JPH03255926A - ピラニ真空計 - 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） この発明は気体の熱伝導を利用したピラニ真空計に関す
るものである。

（従来の技術） 従来のピラニ真空計は第４図に示されるようなホイート
ストンブリッジ回路が用いられている。

同図において、抵抗Ｒ１（１）と、感圧素子のフィラメ
ントＲ１（２）と、抵抗Ｒ３（３）と、抵抗Ｒ４（４）
とはリード線（５）を介してこれらの順序で環状に接続
されている。演算増幅器（６）の一方の入力端子（６ａ
）は抵抗Ｒ１（１）とフィラメントＲ１（２）との間に
接続され、また、その他方の入力端子（６ｂ）は抵抗Ｒ
１（３）と抵抗Ｒ４（４）との間に接続され、更に、そ
の出力端子（６ｃ）は抵抗Ｒ＋（１）と抵抗Ｒ１（４）
との間に接続され、更にそのうえ、フィラメントＲ２（
２）と抵抗Ｒ１（３）との間がアース接地されている。

なお、フィラメントＲＺ（２）は外囲器（７）によって
囲まれている。

このようなピラニ真空計において、フィラメン１−Ｒ２
（２）よりうばわれる熱量Ｑは一般に次式で示される。

Ｑ＝ＫＲ（Ｔ、　　−Ｔ、’） 十Ｋｃ　　（Ｔ＋−Ｔ、）Ｐ＋　（リート線の損失）・
　・　・　・　・　（Ｉ） ここで、 ＫＲ：フィラメントＲ１（２）の輻射係数ＫＣ：フィラ
メントＲ２（２）の熱転導度Ｔ、：フィラメントＲ２（
２）の温度 Ｔ、：外囲器（７）の温度 Ｐ　：圧力 そこで、外囲器（７）の温度がＴ、からＴ、＋ΔＴ１に
変化したとき、フィラメントＲ１（２）よりうばわれる
熱量Ｑ°は、リード線の損失を無視すると、次式で示さ
れる。

Ｑ’　＝ＫＲ（Ｔｌ　’　−（Ｔ、＋ΔＴ、　）　’　
１＋Ｋｃ　　（ＴＩ　　　（Ｔ、十ΔＴ、）ＩＰ＃に、
ｌ（Ｔ、’−Ｔ、”） 十Ｋ　ｃ　　（Ｔ　ｔ　　Ｔ　ｍ　）　Ｐ−４ＫＲ−Ｔ
、　　・ΔＴ。

−に、−Ｐ−ΔＴ、−−−−（ＩＩ） この（ＩＩ）式は外囲器（７）の温度がΔＴ、増加した
ときに、フィラメントＲ２（２）よりうばわれる熱量が
（４ＫＲ−Ｔ、　　・ΔＴ、＋Ｋｃ　−ｐ・ΔＴ、）だ
け減少することを示している。

また、ピラニ真空計のホイートストンブリッジ回路にお
ける平衡条件はＲ、／Ｒ、・Ｒ、／Ｒｓと表されるから
、外囲器（７）の温度がＴ、からＴ５→−ΔＴ、に変化
したとき、Ｒ３もＲ８十ΔＲ３に変化したとすると、ホ
イートストンブリッジ回路における平衡条件Ｒ＋／Ｒ＜
・（Ｒ２＋ΔＲ２）／　（Ｒ。

＋ΔＲ３）を満足するように、フィラメントＲ７（２）
の抵抗値をＲ２からＲ７＋ΔＲ２に変化させる。即ち、
フィラメントＲ２（２）の温度がＴ、からＴ、＋ΔＴ、
になるようにする。このとき、フィラメントＲ２（２）
よりうばわれる熱量Ｑ′は次式で示される。

Ｑ”　　＝ＫＲ（（Ｔ、　　＋ΔＴ、）’　　−（Ｔ、
　＋６丁。

）’ｌ＋Ｋｃ（（ＴＩ＋ΔＴ、）−（Ｔ。

＋ΔＴ、）ＩＰ ＝に＊　（ＴＩ　’−Ｔ、”　）＋Ｋｃ　　（ＴＩ　−
Ｔ。

）Ｐ＋ＫＲ（４Ｔ、　　　・ΔＴ、−４Ｔ。

・ΔＴ、）　十Ｋ。（ΔＴ、−ΔＴ、）Ｐ・　・　・　
・　（ＩＩＩ） この（Ｉ［［）式は外囲器（７）の温度がΔＴ、だけ増
加したときに、　（ＫＲ（４Ｔｌ　　・ΔＴ。

４Ｔ、　　　・ΔＴ１））の熱量が増加することを示し
ている。

そこで、抵抗Ｒ３（３）の抵抗温度係数を適当に選んで
やれば、ΔＴ、とΔＴ、とをほぼ一致させることが可能
になる。そうすると、熱輻射によってうばわれる熱量よ
りも気体の熱伝導によってうばわれる熱量の方が大きい
高圧側（大気圧側）では温度補償されるが、熱輻射によ
ってうばわれる熱量が大きい低圧側（中真空側）では外
囲器（７）の温度の増加に伴って熱量の増加をまねく。

（発明が解決しようとする課題） 従来のピラニ真空計は、上記のように外囲器（７）の温
度の変化より、フィラメントＲ２（２）よりうばわれる
熱量が変化するため、ピラニ真空計の圧力指示値が変化
する問題が起きた。第２図は横軸に圧力、縦軸に外囲器
温度変化１℃あたりの演算増幅器の出力電圧の変化量（
ΔＶ／Ｖ）ΔＴｌをとり、従来のピラニ真空計において
、抵抗Ｒｓ　（３）を温度補償抵抗にしなかったときの
状態を符号ｆａｔの曲線で示し、抵抗Ｒ１（３）を温度
補償抵抗にしたときの状態を符号（ｂｌの曲線で示して
いる。これらの曲線は、圧力が低下すると、外囲器温度
変化１℃あたりの演算増幅器の出力電圧の変化量（ΔＶ
／Ｖ）Δ丁、が大きくなることを示している。

この発明の目的は、従来の問題を解決して、外囲器の温
度が変化しても、圧力指示値が変化せず、１Ｏ−２Ｐａ
までの圧力を安定して測定できるピラニ真空計を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明は、抵抗Ｒ１（１
）と、外囲器（７）に囲まれた感圧素子のフィラメント
Ｒ１（２）と、抵抗Ｒ１（３）と、抵抗Ｒ１（４）と、
演算増幅器（６）とをもったホイートストンブリッジ回
路を備えたピラニ真空計において、上記ホイートストン
ブリッジ回路中のアース電位側に位置する上記抵抗Ｒ１
（３）を第１の温度補償抵抗にするともに、この第１の
温度補償抵抗のアース電位と反対側の端において上記演
算増幅器（６）の入力端子（６ｂ）と接続した結線をそ
の途中で分岐させてアースと定電圧電源に接続する複数
の抵抗のうちの少なくとも一つを第２の温度補償抵抗に
したことを特徴とするものである。

（実施例） 以下、この発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図はこの発明の実施例のピラニ真空計を示しており
、従来のものと同一符号のものは同一または相当部分に
つきその説明を省略するが、この発明の実施例では、ホ
イートストンブリッジ回路中のアース電位側に位置する
抵抗Ｒ３（３）は温度補償抵抗になっている。また、温
度補償抵抗である抵抗Ｒ１（３）のアース電位と反対側
の端と演算増幅器（６）の入力端子（６ｂ）とを接続す
るリード線（８）はその途中で分岐し、分岐したリード
線（８ａ）には抵抗Ｒ５（９）と、抵抗Ｒ１（１０）と
がこれらの順序で直列に接続され、そしてアース接地さ
れている。更に、リード線（８ａ）は抵抗Ｒ５（９）と
抵抗Ｒ３（１０）との間において分岐され、分岐された
リード線（８ｂ）には温度補償抵抗Ｒ７（１１）が接続
され、更に、その先に定電圧電源（図示せず）が接続さ
れている。

このような実施例において、演算増幅器（６）の一方の
入力端子（６ａ）に入る電圧をＶｌ、他方の入力端子（
６ｂ）に入る電圧をＶ、とすると、ホイートストンブリ
ッジ回路は常に平衡条件Ｖ＝ｖ２を満足する。

ここで、Ｖ　Ｉ、　Ｖ　ｚは次式で示される。

そして、外囲器（７）の温度がＴ、からＴ、＋Δ丁、に
変化したとき、抵抗Ｒ１（３）、補償抵抗Ｒ１（１１）
がそれぞれＲ１十ΔＲｓ　、Ｒ？＋ΔＲ７に変化したと
すると、■、は次の（ＶＩ）式で示されるＶ２°に変化
する。

■・°・（−？、・望ζ）未 ・　・　・　（ＶＩ） ここで、Ｋ＝Ｒ，・Ｒ５／（Ｒ１＋Ｒ５）である。

（ＶＩ）式の右辺第２項はＲ１に起因する項であり、第
３項は追加したＲ７に起因する項である。そして、第３
項の符号が負であるため、外囲器（７）の温度の増加に
対して、Ｖ２の増加をおさえるように作用する。その結
果、フィラメントＲ２（２）の温度の増加をおさえるよ
うになる。

ΔＲ３、ΔＲ７の値を適当に選ぶことによって、上記（
ＩＩＩ）式の（ＫＲ（４Ｔ＋　　　・ΔＴ、−４Ｔ、　
　・ＡＴ、））を零にすることも可能になる。

第２図は横軸に圧力、縦軸に外囲器温度変化１℃あたり
の演算増幅器の出力電圧の変化量（ΔＶ／Ｖ）ＡＴ、を
とり、この発明の実施例による特性を符号（Ｃ１の曲線
で示している。この符号（Ｃ１の曲線は圧力が低下して
も、外囲器温度変化１℃あたりの演算増幅１の出力電圧
の変化量（ΔＶ／Ｖ）ΔＴ、がほとんど変化しないこと
を示している。

ところで、温度補償補償抵抗Ｒ３（３）、Ｒ？（１１）
の設置場所は特に限定していないが、普通はプリント基
板上に実装されている。だか、温度補償補償抵抗Ｒ８（
３）、Ｒ７（１１）を外囲器（７）に取り付けてもよい
。第３図は温度補償補償抵抗Ｒ３（３）、Ｒ７（１１）
をを外囲器（７）に取り付けた場合の高真空下における
演算増幅器の出力電圧の特性を示している。温度補償補
償抵抗Ｒ７（１１）の接続位置については、この発明の
精神を逸脱しない限り、いかなるものであってもよい。

（発明の効果） この発明は、２つの補償抵抗Ｒ８（３）、Ｒ７（１１）
を使用しているので、次のような効果が奏される。

（イ）外囲器（７）の温度が変化しても、圧力指示値の
誤差が小さくなる。

（ロ）１０−２Ｐａまでの圧力を安定して測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例のピラニ真空計を示す説明図
、第２図はこの発明の実施例および従来のピラニ真空計
のの特性を示すグラフ、第３図はこの発明の実施例にお
いて２つの補償抵抗Ｒ１（３）、Ｒ１（１１）を外囲器
（７）に取り付けた場合の特性を示グラフである。第４
図は従来のピラニ真空計を示す説明図である。 図中、 （１）・・・・・・ （２）・・・・・・ （３）・・・・・・ （４）・・・・・・ （５）・・・・・・ （６）・・・・・・ （６ａ）・・・・・ （６ｂ）・・・・・ （６ｃ）・・・・・ （７）・・・・・・ （８）・・・・・・ （８ａ）・・・・・ （９）・・・・・・ ・抵抗Ｒ３ ・フィラメントＲ２ ・補償抵抗Ｒ８ ・抵抗Ｒ１ ・リート線 ・演算増幅器 ・演算増幅器の入力端子 ・演算増幅器の入力端子 ・演算増幅器の出力端子 ・外囲器 ・リート線 ・リード線 ・抵抗Ｒ５ （１０） （ｌ　１） ・抵抗Ｒ６ ・補償抵抗Ｒ７

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、抵抗Ｒ＿１（１）と、外囲器（７）に囲まれた感圧
   素子のフィラメントＲ＿２（２）と、抵抗Ｒ＿３（３）
   と、抵抗Ｒ＿４（４）と、演算増幅器（６）とをもった
   ホイートストンブリッジ回路を備えたピラニ真空計にお
   いて、上記ホイートストンブリッジ回路中のアース電位
   側に位置する上記抵抗Ｒ＿３（３）を第１の温度補償抵
   抗にするともに、この第１の温度補償抵抗のアース電位
   と反対側の端において上記演算増幅器（６）の入力端子
   （６ｂ）と接続した結線をその途中で分岐させてアース
   と定電圧電源に接続する複数の抵抗のうちの少なくとも
   一つを第２の温度補償抵抗にしたことを特徴とするピラ
   ニ真空計。