェンバー内に進出自在に挿入されたプランジャーと、プラン ジャーに当接するスピンドルを回転部の回転により進出可能な進出手段と、該進 出手段の回転部を回転させる回転駆動手段と、前記コントロールチェンバー内が 所定圧力を維持するように、真空計からの信号を設定値と比較して回転駆動手段 を制御する制御手段とを備え、該制御手段はプランジャーの挿入速度に相当する 回転駆動手段の回転速度とコントロールチェンバー内の圧力により気体の流量を 演算する構成であるので、高精度の微小流量の測定が可能となり、従来流量計を 用いた排気速度測定装置とオリフィス法による排気速度測定装置とを使用して行 っていた例えば例えば１０^-1〜１０^-7Ｐａの高真空から超高真空の吸入圧領域に わたる排気速度測定作業を行える。

【００２７】 この結果、オリフィス法による装置のような穴径の異なるオリフィスの取替作 業等が不要となり、また、各構成部品のガス抜きに要していた時間も短縮するこ とが可能となる。また、従来の高精度流量計に比し、測定作業が手軽で容易且つ 迅速に行えると共に、装置の簡素化、小型化及びのコストの削減も図ることがで きる。

【００２８】 更に、前記制御手段により得られた測定値が表示される表示手段が設けられて いる場合には、流量を目視して迅速に確認でき非常に便利である。

【００２９】 しかも、回転駆動手段がステッピングモータである場合には、デジタル制御に よりプランジャーを移動させるため、制御が容易となりその移動の精度の向上を 図ることがで、また、回転速度をコンピュータプログラムにより容易に変更でき 、広い流量範囲に迅速に対応できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す全体概略図。

【図２】同流量測定装置の概略図。

【図３】コントロールチェンバー内の圧力と経過時間と
の関係を示す図。

【図４】従来例を示す全体概略図。

【図５】従来例を示す全体概略図。

【符号の説明】

３…テストドーム、10…コントロールチェンバー、13…
プランジャー、15…進出手段、16…スピンドル、17…回
転部、18…ステッピングモータ（回転駆動手段）、20…
真空計

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 テストドーム（３）に導入される気体が
   供給されるコントロールチェンバー（10）と、該コント
   ロールチェンバー（10）内の圧力を検出するための真空
   計（20）と、コントロールチェンバー（10）内に進出自
   在に挿入されたプランジャー（13）と、プランジャー
   （13）に当接するスピンドル（16）を回転部（17）の回
   転により進出可能な進出手段（15）と、該進出手段（1
   5）の回転部（17）を回転させる回転駆動手段（18）
   と、前記コントロールチェンバー（10）内が所定圧力を
   維持するように、真空計（20）からの信号を設定値と比
   較して回転駆動手段（18）を制御する制御手段とを備
   え、該制御手段はプランジャー（13）の挿入速度に相当
   する回転駆動手段（18）の回転速度とコントロールチェ
   ンバー（10）内の圧力により気体の流量を演算する構成
   であることを特徴とする微小流量測定装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段により得られた測定値が表
   示される表示手段（23）が設けられてなる請求項１に記
   載の微小流量測定装置。
3. 【請求項３】 前記回転駆動手段（18）がステッピング
   モータである請求項１又は２に記載の微小流量測定装
   置。
4. 【請求項４】 前記進出手段（15）がマイクロメータで
   ある請求項１乃至３のいずれかに記載の微小流量測定装
   置。