JP3100986B2 - 改善された加熱型圧力トランスジューサアセンブリ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、概略的に、圧力トランスジューサアセンブ
リに関する。より詳細には、本発明は、改善された熱特
性を有する圧力トランスジューサアセンブリに関する。

発明の背景 例えば、半導体製品の製造において、種々の蒸着法す
なわち蒸着プロセスを使用することができることは周知
である。そのようなプロセスは、一般的に、導電体、半
導体、及び、絶縁物質を含む種々の物質から成る非常に
薄い層を基板上に堆積させるために使用されている。蒸
着プロセスは、一般的に、各々の蒸着される物質を気体
の状態で又は蒸気相の状態で蒸着チャンバへ搬送し、そ
こで、加工物の上に凝縮させることを必要とする。その
ような蒸着プロセスを効率的に作動させるためには、プ
ロセスで使用される気体又は蒸気の圧力を正確に制御す
ることが必要である。蒸着物質が、蒸気相の状態におい
て、比較的低い（すなわち、室温よりも十分に低い）凝
縮温度を有している場合には、そのような物質の圧力
は、室温で作動する圧力トランスジューサを用いて制御
することができる。しかしながら、気体状態の又は蒸気
相の状態の蒸着物質が比較的高い（すなわち、室温より
も高い）凝縮温度を有している場合には、そのような物
質は、凝縮を防止するために、加熱されてその凝縮温度
よりも高い温度に維持される。従って、そのような熱い
気体及び蒸気の圧力を測定するために、通常は、加熱型
のトランスジューサが必要とされる。また、加熱型の圧
力トランスジューサは、固体物質の昇華又は析出を防止
するために、加熱されることが多い。例えば、周知のよ
うに、塩化アンモニウム（NH₄Cl）は、窒化ケイ素（Si₃
N₄）の層を蒸着させるためのプロセスの化学的な副生物
であり、圧力及び温度が低くなり過ぎると、NH₄Clが昇
華して、露出された総ての冷たい表面の上に固体の塩が
形成される。NH₄Clのそのような昇華を防止するため
に、そのようなプロセスは、150℃で実行されることが
多い。

図１は、比較的高温の蒸着プロセスに関して一般的に
使用されるタイプの従来技術の加熱型圧力トランスジュ
ーサアセンブリ100の一部を示す断面図である。トラン
スジューサアセンブリ100は、感圧センサ110を備えてお
り、この感圧センサは、外側囲壁すなわちハウジング11
2によって形成された内部空所の中に収容されている。
センサ110は、容量型であって、加熱されて気化した物
質を受け入れるための入口ポート110aと、トランスジュ
ーサアセンブリに入る気化した物質の圧力を表す電気信
号を発生するための２つの出力端子（図示せず）とを備
えている。センサ110は、容量素子を備えており、これ
により、上記２つの出力端子の間に発生して測定される
キャパシタンスは、入口ポート11aにおける圧力の関数
に従って変動する。

トランスジューサアセンブリ100は、更に、加圧され
た蒸気の供給源をセンサ110の入口ポート110aに接続す
るためのチューブ114を備えている。このチューブ114の
一端部114aは、入口ポート110a付近でセンサ110に接続
されている。上記チューブは、上記一端部114aから外側
囲壁112に形成された開口112aを通って伸長しており、
その他端部114bは、加熱されて加圧された蒸気の供給源
124を供給する加熱されたガスライン122に接続されてい
る。トランスジューサアセンブリ100は、更に、比較的
高い熱伝導率を有する材料から形成された熱シェル116
と、フォイルヒータ（箔ヒータ）118と、制御装置120
（図1Aに示されている）とを備えている。一組のネジ12
1（その中の１つが示されている）が、熱シェル116を囲
壁112の中にしっかりと取り付けている。フォイルヒー
タ118は、熱シェル116の周囲に巻かれており、センサ11
0は、熱シェル116の中に収容されている。従って、チュ
ーブ114は、シェル116の開口116aを貫通している。制御
装置120（図1Aに示す）は、ヒータ118の作動を制御し、
センサ110の出力端子の間のキャパシタンスを測定し、
また、入口ポート110aにおける圧力を表すトランスジュ
ーサ出力信号を発生する。

使用の際には、図１に示すように、チューブ114の端
部114bが、加圧された蒸気（加圧蒸気）124を収容して
いる加熱されたガスライン122に接続され、これによ
り、加熱された加圧蒸気の供給源124を入口ポート110a
に供給する。制御装置120（図1Aの）は、熱シェル116及
びセンサ110が所望の作動温度（すなわち、ライン122の
中の蒸気124の所望の温度あるいはその近くの温度）に
おいて実質的に熱平衡の状態に維持されるように、フォ
イルヒータ118を制御する。外側囲壁112は、通常は、熱
シェル116及びヒータ118から熱絶縁されており、これに
より、囲壁112は、通常、この囲壁112を包囲する領域の
周囲温度又は室温あるいはその付近の温度に維持され
る。

加熱型のトランスジューサアセンブリ100の如きトラ
ンスジューサは、幾つかの問題を有するにも拘わらず、
長年にわたって使用されてきた。例えば、トランスジュ
ーサアセンブリ100が比較的高い温度（例えば、約80℃
よりも高い温度）で作動される場合には、チューブ114
は、熱損失の大きな発生源になる。センサ110、及び、
ライン122の中の蒸気124は、作動の間に、実質的に同じ
作動温度まで加熱され、チューブ114の両端部114a、114
bの温度が、上記作動温度に近づくが、一般的にはかな
り低い周囲温度又はその付近の温度にある外側囲壁112
は、チューブ114に物理的に接触し、比較的大きな熱量
をチューブ114から熱伝達して、チューブ114に温度勾配
を生じさせる傾向がある。チューブ114からの熱損失
が、チューブ114の中の蒸気を凝縮させるに十分な程度
になると、そのような熱損失は、トランスジューサアセ
ンブリ100が発生する圧力測定値の精度に悪影響を与え
る。また、凝縮を生じさせるに十分ではない場合でも、
チューブ114からの熱損失は、センサ110に温度勾配を生
じさせ、これにより、センサ110の熱平衡を阻害して、
トランスジューサアセンブリ100が発生する圧力測定値
の精度に悪影響を与えることがある。

チューブ114の温度を制御するために、トランスジュ
ーサアセンブリ100のユーザは、囲壁112とライン122と
の間に伸長するチューブの部分にヒータ及び絶縁材を用
いていた。そのような方法は、常に満足できるものでな
い。チューブ114が、該チューブ114の中の蒸気124の凝
縮を防止するに十分な程度まで加熱された場合でも、外
側囲壁112は、依然として、比較的大きな熱量をチュー
ブ114から伝達し、これにより、チューブ114及びセンサ
110に温度勾配を生じさせる。上述のように、そのよう
な温度勾配は、トランスジューサアセンブリ100が発生
する圧力測定値の精度に悪影響を与えることがある。

また、トランスジューサアセンブリ100のユーザは、
外側囲壁112及びチューブ114を含むアセンブリ全体を
「熱ブランケット」の中に包囲して、チューブ114の中
のガス124の凝縮を防止していた。しかしながら、その
ような方法は、制御装置の過熱を生じさせ、これによ
り、その使用寿命を低下させることがあり、また、セン
サ110の熱平衡を阻害し、これにより、トランスジュー
サアセンブリ100が発生する圧力測定値の精度に悪影響
を与えることがある。

また、外側囲壁112は、比較的大きな熱量をネジ121を
通して熱シェル116から伝達する傾向があり、この熱伝
達は、シェル116に温度勾配を生じさせることがある。
別の実施例においては、上記熱損失は、ネジ121を取り
除き、外側囲壁をチューブ114にクランプ止めして外側
囲壁を適所に固定することによって、調節される。しか
しながら、そのような方法は、チューブ114と囲壁112と
の間の熱伝達を単に増大させ、上述の問題を悪化させる
だけである。

トランスジューサアセンブリ100の別の欠点は、制御
装置120（図1Aに示す）の温度感受性に関係するもので
ある。上述のように、制御装置120は、通常、センサ110
の出力端子の間のキャパシタンスを測定して、入口ポー
ト110aにおける圧力を直接表すトランスジューサ出力信
号を発生する。例えば、トランスジューサ出力信号は、
入口ポート110aにおける圧力に比例する電圧を特徴とす
る電気信号である場合が多く、制御装置120は、そのよ
うな信号を発生するために、センサに関連する高次の非
直線的な効果に関して、直線化、及び、補償を行う。制
御装置120は、また、ヒータ118の作動を制御する。

制御装置120の性能は、一般的に、温度に対して感受
性を有しており、その理由は、制御装置120を構成する
ために使用される多くの構成要素自体が温度感受性を有
しているからである。また、制御装置120を構成するた
めに使用される多くの構成要素の使用寿命も、温度に依
存しており、これにより、トランスジューサ100は、比
較的高い温度で作動した場合には、故障頻度が高いとい
う問題を有している。従って、制御装置120の作動温度
を一定に保持して、制御装置120の性能が周囲温度の変
化と共に変動しないようにすることが望ましく、また、
制御装置120を比較的低い温度で作動させて、その故障
頻度を低下させることも望ましい。

従来技術の多くの加熱型の圧力トランスジューサは、
センサ110の温度及び制御装置120の温度を45℃に維持す
るように設計されており、そのようなトランスジューサ
は、「45゜トランスジューサ」と呼ばれることが多い。
45゜トランスジューサにおいては、制御装置120は、通
常、45℃の温度で作動する定格を有する比較的廉価な電
子素子（すなわち、市販の素子）から構成されている。
そのような装置においては、制御装置120は、通常、外
側囲壁112の中に設けられており、従って、トランスジ
ューサアセンブリと一体の部分を構成する。45゜トラン
スジューサは、その作動温度が比較的低いので、故障頻
度が比較的低いが、多くの用途においては、そのような
45℃の作動温度は低すぎる。

より高温の多くの用途に関しては、センサ110及び制
御装置120の温度を100℃に維持する「100゜トランスジ
ューサ」が使用される。100゜トランスジューサにおい
ては、制御装置120は、通常、100℃の温度で作動する定
格を有する比較的高価な電子素子（すなわち、「軍用素
子」）から構成されており、制御装置は、通常、トラン
スジューサ100と一体の部品としてパッケージ化されて
いる。軍用素子を使用すると、そのようなトランスジュ
ーサのコストが増大し、そのような高価な素子を用いた
場合でも、そのようなトランスジューサは、比較的高い
作動温度によって、故障頻度が高いという問題を有して
いる。

より一層高温の用途に関しては、センサ110の温度を1
50゜に維持する「150゜トランスジューサ」が使用され
る。150℃の作動温度は、軍用素子にとっても高すぎる
ので、そのようなトランスジューサの制御装置120は、
通常、センサから制御装置120を熱絶縁するために、セ
ンサ110から離して設けられ、また、制御装置120は、比
較的長いケーブルによって、センサ110及びヒータ118と
電気的に接続される。しかしながら、そのような長いケ
ーブルを用いると、トランスジューサアセンブリ100に
ノイズ及び電気的な不安定性が生ずる。また、150゜ト
ランスジューサをパッケージ化することが不便であり、
その理由は、制御装置120が、トランスジューサの一体
部品として含まれないからである。

符号100で示す従来技術のトランスジューサの更に別
の欠点は、その「スタートアップ」又は「ウォームアッ
プ」時間に関係するものである。トランスジューサアセ
ンブリ100は、センサ110が所望の作動温度において熱平
衡にある時にだけ、正確な測定値を発生する。また、
「ウォームアップ」時間は、トランスジューサアセンブ
リ100が最初の「コールド」状態又は「室温」状態から
所望の熱平衡まで移行するために必要な時間である。ト
ランスジューサ100のウォームアップの間に、制御装置1
20は、ヒータ118を作動させて、シェル116に調節した状
態で熱を与え、これにより、シェル116の温度を所望の
作動温度に維持する。トランスジューサアセンブリ100
は、熱シェル116に設けられていて、図１に符号164で示
されているサーミスタ（このデバイスは、周知のよう
に、該デバイスの温度の関数として変化する電気抵抗を
有している）。制御装置120は、サーミスタ164を用い
て、シェル116の温度を感知し、それに応じて、ヒータ1
18を制御して、シェル116の温度を所望の作動温度に維
持する。制御装置120は、シェル116の温度を、センサ11
0が必要とする範囲で、所望の作動温度に維持して、該
所望の作動温度において熱平衡を達成させる。上記所望
の作動温度が、150℃程度である場合には、トランスジ
ューサアセンブリ100のウォームアップ時間は、一般的
に、数時間（例えば、４時間）程度であり、そのような
長い「ウォームアップ」時間は不便であることが多い。

センサ110を熱平衡状態に容易に維持するために、ト
ランスジューサアセンブリ100は、通常、熱シェル116と
センサ110との間に、絶縁エアギャップを有している。
そのようなエアギャップは、センサ110が所望の作動温
度までウォームアップされた後には、センサ110を熱平
衡状態に維持することを容易にするが、上記絶縁エアギ
ャップは、センサ110を最初にウォームアップするのに
必要な時間を長くするので、不便である。

発明の目的 本発明の目的は、上述の従来技術の問題を十分に低減
しあるいは解消することである。

本発明の別の目的は、改善された熱特性を有する改善
された加熱型圧力トランスジューサアセンブリを提供す
ることである。

本発明の別の目的は、トランスジューサのセンサ及び
制御装置を別個に温度制御する改善された加熱型圧力ト
ランスジューサアセンブリを提供することである。

本発明の更に別の目的は、蒸気の温度が該蒸気の圧力
の測定に影響を及ぼすことないようにトランスジューサ
を冷却するための通気手段を備える改善された加熱型圧
力トランスジューサアセンブリを提供することである。

本発明の更に別の目的は、センサを加熱されたガスラ
インに接続するチューブを加熱するためのチューブヒー
タを備える改善された加熱型圧力トランスジューサアセ
ンブリを提供することである。

本発明の更に別の目的は、図１のトランスジューサに
比較して短いウォームアップ時間を有する改善された加
熱型圧力トランスジューサアセンブリを提供することで
ある。

本発明の更に別の目的は、センサを加熱するための補
助ヒータを備える改善された加熱型圧力トランスジュー
サアセンブリを提供することである。

本発明の更に別の目的は、センサの温度を感知するた
めの２つのサーミスタと、上記センサを包囲する熱シェ
ルとを備える改善された加熱型圧力トランスジューサア
センブリを提供することである。

発明の概要 上述の及び他の目的は、改善された加熱型圧力トラン
スジューサアセンブリによって達成される。本発明の一
つの特徴によれば、トランスジューサアセンブリは、外
側囲壁と、該外側囲壁の中に収容された第１の熱シェル
と、該第１の熱シェルの中に収容されたセンサとを備え
ている。トランスジューサアセンブリは、更に、上記第
１の熱シェルを加熱するためのヒータと、該ヒータを制
御するための制御装置とを備えている。チューブが、上
記センサを加熱され且つ加圧されたガス又は上記の供給
源に接続し、トランスジューサアセンブリは、更に、上
記制御装置によって制御されて上記チューブに熱を与え
るチューブヒータを備えることができる。

本発明の別の特徴によれば、トランスジューサアセン
ブリは、上記外側囲壁の中に収容される第２の熱シェル
を備えることもでき、その場合には、上記制御装置の少
なくとも一部は、上記第２の熱シェルの中に収容され
る。上記制御装置によって制御されるヒータを、上記第
２の熱シェルの付近に設けて、該シェルを加熱するよう
にすることもできる。

本発明の別の特徴によれば、上記第１の熱シェルの中
に収容されていて上記センサを加熱するための補助ヒー
タを含むこともできる。

本発明の更に別の特徴によれば、２つのサーミスタを
設けて、上記センサ及び上記第１の熱シェルの温度を測
定することもできる。

本発明の更に別の目的及び利点は、本発明の最善の態
様を単に示すために幾つかの実施例を示して説明する以
下の詳細な説明から、当業者は容易に理解することがで
きよう。後に分かるように、本発明は、他の及び別の実
施例とすることができ、そのような実施例の幾つかの細
部は、本発明から逸脱することなく、種々の点に関して
変更することができる。従って、図面及び本明細書は、
本質的に代表的な例を示すだけであって、制限的又は限
定的なものとして理解してはならず、本発明の範囲は、
添付の請求の範囲に記載されている。

図面の簡単な説明 本発明の性質及び目的をより良く理解するためには、
添付の図面を参考にして以下の詳細な説明を参照すべき
であるが、図面においては、同じ参照符号を用いて同じ
又は同様な部分又は部品を示している。

図面において、 図１は、加熱されたガスラインに接続された従来技術
の加熱型圧力トランスジューサアセンブリの断面図を示
しており、 図1Aは、図１の実施例に使用される制御装置のブロッ
ク図を示しており、 図2Aは、本発明に従って構成され且つチューブヒータ
を備えている、改善された加熱型圧力トランスジューサ
アセンブリの一実施例の断面図を示しており、 図2B及び図2Cは、図2Aに示すチューブ−クランプの端
面図及び平面図をそれぞれ示しており、 図2Dは、図2Aに示すチューブヒータの平面図を示して
おり、 図2Eは、図2A乃至図2Dに関して説明した実施例に使用
される制御装置のブロック図を示しており、 図2Fは、図2Aのトランスジューサアセンブリの一部の
詳細な拡大図を示しており、 図３は、本発明に従って構成され且つ制御装置を冷却
するための通気手段を備えている加熱型圧力トランスジ
ューサアセンブリの一実施例の断面図を示しており、 図４は、本発明に従って構成され且つ制御装置を冷却
するための通気手段を備えている加熱型圧力トランスジ
ューサアセンブリの更に別の実施例の断面図を示してお
り、 図５は、本発明に従って構成され且つ補助ヒータ及び
２つのサーミスタを備えている加熱型圧力トランスジュ
ーサアセンブリの実施例の断面図を示しており、 図5Aは、図５に関して説明した実施例に使用される制
御装置のブロック図を示しており、 図６は、図５に示すサーミスタを熱的に固定するため
に使用されるタイプの熱アンカーを示しており、 図7A乃至図7Cは、本発明に従って構成された加熱型の
圧力トランスジューサが示すウォームアップ時間の改善
をそれぞれ表す温度対時間のグラフである。

図面の詳細な説明 図2Aは、本発明の少なくとも１つの特徴に従って構成
された加熱型圧力トランスジューサアセンブリ200の断
面図を示している。後に詳細に説明するように、トラン
スジューサアセンブリ200は、従来技術のトランスジュ
ーサアセンブリ100に比較して改善された性能を示す。
トランスジューサアセンブリ200は、高温の蒸着プロセ
スに関連して効果的に使用することができ、当業者には
理解されるように、トランスジューサアセンブリ200
は、例えば、反応性イオンエッチングプロセスの如き他
の多くの用途にも使用することができる。

トランスジューサアセンブリ200は、外側囲壁212によ
って形成された内部空所の中に収容されている感圧セン
サ210と、測定すべきガス又は蒸気を受け取るための入
口ポート210aとを備えている。センサ210は、例えば、
２つの出力端子（図示せず）を有する容量型のセンサと
することができ、そのようなセンサは、上記２つの出力
端子の間で測定されたキャパシタンスが、入口ポート21
0aにおける圧力に関係していて該圧力の関数であるよう
に、構成されている。しかしながら、センサ210は、圧
力の関数として変化する測定可能な作動パラメータを有
する任意の形態の感圧トランスジューサを用いて、構成
することができる。トランスジューサアセンブリ200
は、また、入口ポート210aを加圧されたガス又は蒸気の
供給源に接続するためのチューブ214を備えている。こ
のチューブ214は、入口ポート210a付近でセンサ210に接
続された一端部214aを有していて、外側囲壁212の底部
プレート212bに形成された開口212aを通って伸長してお
り、また、加熱された蒸気124を搬送するガスライン122
に接続された他端部214bを有している。

トランスジューサアセンブリ200は、また、比較的高
い熱伝導率を有する材料から形成されるのが好ましい熱
シェル216と、ヒータ218と、制御装置220（図2Eに示さ
れている）とを備えている。センサ210は、熱シェル216
の中に収容されており、チューブ214は、シェル216の開
口216aを貫通している。熱シェル216は、開口216a付近
でチューブ214にしっかりと固定され、従って、外側囲
壁212の中で一定の位置に保持されるのが好ましい。ヒ
ータ218は、熱シェル216に隣接して設けられており、ま
た、ヒータ218は、熱シェル216の外側部分の周囲に巻か
れて該外側部分に固定されたフォイルヒータ（すなわ
ち、比較的可撓性を有している抵抗型のヒータ）を用い
て構成されるのが好ましい。図2Eに示すように、好まし
い制御装置220は、信号調整器220aを備えており、この
信号調整器は、センサ210の出力端子の間のキャパシタ
ンスの値を感知して、入口ポート210aにおける圧力を表
すトランスジューサ出力信号を発生する。制御装置220
は、また、コントローラ220bを備えるのが好ましく、こ
のコントローラは、後に詳細に説明するように、ヒータ
218の作動を制御する。

本発明のある特徴によれば、図2A及び図2Fに示すよう
に、トランスジューサアセンブリ200は、更に、チュー
ブ−クランプ230と、チューブヒータ230とを備えてお
り、上記チューブ−クランプ230は、比較的高い熱伝導
率を有する材料から形成されるのが好ましい。チューブ
−クランプ230は、チューブ214にしっかりと固定される
のが好ましく、一組のネジ234（その中の１つが図2A及
び図2Fに示されている）の如き適宜な手段が、外側囲壁
212の底部プレート212bをチューブ−クランプ230にしっ
かりと取り付けている。各々のネジ234は、管状の熱絶
縁スタンドオフすなわち間隔カラー236を通って伸長し
ており、上記スタンドオフ236は、ネジ234が締め付けら
れた時に、チューブ−クランプ230と底部プレート212b
との間にギャップ238を維持するように、構成されてい
る。スタンドオフ236は、プラスチック又は同等のもの
の如き熱絶縁性の材料から形成されていて、チューブ−
クランプ230をプレート212bから熱絶縁して、チューブ
−クランプ230と外側囲壁212との間の熱流を減少させ
る。

図2B及び図2Cは、チューブ−クランプ230の端面図及
び平面図をそれぞれ示している。チューブ−クランプ23
0は、中央開口230aと、スロット230bと、ネジ穴230cと
を形成している。チューブ−クランプ230をトランスジ
ューサアセンブリ200に取り付ける（図2Aに示すよう
に）時には、チューブ214を中央開口230aに通す。開口2
30aの寸法は、ネジ穴230cに挿入されたネジ（図2Aに符
号229で示す）を回転させて、スロット230bを拡張又は
縮小させることにより、調節することができる。チュー
ブ−クランプ230をトランスジューサアセンブリ200に取
り付ける時には、ネジ穴230cの中のネジを調節して開口
230aを十分に小さくし、これにより、チューブ−クラン
プ230をしっかりと固定すると共に、チューブ214との間
の熱的な接触（熱接触）を良好にする。図2Dにその好ま
しい実施例が示されているチューブヒータ232は、チュ
ーブ−クランプ230と良好に熱接触するように設けら
れ、これにより、チューブヒータは、チューブ−クラン
プ230に熱を効率的に与える。チューブヒータ232は、フ
ォイルヒータを用いて構成されていて、図2Bに示すよう
に、チューブ−クランプ230の上面と良好に熱接触する
ように、該上面に設けられて固定されている。図2D及び
図2Eに示すように、制御装置220は、ヒータ218の温度を
制御することに加えて、チューブヒータ232の温度も制
御する。この制御は、後に説明する適宜な温度感知手段
によって感知された温度に応答して、導線232a、232bを
介してチューブヒータ232に電流を供給することによ
り、行われる。

また、外側囲壁212の底部プレート212bから加熱され
るライン122まで伸長しているチューブ214の部分の周囲
に絶縁材（図示せず）を巻き、追加のヒータをチューブ
214に全く設けないのが好ましい。作動の際には、ライ
ン122の中の蒸気124が、所望の温度まで加熱され、ヒー
タ218が、センサ210を同じ作動温度まで加熱する。チュ
ーブヒータ232は、チューブ−クランプ230を、従って、
チューブ214を、作動温度又は該作動温度付近の温度ま
で加熱する。チューブヒータ232は、プレート212b付近
のチューブ214の部分を、ライン122の中の加熱されてい
る蒸気124と同じ温度まで効果的に加熱し、また、チュ
ーブ214のプレート212bとガスライン122との間の部分が
熱絶縁されているので、蒸気124とチューブ214との間で
は、熱が殆ど又は全く伝達されない。従って、チューブ
ヒータ232は、チューブ214の中のガス凝縮を防止し、ま
た、チューブ214の熱勾配を十分に減少しあるいは除去
し、これにより、トランスジューサアセンブリ200の精
度を改善する。

チューブ−クランプ230、及び、チューブヒータ232
は、チューブ214と外側囲壁212との間に熱緩衝をもたら
し、従って、外側囲壁212がチューブ214から伝達する熱
量を減少させる。別の実施例においては、トランスジュ
ーサアセンブリ200は、幾つかの特徴を備えており、こ
れらの特徴は各々、外側囲壁212がチューブ214から伝達
する熱量を更に減少させる。図2A及び図2Fに示すよう
に、チューブ−クランプ230は、該チューブ−クランプ
の一体部分として形成しても形成しなくてもよいカラー
230dを備えるのが好ましく、このカラーは、チューブ21
4に対して平行に外側囲壁212の底部プレート212bの開口
212aを貫通して、プレート212bがチューブ214に直接接
触しないようにして、外側囲壁212がチューブ214から伝
達する熱量を減少させる。また、図2Fに示すように、底
部プレート212bの開口212aの直径は、カラー230dの直径
よりも大きいのが好ましく、これにより、プレート212b
とカラー230dとの間にギャップ246が形成され、このギ
ャップは、外側囲壁212がチューブ214から伝達する熱量
を更に減少させる（同時に、外側囲壁212がチューブ−
クランプ230から伝達する熱量も減少させる）。更に、
プレート212bは、図2Fに示すように、開口212a付近に、
厚みが減少された内側の環状領域212bxを有するのが好
ましい。この環状領域212bxは、厚みが減少されている
ので、プレート212bの他の部分よりも大きな熱抵抗を有
しており、従って、外側囲壁212がチューブ−クランプ2
30から伝達する熱量を更に減少させる。

上述のように、図１に参照符号100で示すような従来
技術の加熱型圧力トランスジューサアセンブリの購入者
は、一般的に、トランスジューサアセンブリ100を加熱
されたガスライン122に接続するチューブに、ヒータを
設けなければならなかった。そのようなヒータハウジン
グ、チューブ114の中の凝縮を阻止するには有用であっ
たが、そのようなヒータを用いると、これらヒータがセ
ンサ110に熱勾配を与えるので、トランスジューサアセ
ンブリの精度に悪影響を与える。対照的に、図2A、図2D
及び図2Fの追加のチューブヒータ232は、トランスジュ
ーサアセンブリ200の一体部分として設けられていて、
該トランスジューサアセンブリによって制御される。従
って、トランスジューサアセンブリ200の購入者は、ト
ランスジューサアセンブリ200を加熱されたガス又は蒸
気の供給源（例えば、ライン122）に接続する際に、外
部ヒータをチューブ214に設ける必要はない。チューブ
ヒータ232は、チューブ214の中で凝縮が生ずるのを阻止
すると共に、チューブ214の熱勾配を大幅に減少させる
ことによって、トランスジューサアセンブリ200の精度
を改善する。

また、トランスジューサアセンブリ100においては、
外側囲壁122は、熱シェル116に取り付けられているが、
トランスジューサアセンブリ200においては、外側囲壁2
12は、チューブ−クランプ230に（例えば、ネジ234によ
って）取り付けられている。従って、外側囲壁は、熱シ
ェル216からではなく、チューブ−クランプ230から熱を
伝達する傾向があり、これにより、外側囲壁212は、従
来技術において一般的であったシェル216及びセンサ210
の温度勾配の形成に寄与しない。

所望の作動温度を表す信号に加えて、少なくとも１つ
の温度センサ（図示せず）を用いて、トランスジューサ
アセンブリの幾つかの選択された箇所の又は該トランス
ジューサアセンブリの中の実際の温度を表す入力信号を
図2Eのコントローラ220bに与えるのが好ましい。また、
２以上の温度センサ（図示せず）を用いて、トランスジ
ューサアセンブリの２以上の箇所又は該トランスジュー
サアセンブリの中の温度を表示することができる（例え
ば、１つの温度センサを用いて、センサ210の温度を測
定し、また、別の温度センサを用いて、チューブ−クラ
ンプ230の温度を測定することができる）。コントロー
ラ220bは、PIDコントローラの如き２つの別個のコント
ローラを含み、一方のコントローラでヒータ218を制御
し、また、他方のコントローラでチューブヒータ232を
制御することができる。また、制御装置220は、単一の
コントローラを用い、温度を表す入力信号に応答して、
両方のヒータ218、232の作動を制御することができる。
例えば、ヒータ218、232に与えられる電流の比率を一定
にすることによって、単一のコントローラで両方のヒー
タを制御することができる。

トランスジューサアセンブリ200の好ましい実施例
は、チューブ−クランプ230及びチューブヒータ232を備
えているが、チューブ−クランプ230及びチューブヒー
タ232を備えていないアセンブリ200の実施例によって、
従来技術に比較して改善されたチューブ214の熱制御を
行うことができる。そのような実施例においては、開口
212aは、底部プレート212bがチューブ214に接触しない
ように、十分に大きく、また、絶縁材（図示せず）が、
チューブ214の全長又はその一部の周囲に巻かれるのが
好ましい。

上述のように、従来技術の特定の加熱型の圧力トラン
スジューサにおいては、制御装置は、トランスジューサ
アセンブリの一体部分として形成されている。しかしな
がら、そのようなトランスジューサアセンブリは、比較
的低い作動温度（例えば、45℃）を用いているか、高価
な軍用素子を用いているか、あるいは、使用寿命が比較
的短いという問題を有している。従って、従来技術の他
の多くの加熱型圧力トランスジューサアセンブリにおい
ては、制御装置は、トランスジューサアセンブリから離
して設けられ、これにより、センサに与えられる熱が、
温度感受性を有する制御装置の性能に悪影響を与えない
ようにしている。一般的に、制御装置は、ケーブルによ
ってトランスジューサアセンブリに接続される。しかし
ながら、制御装置をトランスジューサアセンブリから離
して設けると、トランスジューサアセンブリの梱包が不
便になると共に、トランスジューサアセンブリの電気的
な不安定性が大きくなり、また、トランスジューサの出
力のノイズが増える。

従来技術とは対照的に、本発明の更に別の特徴によれ
ば、制御装置220は、トランスジューサアセンブリ200の
一体部分として形成され、制御装置220の温度は、セン
サ210の温度とは別個に制御される。制御装置をセンサ
に接続するために一般的に使用される長いケーブルを排
除することにより、トランスジューサアセンブリ200の
安定性及び無ノイズ性が改善され、また、制御装置220
の温度を別個に制御することにより、トランスジューサ
アセンブリ200の使用寿命が長くなると共に、トランス
ジューサアセンブリ200が、センサ210の広範囲の作動温
度にわたって、一定して反復的に作動することを可能に
なる。また、トランスジューサアセンブリ200の一体部
品として制御装置220を設けることにより、加熱型のト
ランスジューサの梱包が便利になる。制御装置220の温
度は、60℃又はこれよりも低い一定の温度になるように
制御されるのが好ましい。その理由は、そのようにする
と、制御装置220を、上記温度よりも高い温度で作動す
る定格を有していない廉価な電子素子から構成すること
ができるからである。制御装置220のより高い作動温度
は、勿論可能であり、この場合には、制御装置は、より
高い作動温度範囲を有するよい高価な電子素子（例え
ば、軍用素子）から構成されるのが好ましい。いずれに
しても、制御装置220の温度は、センサ210の温度よりも
低くなるように制御される。

図３は、制御装置220がトランスジューサアセンブリ2
00の部品として一体に形成されているトランスジューサ
アセンブリ220の一実施例を示している。この実施例に
おいては、トランスジューサアセンブリ200は、更に、
熱分流器240を備えており、この熱分流器は、比較的高
い熱伝導率を有する材料から形成されるのが好ましい。
上記熱分流器は、外側囲壁212によって形成された内部
空所を下方部分と上方部分とに分割するように配置され
ている。センサ210は、内部空所の下方部分の中で熱分
流器240の下方に収容されており、また、制御装置220
は、内部空所の上方部分の中で熱分流器240の上方に収
容されている。図示の実施例においては、制御装置220
は、２つのプリント回路（PC）板220a、220bを用いて構
成されている。トランスジューサアセンブリ200は、ま
た、比較的高い熱伝導率を有する材料から形成されてい
てプリント回路板220aを収容するための熱シェル242
と、ヒータ244とを備えている。このヒータは、シェル2
42と熱接触するように設けられていて、制御装置220の
制御下で作動される。プリント回路板220bは、熱シェル
242の上方に収容されている。外側囲壁212は、更に、複
数のスロット、又は、通気口、あるいは、開口212cを形
成されており、これらのスロットは、後に詳細に説明す
るように、冷却を行うために使用される。熱シェル242
と熱分流器240との間、並びに、熱シェル216と外側囲壁
212との間には、絶縁材246を設けるのが好ましい。トラ
ンスジューサアセンブリ200は、更に、シェル242の温度
を測定するために熱シェル242に熱接触するように設け
られているサーミスタ249を備えている。

制御装置220は、自分の温度を自己調節し、これによ
り、制御装置を離して設ける必要がない。従って、トラ
ンスジューサアセンブリ200の総ての構成要素は、外側
囲壁212の中に都合良く梱包され、トランスジューサア
センブリ200は、改善された安定性及び無ノイズ性をも
たらす。

作動の際には、熱分流器240及び通気口212cが協働し
て対流冷却を行い、これにより、センサ210と制御装置2
20との間に所望の温度差が維持される。矢印248は、ト
ランスジューサアセンブリ200を通る空気流の方向を示
している。絶縁材248が、センサ210から制御装置220へ
伝達される熱の一部を阻止し、熱分流器240は、過剰の
熱をセンサ210からトランスジューサ200の周部へ伝達す
る。該周部においては、通気口212cを通って流れる冷却
空気の流れが、トランスジューサ200から熱を伝達す
る。トランスジューサ200の別の実施例においては、積
極的な冷却装置（図示せず）を設けて、制御装置220と
センサ210との間に所望の温度差を維持することができ
ることは勿論であるが、上記好ましい実施例において
は、そのような冷却装置は全く使用されていない。図３
に示す実施例においては、ヒータ244が不作動の状態に
ある時には、熱分流器240及び通気口212cが、十分な冷
却作用を行って、熱シェル242及び制御装置220の温度
を、装置220の所望の作動温度よりも低い温度に維持す
る。従って、作動の際には、制御装置220は、ヒータ244
を用いて熱シール242に熱を与えることにより、熱シェ
ル242及び制御装置220を所望の作動温度において熱平衡
の状態に維持する（すなわち、積極的な冷却は全く必要
ない）。制御装置220は、サーミスタ249が発生するシェ
ル242の温度測定値に応答してヒータ244を制御するため
のPIDコントローラの如きコントローラを備えるのが好
ましい。

図３に示す実施例においては、制御装置220は、２つ
のプリント回路板220a、220bを用いて構成されており、
一方のプリント回路板220aだけが、熱シェル242の中に
設けられており、他方のプリント回路板220bは、シェル
の上方に設けられている。一般的に、この構成を用いた
場合には、制御装置220の要素の中で温度に最も敏感な
要素が、プリント回路板220aの上に設けられ、制御装置
220の要素の中で最も熱を発生する要素が、プリント回
路板220bの上に設けられる。制御装置220は、ヒータ244
を制御して、熱シェル242及びプリント回路板220aを熱
平衡の状態に維持し、一方、プリント回路板220bの温度
は、対流する空気流及びプリント回路板220bが発生する
熱量の関数として、上記平衡温度から若干変動すること
ができる。プリント回路板220aだけをシェル242の中に
設けることにより、制御装置220の熱制御は単純化され
るが、別の実施例においては、制御装置220全体を熱シ
ェル242の中に設けることができることは勿論である。

制御装置220は、センサ210の作動温度に関係無く、自
分の温度を実質的に一定の温度（例えば、60℃）に維持
するのが好ましい。図３に示す実施例は、十分な冷却作
用を行って、センサ210と制御装置220との間に少なくと
も90℃の温度差を維持する。従って、センサ210は、制
御装置220の所望の作動温度である60℃を阻害すること
なく、少なくとも150℃程度で作動することができる。
センサ210が、150℃の作動温度に維持される場合には、
トランスジューサアセンブリ200は、窒化ケイ素の化学
蒸着法に使用するのに理想的である。

図４は、本発明の更に別の特徴を有する実施例の断面
図を示しており、この実施例においては、図示のトラン
スジューサアセンブリ200は、図３に示す実施例に比較
して、追加の冷却効果を行う。図４に示す実施例におい
ては、外側囲壁212は、下部囲壁すなわち下部隔室212d
と、上部囲壁すなわち上部隔室212eとを備えており、こ
れら囲壁又は隔室は、一組のネジ250a（その中の１つが
図示されている）の如き適宜な手段によって、互いに固
定されている。各々のネジは、一組の管状の熱絶縁スタ
ンドオフ、すなわち、熱絶縁間隔カラー250bの中の対応
する１つを貫通している。上記熱絶縁スタンドオフ又は
熱絶縁間隔カラーは、プラスチックの如き熱絶縁材料か
ら形成されるのが好ましく、これにより、ネジ250aを締
め付けると、スタンドオフ250bは、囲壁212d、212eの間
に接続された間隔を維持する。トランスジューサアセン
ブリ200のこの実施例は、更に、熱分流器、すなわち、
輻射フィン252（環状のディスクとして形成されてい
る）を備えており、該熱分流器又は輻射フィンは、比較
的高い熱伝導率を有する材料から形成されていて、上部
及び下部の囲壁212d、212eの間に設けられ、スタンドオ
フ250bに熱接触している。熱分流器252は、上部囲部212
eを下部囲壁212dの中に発生した熱から遮蔽する役割を
果たすと共に、スタンドオフ250bに沿って流れる総ての
熱を消散させる。下部及び上部の囲壁212d、212eの間の
スペースに設けられた開口は、通気作用を向上させる。

作動の際には、図４の制御装置220は、自分の温度を6
0℃に維持するのが好ましい。上記実施例によってもた
らされる通気作用は、十分な冷却作用を行って、制御装
置220をセンサ210の温度よりも少なくとも140℃低い温
度で熱平衡状態に維持する。従って、センサ210は、制
御装置220の所望の作動温度である60℃の温度を阻害す
ることなく、少なくとも200℃程度の温度で作動するこ
とができる。

本発明の更に別の特徴においては、トランスジューサ
アセンブリ200は、ウォームアップ時間を減少させるた
めの手段を備えている。図５は、補助ヒータ260と、２
つのサーミスタ262、264とを備えているウォームアップ
時間を減少させるための手段の好ましい実施例の一部を
示している。補助ヒータ260は、センサ210に隣接して熱
シェル216の中に設けられて、制御装置220の制御下でセ
ンサ210に熱を与えるのが好ましい。サーミスタ262も、
センサ210に熱接触した状態で熱シェル216の中に設けら
れていて、センサ210の温度測定値を制御装置220に与え
ている。サーミスタ264は、熱シェル216に熱接触した状
態で設けられていて、シェル216の温度測定値を制御装
置220に与えている。サーミスタ262、264の温度は、一
般的に、制御装置220の温度よりもかなり高いので、サ
ーミスタ262、264は、熱アンカーの如き適宜な手段によ
って、センサ210及び熱シェル216にそれぞれ固定される
のが好ましい。

図６を参照すると、熱アンカー266によって制御装置2
20に電気的に接続されているサーミスタ262が示されて
いる。すなわち、制御装置220は、２つの導線268a、268
bに電気的に接続されており、一方、上記導線は、熱ア
ンカー266の２つのパッド266a、266bにそれぞれ電気的
に接続されている。パッド266aは、別のパッド266cに電
気的に接続されており、また、パッド266bは、別のパッ
ド266dに接続されており、最終的に、サーミスタ262の
端子は、パッド266c、266dに電気的に接続されている。
比較的良好な熱伝導体である熱アンカー266が、センサ2
10（図示せず）に固定されており、サーミスタ262は、
センサ210にも接触するのが好ましい。

導線268a、268bは、良好な導電体であって、結果的に
は、比較的良好な熱伝導体でもある。熱アンカー266を
使用せず、比較的冷たい（例えば、50℃）制御装置220
が、導線268a、268bを介して比較的熱い（例えば、150
℃）サーミスタに直接接続される場合には、熱は、サー
ミスタ262から導線268a、268bを介して、制御装置220へ
流れることになる。サーミスタ262は、比較的小さい装
置であるので、上記熱流の量は、サーミスタ262の温度
を低下させ、これにより、センサ210の温度測定を阻害
する。比較的大きな熱アンカー266をセンサ210に固定す
ると、サーミスタ262の温度が安定化し、導線266a、266
bに沿って流れる熱の大部分は、サーミスタ262からでは
なく、センサ210から来ることになる。サーミスタ264
も、勿論、アンカー266と同様な熱アンカーによって、
熱シェル216に接続されるのが好ましく、同様に、トラ
ンスジューサアセンブリ200の他の総てのサーミスタ
（例えば、サーミスタ249）は、熱アンカーの温度測定
を行う装置に接続されるのが好ましい。

上述のように、従来技術のトランスジューサアセンブ
リ100（図１に示す）は、熱シェル116を所望の作動温度
T_dまで加熱し、次に、センサ110が上記温度に収束する
まで待機することによって、ウォームアップされる。制
御装置120は、サーミスタ164を用いて、熱シェル116の
温度を感知し、これに応じてヒータ118を制御して、シ
ェル116の温度を所望の作動温度T_dに等しくなるように
維持する。従来技術とは対照的に、トランスジューサア
センブリ200（図５に示す）においては、制御装置220の
コントローラ220bは、サーミスタ262、264を用いて、平
均温度T_AVEを測定する。ここにおいて、T_AVEは、センサ
210及び熱シェル216の温度の平均に等しい。次に、制御
装置220は、ヒータ218を制御して、上記平均温度T_AVEを
上記所望の作動温度T_dに等しくなるように維持する。従
って、従来技術のトランスジューサアセンブリ100にお
いては、熱シェル116の温度が、所望の作動温度T_dを超
えることは決してないが、トランスジューサアセンブリ
200においては、センサ210の温度がT_dよりも低い場合
に、熱シェル216の温度が、T_dを超えることがある。

図7Aは、サーミスタ262、264によってもたらされる利
点を表す３つの曲線Ａ、Ｂ及びＣを示している。曲線Ａ
及びＢは、熱シェル216及びセンサ210のそれぞれの温度
を時間の関数として示している。トランスジューサアセ
ンブリ200のウォームアップの間に、コントローラ220b
は、平均温度T_AVEが所望の作動温度T_dに等しくなるま
で、熱シェル216の温度を上昇させる（可能な限り最大
速度で行うのが好ましい）ように、ヒータ218を制御す
る。曲線Ａ及びＢで示すように、コントローラ220bは、
ヒータ218を用いて、平均温度（この時点における曲線
Ａ及びＢの値を加えて２で割ることにより得られる）が
所望の作動温度T_dに等しくなる時間t_xまで、シェル216
の温度を上昇させる。t_xの後の総ての時間に関して、制
御装置220は、平均温度T_AVEを維持し、これにより、セ
ンサ210の温度をT_dに向かって上昇させ、シェル216の温
度をこれに応じて低下させて、平均温度T_AVEを一定に維
持する。曲線Ｃは、従来技術のセンサ110の温度をトラ
ンスジューサアセンブリ100のウォームアップの間の時
間の関数として示している。曲線Ｂ及びＣで示すよう
に、センサ210は、従来技術のトランスジューサアセン
ブリ100のセンサ110よりもかなり迅速に、所望の作動温
度T_dに収束する。

両方のトランスジューサ100、200において、熱シェル
からセンサへ伝達される熱量は、これら２つの要素の間
の温度差の関数である。ウォームアップの間には、トラ
ンスジューサアセンブリ200のシェル216とセンサ210と
の間の温度差（例えば、時間t_xにおける曲線Ａ及びＢの
値で示される）は、従来技術のトランスジューサアセン
ブリ100のシェル116とセンサ110との間の温度差（T_dと
曲線Ｃとの間の差で示される）よりも大きい。上記温度
差は、トランスジューサアセンブリ200における方が大
きいので、センサがウォームアップされている時には、
より多くの熱が熱シェルからセンサへ伝達され、従っ
て、センサ110よりも、より迅速にウォームアップされ
る。

図５に示す別の実施例においては、サーミスタ262、2
64は各々の、コントローラ220b、220bに別個に接続され
ており、これらコントローラは、各々のサーミスタの温
度を別個に測定して、平均温度T_AVEを計算する。しかし
ながら、サーミスタ262、264をコントローラ220bとアー
スとの間で直列に接続するのが好ましい。その理由は、
そのような構成においては、コントローラ220bは、２つ
のサーミスタの全直列抵抗を測定するだけで、平均温度
T_AVEを測定することができるからである。そのような実
施例においては、サーミスタ262、264は、実質的に同一
の温度係数を有していて、作動温度範囲にわたって直線
的である。従って、サーミスタ262の抵抗（R₂₆₂）は、
定数ｃにサーミスタ262の温度（T₂₆₂）を掛けたものに
実質的に等しく、また、サーミスタ264の抵抗（R₂₆₄）
は、定数ｃにサーミスタ264の温度（T₂₆₄）を掛けたも
のに実質的に等しい。この実施例においては、コントロ
ーラ220bは、下の式（１）で示すように、全直列抵抗R_T
（すなわち、R₂₆₂＋R₂₆₄）の値を単に測定し、この値を
定数ｃの２倍で割ることによって、サーミスタ262、264
の平均温度T_AVEを測定することができる。

R_T＝R₂₆₂＋R₂₆₄＝ｃ(T₂₆₂＋T₂₆₄);T_AVE＝(R_T/2c)（１） しかしながら、サーミスタ262、264の温度係数が異な
っていて、コントローラ220bが測定する平均温度T
_AVEが、サーミスタ262、264の温度の加重平均であるの
が好ましい。例えば、R₂₆₂が、第１の定数c₁にT₂₆₂を掛
けたものに実質的に等しく、また、R₂₆₄が、第２の定数
c₂にT₂₆₄を掛けたものに実質的に等しい場合には、全直
列抵抗R_Tは、下の式（２）で示すように、温度の加重平
均に等しくなる。

R_T＝R₂₆₂＋R₂₆₄＝c₁T₂₆₂＋c₂T₂₆₄ （２） サーミスタ262の温度係数が、サーミスタ264の温度係
数よりも大きくなるように選択した場合（すなわち、c₁
＞c₂）には、制御装置220によって測定される平均温度T
_AVEは、加重平均であって、これにより、制御装置220
が、加重平均温度を所望の作動温度T_dに等しくなるよう
に維持すると、熱シェル216とT_dとの間の温度差は、T_d
とセンサ210の温度との間の温度差よりも大きくなる。
図7Bは、曲線Ｄ及びＥを示しており、これらの曲線は、
サーミスタ262の温度係数がサーミスタ264の温度係数よ
りも大きい時の、熱シェル216及びセンサ210の温度を時
間の関数としてそれぞれ表している。このように温度係
数を違えることによって、ウォームアップの間の熱シェ
ル216からセンサ210への熱伝達は大きくなり、従って、
トランスジューサアセンブリ200のウォームアップ時間
は減少する。当業者は理解できるように、サーミスタ26
2、264が直列に接続されておらず、コントローラ202bに
別個に接続されている別の実施例においては、コントロ
ーラ220bは、サーミスタ262、264が同一の温度係数を有
していても、センサ210及び熱シェル216の温度の加重平
均を計算することができる。また、当業者は理解できる
ように、サーミスタ262、264、並びに、トランスジュー
サアセンブリ200の他の総てのサーミスタは、サーミス
タを用いて構成する必要はなく、例えば、抵抗温度デバ
イス（RTD）又は熱電対の如き任意の感温デバイスを用
いて構成することができる。

トランスジューサアセンブリ200のウォームアップの
間に、制御装置220は、ヒータ218を制御して、熱シェル
216に熱を与え、また、補助ヒータ260（図５に示す）を
制御して、センサ210に直接熱を与えるのが好ましい。
制御装置220は、サーミスタ262が感知したセンサ210の
温度に応じてヒータ260を制御するための、例えば、PID
コントローラの如きコントローラ220dを備えるのが好ま
しい。好ましい作動モードにおいては、コントローラ22
0dは、補助ヒータ260を用いて、ウォームアップの間に
センサ210に一定の熱量を与える。これは、例えば、タ
イマを備えるコントローラ220dを構成し、該タイマによ
り、トランスジューサアセンブリ200の最初の励起の後
の一定時間にわたって補助ヒータ260を作動させ、次
に、次の励起まで補助ヒータ260を不作動にすることに
よって、実行することができる。この作動モードにおい
ては、ヒータ218及び補助ヒータ260は協働して、センサ
210の温度が所望の作動温度に到達するまで、センサ210
を加熱する。補助ヒータ260は、次に、不作動になり、
ヒータ218だけを用いて、センサ210を熱平衡状態で安定
化させる。

図7Cは、２つの曲線を示しており、曲線Ｆ及び曲線Ｇ
は、従来技術のトランスジューサアセンブリ100、及
び、トランスジューサアセンブリ200のウォームアップ
期間の間のセンサの温度を時間の関数としてそれぞれ示
している。上述のように、従来技術のトランスジューサ
アセンブリ100は、センサ110が初期温度から所望の作動
温度T_dまで温度上昇するに必要な時間にわたって、熱シ
ェル116を所望の作動温度T_dまで加熱することによっ
て、ウォームアップされる。曲線Ｆで示すように、ヒー
タ118が最所の時間t₀において最初に作動されると、セ
ンサ110の温度は、時間t₃において所望の作動温度T_dに
到達するまで、徐々に上昇する。従って、従来技術のト
ランスジューサアセンブリ100のウォームアップ時間
は、t₀とt₃との間の時間間隔である。トランスジューサ
アセンブリ200においては、コントローラ220dが、時間t
₀とt₁との間に補助ヒータ260を作動させて、一定の熱量
をセンサ210に与える。曲線Ｇで示すように、トランス
ジューサアセンブリ200においては、センサ210の温度
は、補助ヒータ260によって追加の熱が与えられるの
で、t₀とt₁との間の時間間隔の間に、急速に所望の作動
温度に到達する。補助ヒータ260に与えられる電力は、
無調整の電源によって供給することができ、また、家庭
用の電源から直接供給することもできる。時間t₁におい
て、コントローラ220dは、補助ヒータ260を不作動に
し、その後、コントローラ220bが、ヒータ218を単独で
用いて、センサ210のウォームアップを完了させる。こ
れにより、時間t₁とt₂との間に、センサ210の温度は、
所望の作動温度に収束する。従って、トランスジューサ
アセンブリ200のウォームアップ時間は、t₀とt₂との間
の時間間隔であり、従来技術のトランスジューサアセン
ブリ100のウォームアップ時間よりもかなり短い。

制御装置220が補助ヒータ260を一定時間にわたって作
動させ、次に、補助ヒータを不作動にする上記作動モー
ドは、その簡便性のために好ましいモードである。しか
しながら、他の好ましいモードにおいては、コントロー
ラ220dが、サーミスタ262によって与えられる温度測定
値に応答して、センサ210の温度が選択された温度に到
達するまで、補助ヒータ260を制御する。上記選択され
た温度は、センサ210の所望の作動温度よりも低くする
ことができ、あるいは、そのような所望の作動温度と同
じにすることさえできる。従って、コントローラ220d
は、ウォームアップ期間の一部の間に、補助ヒータ260
を作動させることができ、あるいは、ウォームアップ期
間全体にわたって、又は、ウォームアップ期間の後にで
さえ、補助ヒータ260を作動させることができる。

トランスジューサアセンブリ200のウォームアップ時
間は、センサ210の温度が所望の作動温度T_d付近の（又
は、等しい）温度まで急速に上昇する第１の時間部分
と、センサ210がT_dにおいて熱平衡に到達する間の第１
の時間部分とを含むものと考えることができる。補助ヒ
ータ260は、センサ210を選択された温度まで急速に加熱
することにより、ウォームアップ時間の上記第１の部分
を短縮し、また、２つのサーミスタ262、264を用いて、
センサ210の温度がT_dに収束する時の熱シェル216からセ
ンサ210への熱伝達を加速することによって、ウォーム
アップ時間の上記第２の部分を短縮する。トランスジュ
ーサアセンブリ200は、補助ヒータ260だけを用いて（そ
して、サーミスタ264を用いずに）構成することがで
き、あるいは、サーミスタ262、264だけを用いて（そし
て、補助ヒータ260を用いずに）構成することができ、
それでも、ウォームアップ時間は短縮される。しかしな
がら、トランスジューサアセンブリ200の好ましい実施
例は、補助ヒータ260及びサーミスタ264を共に備える。
補助ヒータ260、及びサーミスタ262、264に加えて、ト
ランスジューサアセンブリ200の好ましい実施例は、更
に、チューブ−クランプ230、及び、チューブヒータ232
（図2Aに示す）、並びに、センサ210とは別個に制御装
置220の温度を制御するために一体に設けられたトラン
スジューサアセンブリ200及び装置（例えば、図３及び
図４に示す通気手段を有する実施例、及び、ヒータ244
の温度を別個に制御するための図5Aに示すコントローラ
220c）を備える。

本発明の範囲から逸脱することなく、上述の装置に変
更を加えることができるので、上の記載に含まれる又は
添付図面に示される総ての事項は、例示的なものであっ
て、限定的な意味で理解してはならない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デモン，アーチボールド・ジェイ アメリカ合衆国マサチューセッツ州 01886，ウエストフォード，パッテン・ ロード ７ (72)発明者 トーマス，フランク・ダブリュー アメリカ合衆国マサチューセッツ州 01462，ルーネンバーグ，ピー・オー・ ボックス 115，アパートメント 1626 (72)発明者 ブランケンシップ，スティーヴン・ディ ー アメリカ合衆国マサチューセッツ州 02176，メルローズ，クリフフォード・ ストリート 23 (56)参考文献 特開 昭52−150087（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−161839（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−124866（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−264431（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−124527（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−11332（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−57640（ＪＰ，Ｕ) 英国特許出願公開1601775（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 19/04 G01L 7/00 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (42)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧力トランスジューサアセンブリであっ
   て、 （Ａ） 内部空所を形成する囲壁と、 （Ｂ） 前記内部空所のある部分に設けられていて、ガ
   ス又は蒸気を受け取るための入口ポートを有しており、
   該入口ポートにおける前記ガス又は蒸気の圧力を前記入
   口ポートにおける前記ガス又は蒸気の圧力に従って変化
   するパラメータ値の関数として感知する圧力センサと、 （Ｃ） 前記内部空所の別の部分に設けられていて、前
   記パラメータ値を感知すると共に、該パラメータ値の感
   知に応答して、前記入口ポートにおける圧力を表す出力
   信号を発生する制御手段と、 （Ｄ） 前記センサの温度を予め選択された第１の温度
   に制御する第１の温度制御手段と、 （Ｅ） 前記制御手段の温度を前記第１の温度とは異な
   る予め選択された第２の温度に制御する第２の温度制御
   手段とを備えることを特徴とする圧力トランスジューサ
   アセンブリ。
2. 【請求項２】請求項１の圧力トランスジューサアセンブ
   リにおいて、更に、前記外側囲壁の中に設けられている
   第１の熱シェルを備えており、前記センサは、前記第１
   の熱シェルの中に設けられていることを特徴とする圧力
   トランスジューサアセンブリ。
3. 【請求項３】請求項２の圧力トランスジューサアセンブ
   リにおいて、前記第１の温度制御手段は、前記第１の熱
   シェルの付近に設けられたヒータを備えることを特徴と
   する圧力トランスジューサアセンブリ。
4. 【請求項４】請求項３の圧力トランスジューサアセンブ
   リにおいて、更に、前記外側囲壁の中に設けられた第２
   の熱シェルを備えており、前記制御手段の少なくとも一
   部が、前記第２の熱シェルの中に設けられていることを
   特徴とする圧力トランスジューサアセンブリ。
5. 【請求項５】請求項４の圧力トランスジューサアセンブ
   リにおいて、前記第２の温度制御手段は、前記第２の熱
   シェルの付近に設けられたヒータを備えることを特徴と
   する圧力トランスジューサアセンブリ。
6. 【請求項６】請求項１の圧力トランスジューサアセンブ
   リにおいて、前記外側囲壁は、前記制御手段の付近に少
   なくとも１つの開口を有していることを特徴とする圧力
   トランスジューサアセンブリ。
7. 【請求項７】請求項１の圧力トランスジューサアセンブ
   リにおいて、更に、前記外側囲壁の中で前記制御手段と
   前記センサとの間に設けられた熱分流器を備えているこ
   とを特徴とする圧力トランスジューサアセンブリ。
8. 【請求項８】請求項１の圧力トランスジューサアセンブ
   リにおいて、前記外側囲壁は、第１の隔室と、第２の隔
   室とを備えており、前記センサは、前記第１の隔室の中
   に設けられており、また、前記制御手段は、前記第２の
   隔室の中に設けられており、当該圧力トランスジューサ
   アセンブリは、更に、前記第１及び第２の隔室を熱絶縁
   する手段を備えていることを特徴とする圧力トランスジ
   ューサアセンブリ。
9. 【請求項９】請求項８の圧力トランスジューサアセンブ
   リにおいて、前記第１及び第２の隔室を熱絶縁する手段
   は、前記第１及び第２の隔室の間に設けられた熱分流器
   を含むことを特徴とする圧力トランスジューサアセンブ
   リ。
10. 【請求項１０】請求項８の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、更に、前記第１の隔室を前記第２の隔室
    に固定するスタンドオフ手段を備えていることを特徴と
    する圧力トランスジューサアセンブリ。
11. 【請求項１１】請求項10の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記スタンドオフ手段は、熱絶縁材料を
    含むことを特徴とする圧力トランスジューサアセンブ
    リ。
12. 【請求項１２】請求項１の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記制御手段は、前記第１及び第２の温
    度制御手段を制御することを特徴とする圧力トランスジ
    ューサアセンブリ。
13. 【請求項１３】圧力トランスジューサアセンブリであっ
    て、 （Ａ） 内部空所を形成する囲壁と、 （Ｂ） 前記内部空所のある部分に設けられていて、ガ
    ス又は蒸気を受け取るための入口ポートを有しており、
    該入口ポートにおける前記ガス又は蒸気の圧力を前記入
    口ポートにおける前記ガス又は蒸気の圧力に従って変化
    するパラメータ値の関数として感知する圧力センサと、 （Ｃ） 前記内部空所の他の部分に設けられている制御
    装置とを備えており、該制御装置は、信号調整手段を備
    えており、該信号調整手段は、前記パラメータ値を感知
    すると共に、該パラメータ値の感知に応答して、前記入
    口ポートにおける圧力を表す出力信号を発生し、前記制
    御装置は、また、前記センサの温度を予め選択された第
    １の温度に制御する第１の制御手段と、前記制御装置の
    温度を前記予め選択された第１の温度とは異なる予め選
    択された第２の温度に制御する第２の制御手段とを備え
    ていることを特徴とする圧力トランスジューサアセンブ
    リ。
14. 【請求項１４】圧力トランスジューサアセンブリであっ
    て、 （Ａ） 開口を有していて、内部空所を形成する囲壁
    と、 （Ｂ） 前記内部空所の中に設けられていて、ガス又は
    蒸気を受け取るための入口ポートを有しており、前記入
    口ポートにおける前記ガス又は蒸気の圧力を前記入口ポ
    ートにおける前記ガス又は蒸気の圧力に従って変化する
    パラメータ値の関数として感知する圧力センサと、 （Ｃ） 前記センサの前記入口ポートまでの前記蒸気又
    はガスの導管を形成し、前記開口を通って伸長すると共
    に、前記センサの前記入口ポートに接続される第１の端
    部と、前記囲壁の外側に位置する第２の端部とを有して
    いるチューブと、 （Ｄ） 前記センサの温度を制御する第１の温度制御手
    段と、 （Ｅ） 前記チューブの温度を制御すると共に、前記第
    １の端部と前記開口との間で伸長している前記チューブ
    の少なくとも一部に隣接して又は該一部に熱接触して設
    けられていて前記チューブと熱交換を行う手段を含んで
    いる第２の温度制御手段と、 （Ｆ） 前記内部空所の中に設けられていて、前記第１
    及び第２の温度制御手段を制御するコントローラ手段と
    を備えることを特徴とする圧力トランスジューサアセン
    ブリ。
15. 【請求項１５】請求項14の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記熱交換を行う手段は、前記チューブ
    の前記部分に取り付けられたチューブ−クランプを含む
    ことを特徴とする圧力トランスジューサアセンブリ。
16. 【請求項１６】請求項15の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記第２の温度制御手段は、更に、前記
    チューブ−クランプ付近に設けられていて該チューブ−
    クランプを加熱するチューブヒータを備えていることを
    特徴とする圧力トランスジューサアセンブリ。
17. 【請求項１７】請求項15の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記チューブ−クランプは、熱伝導性の
    材料を含むことを特徴とする圧力トランスジューサアセ
    ンブリ。
18. 【請求項１８】請求項15の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記外側囲壁は、プレートを備えてお
    り、該プレートは、前記開口を形成していることを特徴
    とする圧力トランスジューサアセンブリ。
19. 【請求項１９】請求項18の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、更に、前記チューブ−クランプを前記プ
    レートから隔置された関係で固定する手段を備えている
    ことを特徴とする圧力トランスジューサアセンブリ。
20. 【請求項２０】請求項19の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記固定手段は、熱絶縁材料を含んでい
    て、前記プレートを前記チューブ−クランプから熱絶縁
    していることを特徴とする圧力トランスジューサアセン
    ブリ。
21. 【請求項２１】請求項19の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記固定手段は、前記チューブ−クラン
    プと前記プレートとの間にギャップが生ずるように、前
    記チューブ−クランプを前記プレートに対して取り付け
    ることを特徴とする圧力トランスジューサアセンブリ。
22. 【請求項２２】請求項19の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記チューブ−クランプは、前記チュー
    ブと前記プレートとの間で前記開口を通って伸長するカ
    ラーを含むことを特徴とする圧力トランスジューサアセ
    ンブリ。
23. 【請求項２３】請求項22の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記開口は、前記カラーよりも大きく、
    これにより、前記固定手段が前記チューブ−クランプを
    前記プレートに対して取り付けた時に、前記プレートと
    前記カラーとの間にギャップが生ずることを特徴とする
    圧力トランスジューサアセンブリ。
24. 【請求項２４】請求項18の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記プレートは、前記開口の周囲で該開
    口に隣接して設けられる熱抵抗の高い領域を含んでいる
    ことを特徴とする圧力トランスジューサアセンブリ。
25. 【請求項２５】請求項24の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記領域は、前記プレートの他の部分よ
    りも薄くなっていることを特徴とする圧力トランスジュ
    ーサアセンブリ。
26. 【請求項２６】請求項15の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記チューブ−クランプは、中央開口を
    含んでおり、前記チューブは、前記チューブ−クランプ
    の前記中央開口を貫通していることを特徴とする圧力ト
    ランスジューサアセンブリ。
27. 【請求項２７】請求項26の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記チューブ−クランプは、前記中央開
    口を開位置と閉位置との間で拡張及び収縮させる手段を
    備えており、前記チューブは、前記中央開口が前記開位
    置にある時に、前記チューブ−クランプを通って摺動す
    ることができ、前記チューブ−クランプは、前記中央開
    口が前記閉位置にある時に、前記チューブを挟み付ける
    ことを特徴とする圧力トランスジューサアセンブリ。
28. 【請求項２８】圧力トランスジューサアセンブリであっ
    て、 （Ａ） 開口を有していて、内部空所を形成する囲壁
    と、 （Ｂ） 前記内部空所の中に設けられていて、ガス又は
    蒸気を受け取るための入口ポートを有しており、前記入
    口ポートにおける前記ガス又は蒸気の圧力を前記入口ポ
    ートにおける前記ガス又は蒸気の圧力に従って変化する
    パラメータ値の関数として感知する圧力センサと、 （Ｃ） 前記センサの前記入口ポートまでの前記蒸気又
    はガスの導管を形成し、前記開口を通って伸長すると共
    に、前記センサの前記入口ポートに接続される第１の端
    部と、前記囲壁の外側に位置する第２の端部とを有して
    いるチューブとを備えており、該チューブは、前記開口
    よりも小さく、これにより、前記チューブと前記開口と
    の間にはギャップが生じ、前記チューブは、前記囲壁に
    接触しないように構成されていることを特徴とする圧力
    トランスジューサアセンブリ。
29. 【請求項２９】請求項28の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、更に、前記チューブの周囲に設けられる
    絶縁材を備えており、該絶縁材は、前記開口を通って伸
    長することを特徴とする圧力トランスジューサアセンブ
    リ。
30. 【請求項３０】圧力トランスジューサアセンブリであっ
    て、 （Ａ） 内部空所を形成する外側囲壁と、 （Ｂ） 前記内部空所に設けられていて、センサ空所を
    形成する熱シェルと、 （Ｃ） 前記センサ空所の中に設けられていると共に、
    ガス又は蒸気を受け取るための入口ポートを有してい
    て、該入口ポートにおける前記ガス又は蒸気の圧力を前
    記入口ポートにおける前記ガス又は蒸気の圧力に従って
    変化するパラメータ値の関数として感知する圧力センサ
    と、 （Ｄ） 加圧されたガス又は蒸気を前記入口ポートに接
    続する手段と、 （Ｅ） 前記熱シェルの付近に設けられていて前記熱シ
    ェルと熱効果を行う手段を含んでおり、前記熱シェルの
    温度を制御する温度制御手段と、 （Ｆ） 前記センサに隣接して前記センサ空所の中に設
    けられていて、前記センサを加熱する補助ヒータ手段と
    を備えていることを特徴とする圧力トランスジューサア
    センブリ。
31. 【請求項３１】請求項30の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、更に、前記温度制御手段、及び、前記補
    助ヒータ手段を制御するコントローラ手段を備えている
    ことを特徴とする圧力トランスジューサアセンブリ。
32. 【請求項３２】請求項31の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記コントローラ手段は、当該トランス
    ジューサの最初の励起状態を感知する手段を備えること
    を特徴とする圧力トランスジューサアセンブリ。
33. 【請求項３３】請求項32の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記コントローラ手段は、当該圧力トラ
    ンスジューサアセンブリの最初の励起状態の後の第１の
    時間間隔にわたって、前記補助ヒータ手段を作動させる
    ことを特徴とする圧力トランスジューサアセンブリ。
34. 【請求項３４】請求項33の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記コントローラ手段は、前記温度制御
    手段を制御して、前記第１の時間間隔の後に、前記セン
    サを所望の作動温度における熱平衡状態にすることを特
    徴とする圧力トランスジューサアセンブリ。
35. 【請求項３５】請求項32の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、更に、前記センサの温度を感知する温度
    感知手段を備えることを特徴とする圧力トランスジュー
    サアセンブリ。
36. 【請求項３６】請求項35の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記制御手段は、前記温度感知手段に応
    答して、当該圧力トランスジューサアセンブリの最初の
    励起状態の後に、前記センサの温度が予め選択された第
    １の温度に到達するまで、前記補助ヒータ手段を作動さ
    せる手段を備えることを特徴とする圧力トランスジュー
    サアセンブリ。
37. 【請求項３７】圧力トランスジューサアセンブリであっ
    て、 （Ａ） 内部空所を形成する囲壁と、 （Ｂ） 前記内部空所の中に設けられていて、センサ空
    所を形成する熱シェルと、 （Ｃ） 前記内部空所の中に設けられていると共に、ガ
    ス又は蒸気を受け取るための入口ポートを有しており、
    該入口ポートにおける前記ガス又は蒸気の圧力を前記入
    口ポートにおける前記ガス又は蒸気の圧力に従って変化
    するパラメータ値の関数として感知する圧力センサと、 （Ｄ） 前記ガス又は蒸気の供給源を前記入口ポートに
    接続する手段と、 （Ｅ） 前記熱シェルの温度を測定する第１の温度感知
    手段と、 （Ｆ） 前記センサの温度を測定する第２の温度感知手
    段と、 （Ｇ） 前記第１及び第２の温度感知手段に応答して、
    前記熱シェルの温度を該熱シェルの温度及び前記センサ
    の温度の関数として制御するコントローラ手段とを備え
    ることを特徴とする圧力トランスジューサアセンブリ。
38. 【請求項３８】請求項37の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記第１の温度感知手段は、第１のサー
    ミスタを含んでおり、前記第２の温度感知手段は、第２
    のサーミスタを含んでいることを特徴とする圧力トラン
    スジューサアセンブリ。
39. 【請求項３９】請求項38の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記第１及び第２のサーミスタは、前記
    コントローラ手段と参照電位との間で互いに直列に接続
    されていることを特徴とする圧力トランスジューサアセ
    ンブリ。
40. 【請求項４０】請求項39の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記第１のサーミスタは、第１の温度係
    数の特徴を有しており、また、前記第２のサーミスタ
    は、第２の温度係数の特徴を有しており、前記第２の温
    度係数は、前記第１の温度係数よりも大きいことを特徴
    とする圧力トランスジューサアセンブリ。
41. 【請求項４１】請求項37の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記コントローラ手段は、前記熱シェル
    に隣接して設けられるヒータを備えており、更に、該ヒ
    ータを前記熱シェルの温度及び前記センサの温度の関数
    として制御する手段を備えていることを特徴とする圧力
    トランスジューサアセンブリ。
42. 【請求項４２】請求項37の圧力トランスジューサアセン
    ブリにおいて、前記第１及び第２の温度感知手段は、サ
    ーミスタ、抵抗温度デバイス、及び、熱電対から成る群
    から選択されることを特徴とする圧力トランスジューサ
    アセンブリ。