JP6253662B2 - 測定セル構成を用いて真空圧を測定するための方法および装置 - Google Patents
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Description
ダイヤフラム圧力測定セル20のキャパシタンスCxでの計測された圧力信号の、および/または温度信号Txの信号品質を、付加的なアルゴリズムを用いてこれらの信号を処理することによって、さらに向上させることができるのが有利である。これに関連して、特に信号雑音を扱うのが有利である。信号雑音を最小限にするため、たとえば、測定期間の間に何度かの単一の測定が行なわれ、当該何度かの単一の測定から導出される平均値が定められる。平均値はDSPによって算出される。平均を取ることに加えて、雑音の最小化のための他の方法も用いることができる。実際の圧力測定値は、好適な算出規則を用いて、この平均値に基づいてDSPによって算出される。当該算出規則は、測定されたキャパシタンス値Cxと対応の圧力値との間の関係を記述する。当該関係も、前述のように温度に依存する。可能な限り精密な圧力測定を達成するために、センサ温度も測定する必要があり、測定される圧力信号の補正を考慮する必要がある。
k=0.99を用いることにより、たとえば(0.001℃に等しい)10ppm未満に信号雑音を低減することができる一方で、応答時間は、測定時間1msについて1sすら下回ったままである。
以上で言及したパラメータは、生データ(較正の第1のステップ)を測定するために用いられる。すなわち、少なくとも3つの異なる温度T_actual(たとえば、15℃、30℃、および45℃)について、T_calculatedが定められる。
k1:最小二乗適合一次の結果
k0:最小二乗適合一次の結果
k1は、測定構成の利得または増幅誤差と同等である。
(1)を(2)に挿入すると、以下の結果となる。
Claims (26)
- 圧力トランスデューサとしてのダイヤフラム(2)を用いて真空を測定するための容量性ダイヤフラム圧力測定セル(20)を備える測定セル構成(100)を用いた真空圧測定のための方法であって、第1の筐体本体(1)は、参照真空空間(25)が間に形成されるように、ダイヤフラムに対して離間されるダイヤフラム(2)の一方側に配置され、接合手段(3′)によって端縁領域で封止し、ダイヤフラムに対して離間されるダイヤフラム(2)の他方側に、測定真空空間(26)が間に形成されるように別の筐体本体(4)が配置されて、接合手段(3)によって端縁領域で封止し、第2の筐体本体(4)は開口(27)を備え、開口に接続手段(5)が配置されて、測定すべき媒体との測定真空空間(26)の連通接続のために接合手段によって封止し、参照真空空間(25)の内部で、少なくともダイヤフラム(2)の表面の少なくとも一部と反対に位置する少なくとも第1の筐体本体(1)の表面の少なくとも一部とが、電気キャパシタンス(Cx)の形成のために、導電性のキャパシタ電極(7,7′)を形成し、測定セル構成(100)は、電子部品(12,14,Rref,Cref)を装備したプリント回路基板(10)を備え、前記電子部品の少なくとも1つは温度センサとして働き、プリント回路基板(10)はダイヤフラム圧力測定セル(20)のキャパシタ電極(7,7′)に電気的に接続され、
プリント回路基板(10)は、温度センサとして働く構成要素が熱転送域(13)を介して第1の筐体本体に熱的に接するようにダイヤフラム圧力測定セル(20)に対して位置決めされ、別の電子部品は、温度デジタルコンバータ(TDC)およびキャパシタンスデジタルコンバータ(CDC)とともにデジタル信号プロセッサ(DSP)を含有するマイクロチップ(12)として設計され、これは時間測定法を用いて動作し、前記温度デジタルコンバータ(TDC)および前記キャパシタンスデジタルコンバータ(CDC)は、プリント回路基板に配置されている温度についての参照抵抗器(Rref)およびダイヤフラム(2)の変形に依存して測定すべき圧力の尺度を形成するキャパシタンス(Cx)についての参照キャパシタ(Cref)と比較してダイヤフラム圧力測定セル(20)の温度(Tx)およびキャパシタンス(Cx)を計測し、温度補正された圧力信号は、較正プロセスから予め定められている2つの測定された信号から相関手段を用いて導出され、前記温度補正された圧力信号は、信号出力(16)において圧力信号p=f(Cx,Teff)として与えられてさらに処理され、T eff =f(T x )であることを特徴とする、方法。 - 較正を介して温度補正のためにおよび圧力信号のために定められた値は、マイクロチップ(12)内のメモリ(メモリ)中に表として記憶されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 較正を介して温度補正のためにおよび圧力信号のために定められた値は、マイクロチップ(12)内のメモリ(メモリ)中に数学関数Teff=f(Tx)およびPeff=f(Cx)として記憶されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 較正を介して温度補正のために定められた値はマイクロチップ(12)内のメモリ(メモリ)中に表として記憶され、圧力信号のために定められた値はマイクロチップ(12)内のメモリ(メモリ)中に数学関数Teff=f(Tx)およびPeff=f(Cx)として記憶されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 較正を介して圧力信号のために定められた値はマイクロチップ(12)内のメモリ(メモリ)中に表として記憶され、較正を介して温度補正のために定められた値はマイクロチップ(12)内のメモリ(メモリ)中に数学関数Teff=f(Tx)として記憶されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- キャパシタンスデジタルコンバータ(CDC)によって測定されるダイヤフラム圧力測定セル(20)の測定キャパシタンス(Cx)から、および温度デジタルコンバータ(TDC)によって測定される測定温度(Tx)から導出される圧力信号は、同じマイクロチップ(12)内のデジタル信号プロセッサ(DSP)によって相関手段に接続され、信号出力(16)で圧力信号として与えられることを特徴とする、請求項1から5の1項に記載の方法。
- 各々のダイヤフラム圧力測定セル(20)毎に、測定された温度値の補正および圧力信号の計測のための較正値が別個に定められ、マイクロチップ(12)のメモリ(メモリ)に記憶されることを特徴とする、請求項1から6の1項に記載の方法。
- 抵抗器素子が温度センサに用いられることを特徴とする、請求項1から7の1項に記載の方法。
- 熱転送域(13)を介してダイヤフラム圧力測定セル(20)に熱的に接するマイクロチップ自体を温度センサに用いることを特徴とする、請求項1から8の1項に記載の方法。
- プリント回路基板に空洞が設計され、その上に、参照キャパシタ(Cref)がその接続端においてのみプリント回路基板に接するように設置されることを特徴とする、請求項1から9の1項に記載の方法。
- マイクロチップ(12)内の測定期間は8ms未満であることを特徴とする、請求項1から10の1項に記載の方法。
- 前記マイクロチップ(12)内の測定期間は1ms未満であることを特徴とする、請求項11に記載の方法。
- 少なくとも第1の筐体本体(1)の少なくとも一部および/またはダイヤフラム(2)は誘電体材料から形成され、それらは対向面にキャパシタ電極(7,7′)を装備され、前記キャパシタ電極は導電層から形成されることを特徴とする、請求項1から12の1項に記載の方法。
- 誘電体材料は酸化アルミニウムセラミックとして形成されることを特徴とする、請求項1から13の1項に記載の方法。
- 前記第1の筐体本体(1)、前記ダイヤフラム(2)、および前記第2の筐体本体(4)は前記セラミックから形成されることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
- 前記第1の筐体本体(1)および前記第2の筐体本体(4)は板状に設計されることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
- 測定された圧力信号および/または温度信号は、測定された信号の品質を増すために、デジタル信号プロセッサ(DSP)を用いてマイクロチップ(12)内で少なくとも1つの他のアルゴリズムによって処理され、前記測定された圧力信号および/または温度信号は、信号出力(16)で与えられる圧力信号の品質を増すために圧力信号と相関されることを特徴とする、請求項1から16の1項に記載の方法。
- 前記アルゴリズムの少なくとも1つは信号フィルタアルゴリズムとして設計されることを特徴とする、請求項17に記載の方法。
- 測定セル構成(100)は、真空測定セルの較正のための参照測定構成として用いられることを特徴とする、請求項1から18の1項に記載の方法。
- 前記測定セル構成(100)は、静的膨張の方法を用いる真空測定セルの較正のための参照測定構成として用いられることを特徴とする、請求項1から19の1項に記載の方法。
- 2つの真空チャンバ(30,31)が測定セルの較正のための方法に用いられ、前記真空チャンバは、中間に接続されるアパーチャ(34)および弁(36)を有するライン(37)を介して互いに接続され、各々の真空チャンバ(30,31)毎に測定セル構成(20)自体が参照測定配置として用いられることを特徴とする、請求項17または18に記載の方法。
- 前記参照測定配置は、信号処理ユニット(200)と時間同期されて動作されることを特徴とする、請求項21に記載の方法。
- 測定セル構成(100)は、真空プロセスシステム中の気体圧の調節のための気体圧制御系において用いられることを特徴とする、請求項1から16の1項に記載の方法。
- 圧力トランスデューサとしてのダイヤフラム(2)を用いて真空を測定するための容量性ダイヤフラム圧力測定セル(20)を備える測定セル構成(100)であって、第1の筐体本体(1)は、参照真空空間(25)が間に形成されるように、ダイヤフラムに対して離間されるダイヤフラム(2)の一方側に配置され、接合手段(3′)によって端縁領域で封止し、ダイヤフラムに対して離間されるダイヤフラム(2)の他方側に、測定真空空間(26)が間に形成されるように別の筐体本体(4)が配置されて、接合手段(3)によって端縁領域で封止し、第2の筐体本体(4)は開口(27)を備え、開口に接続手段(5)が配置されて、測定すべき媒体との測定真空空間(26)の連通接続のために接合手段によって封止し、参照真空空間(25)の内部で、少なくともダイヤフラム(2)の表面の少なくとも一部と反対に位置する少なくとも第1の筐体本体(1)の表面の少なくとも一部とが、電気キャパシタンス(Cx)の形成のために、導電性のキャパシタ電極(7,7′)を形成し、測定セル構成(100)は、電子部品(12,14,Rref,Cref)を装備したプリント回路基板(10)を備え、前記電子部品の少なくとも1つは温度センサとして働き、プリント回路基板(10)はダイヤフラム圧力測定セル(20)のキャパシタ電極(7,7′)に電気的に接続され、
プリント回路基板(10)は、温度センサとして働く構成要素が熱転送域(13)を介して第1の筐体本体に熱的に接するようにダイヤフラム圧力測定セル(20)に対して位置決めされ、別の電子部品は、温度デジタルコンバータ(TDC)およびキャパシタンスデジタルコンバータ(CDC)とともにデジタル信号プロセッサ(DSP)を含有するマイクロチップ(12)として設計され、これは時間測定法を用いて動作し、前記温度デジタルコンバータ(TDC)および前記キャパシタンスデジタルコンバータ(CDC)は、プリント回路基板に配置されている温度についての参照抵抗器(Rref)およびダイヤフラム(2)の変形に依存して測定すべき圧力の尺度を形成するキャパシタンス(Cx)についての参照キャパシタ(Cref)と比較してダイヤフラム圧力測定セル(20)の温度(Tx)およびキャパシタンス(Cx)を計測し、温度補正された圧力信号は、較正プロセスから予め定められている2つの測定された信号から相関手段を用いて導出され、前記温度補正された圧力信号は、信号出力(16)で圧力信号p=f(Cx,Teff)として与えられてさらに処理され、T eff =f(T x )であることを特徴とする、測定セル構成(100)。 - キャパシタンスデジタルコンバータ(CDC)によって測定されるダイヤフラム圧力測定セル(20)の測定キャパシタンス(Cx)から、および温度デジタルコンバータ(TDC)によって測定される測定温度(Tx)から導出される圧力信号は、同じマイクロチップ(12)内のデジタル信号プロセッサ(DSP)によって相関手段に接続され、信号出力(16)で圧力信号として与えられることを特徴とする、請求項24に記載の測定セル構成(100)。
- 各々のダイヤフラム圧力測定セル(20)毎に、測定された温度値の補正および圧力信号の計測のための較正値が別個に定められ、マイクロチップ(12)のメモリ(メモリ)に記憶されることを特徴とする、請求項24または25に記載の測定セル構成(100)。
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