JPH01313728A - 水晶式真空計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、感温水晶振動子を用い、常圧（１０”Ｔｏｒ
ｒ）から低圧（約ｌＸｌ０−’Ｔ。

ｒｒ）までの気体圧力を連続的に測定する水晶式真空計
に関するものである。

［発明の概要］ 本発明は、上記した広い範囲の気体圧力を計測するため
に、感温水晶振動子をセンサとして用い、中、低圧領域
の測定は熱伝導の圧力依存性を利用し、中ないし常圧領
域の測定は粘性抵抗の圧力依存性を利用するもので、１
個の感温水晶振動子で１０−’Ｔｏｒｒから大気圧まで
の圧力の計測ができる水晶式真空計を提供するものであ
る。

〔従来の技術１ 中低圧領域（１０−’〜１０−’ｔｏｒｒ）の気体圧力
の測定には、一般に、ビラニ真空計で代表される熱伝導
型真空計が使われるが、圧力が１Ｏ−ＩＴｏｒｒを越え
ると感度かにぶり、ＩＴｏｒｒ以上では使用することが
できない。

一方、近年、水晶振動子の共振抵抗の気体圧力依存性を
利用した水晶真空計（水晶式粘性真空計と称する）が開
発されたが、前記水晶式粘性真空計は１０−”Ｔｏｒｒ
から大気圧迄の測定が可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

即ち、前記熱伝導型真空計は低圧領域では高感度だが、
中〜常圧が測れず、前記水晶式粘性真空計は、常圧から
ｌＸｌ０−”Ｔｏｒｒ＜らいまで測れるが、それよりも
低圧領域では使えない、−方、半導体製造業等では常圧
からｌＸｌ０−’Ｔ。

ｒｒまで連続して気体圧力を測定したいという要求は強
く、前記熱伝導型真空計も前記水晶式粘性真空計もこの
要求を満たすことはできない。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は、感温水晶振動子を圧力検出手段に用い、低圧
領域においては、前記感温水晶振動子を熱伝導型圧力セ
ンサとして利用し、中から常圧領域においては前記感温
振動子を粘性圧力センサとして利用することにより、−
個の感温水晶振動子によって約１０−’Ｔｏｒｒから大
気圧までの圧力を連続的に測定する手段を提供するもの
である。

［作用１ 負の温度係数を有する感温水晶振動子の近傍に熱源（例
えばフィラメント）を設置すると１周囲気体の圧力が低
下すると気体分子によって前記熱源から伝導する熱量が
減少し、前記感温水晶振動子の温度が低下し、その周波
数が増加するので（主として低圧領域での）圧力変化は
原理的には周波数の変化として検出されるが１本発明で
は、前記感温水晶振動子の周波数が一定に保たれるよう
熱源の供給電力に負帰還をかけることにより、熱源の供
給電圧の変化として検出される。一方、前記感温水晶振
動子の共振電流は前記周波数と独立に測定され、直流電
圧（これを共振電圧とする）に変換される。前記熱源供
給電圧と前記共振電圧の両方を測定すれば、全圧力類−
域（約１Ｏ−４Ｔｏｒｒから大気圧）の圧力測定が可能
になる。

［実施例］ 次に実施例によって、本発明を説明する。第１図は本発
明の実施例を示すブロック線図である。

１は、第２図に示すような周波数温度特性を有する感温
水晶振動子で発振器２により発振する。３は基準水晶振
動子で、前記感温水晶振動子の周波数を一定にするため
の基準となり発振器４により発振する。５は、位相比較
器で、前記発振器２と前記発振器４の出力信号の位相差
に比例したデジタル信号を出力し、前記デジタル出力信
号は低域濾波器６により直流電圧に変換され、電力増幅
器７で前記直流電圧は増幅され、前記感温水晶振動子１
の近傍に設置された熱源８（例えばフィラメント）に供
給される。この結果、前記感温水晶振動子１の周波数は
前記基準水晶振動子３の周波数と常に一致する。前記発
振器２の出力信号の一部は、整流器９により直流電圧（
Ｖｒ）に変換され、前記熱源の供給電圧（Ｖｆ）と共に
、加算器１０に加えられ、前記加算器の出力電圧（Ｖｍ
）はメータ１１を駆動し、前記メータの指針から圧力値
が知れる。

第３図は１本発明の実施例の動作を説明する図である。

第３図（ａ）は前記熱源の供給電圧Ｖｆを一定にした時
の前記感温水晶振動子１の周波数と圧力の関係を示す、
気体圧力が増加すると前記熱源８から伝導される熱量が
増加し、前記感温水晶振動子１の周波数が低下するが、
ＩＴｏｒｒを越すと感度がなくなる。第３図（ｂ）は、
前記発振器２と前記発振器４の周波数が等しくなるよう
に負帰還が作用している時の、前記電力増幅器７の出力
電圧、即ち前記熱源８の供給電圧Ｖｆと圧力の関係を示
している。圧力が増加すると、前記感温水晶振動子１の
周波数が低下しようとするが、前記基準水晶振動子３の
周波数との差（正方向）が大きくなり、前記位相比較器
５の出力デジタル信号は粗となり、前記低域濾波器６の
出力信号（直流）は低下し、従ってＶｆは低下し、前記
熱源８から伝導する熱量は減少し、結果的に、前記感温
水晶振動子１の周波数は一定に保たれる。

従ってＶｆと△ｆ、／ｆ、の圧力との関係は同じ傾向を
示す、第３図（ｃ）は、前記感温水晶振動子ｌの共振電
流を電圧に換算した共振電圧Ｖｒと圧力の関係を示し、
水晶式粘性真空計では良く知られている。第３図（ｄ）
は、前記加算器１０の出力信号Ｖｍと圧力の関係を示し
ている。このＶｍがメータ１１を駆動する。ここで、 Ｖ　ｍ　＝　Ｖ　ｆ　＋　Ｖ　ｒ である、上式において、ｔｏ−’Ｔｏｒｒよりも低い圧
力領域ではＶｆが主であり、１０−’Ｔｏｒｒよりも高
い圧力領域ではＶｒが主となり、両者で約１０−’Ｔｏ
ｒｒから大気圧までの全圧力範囲にわたり有効な測定感
度を有している。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、感温水晶振
動子の感温特性の圧力依存性を中圧から低圧領域の圧力
測定に、前記感温水晶振動子の共振電流の圧力依存性を
中圧から常圧領域の圧力測定に利用するので、１個のセ
ンサで、非常に広範囲＜１０−’Ｔｏｒｒから大気圧ま
で）の圧力の連続測定が可能になり、実用的な効果は極
めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック線図、第２図は
感温水晶振動子の周波数温度特性を示す特性図、第３図
（ａ）ないしくｄ）は、本発明の実施例の各部の動作を
説明する特性図である。 １・・・・感温水晶振動子 ２．４・・発振器 ３・・・・基準水晶発振器 ５・・・・位相比較器 ６・・・・低域濾波器 ７・・・・電力増幅器 ８・・・・熱源 ９・・・・□整流器 １０・・・・加算器 １１・　・・　・メータ 以上 出願人　セイコー電子部品株式会社 代理人　弁理士　　林　　　敬　之　助筋　１　図 濤；′＃、ｒ月１：イ遇ミる→こ６巾艮重か”Ｉｎ闇ン
反釦Ｑｑ−ト）主４？］第　　２　　図 弔　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 感温水晶振動子と前記感温水晶振動子を加熱する手段、
   前記感温水晶振動子の周波数変化を電圧値に変換する手
   段、前記感温水晶振動子の共振電流を電圧に変換する手
   段、とを有し、前記周波数変化に相当する電圧と前記共
   振電流に相当する電圧とを読取ることによって周囲気体
   の圧力値を表示することを特徴とする水晶式真空計。