JPH0493735A - 音叉型水晶振動子を用いた圧力の測定方法 - Google Patents

音叉型水晶振動子を用いた圧力の測定方法

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JPH0493735A
JPH0493735A JP2212417A JP21241790A JPH0493735A JP H0493735 A JPH0493735 A JP H0493735A JP 2212417 A JP2212417 A JP 2212417A JP 21241790 A JP21241790 A JP 21241790A JP H0493735 A JPH0493735 A JP H0493735A
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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、音叉型水晶振動子を用いた圧力の7111
1定方法に関する。
(従来の技術) 従来、音叉型水晶振動子(以ド、中に「振動子」と言う
)を用いて圧力(主として直空圧力)を測定する方法が
知られている(例えば実開昭6438547号)。これ
は振動子の共振抵抗か、分子流領域では圧力に比例して
増加し、粘性流領域では圧力の172乗に比例して増加
するという、振動子の持つ優れた特性を利用したもので
、大気圧から10〜10’Torr台までの広い範囲の
圧力測定が可能なことから、有力な圧力測定手段として
認められている。
この振動子を用いた圧力の測定方法では、振動子を圧力
か測定されるべき気体空間内に配置し、発振回路を介し
て振動させ、その時の共振抵抗2と振動子の固有共振抵
抗Zo (高真空における値)の差ΔZ(=ZZo)か
ら、気体の圧力を測定するようにしている。
(発明が解決しようとする課題) 前記の如くの振動子を用いた圧力測定方法においては、
一般に測定中の振動子の温度は不定であるので、低い圧
力側で測定誤差か大きくなり、正確な圧力測定かできな
い問題点かあった。
前記固有共振抵抗Zoは、広い温度領域(−20〜+6
0℃)において数にΩしか変化しない安定したものであ
るが、前記差ΔZは10−1〜1O−2Torrの領域
では数にΩ程度、10 ’ −10−3Torrの領域
では数10Ω程度と圧力か低くなるに従って差ΔZが小
さくなり、振動子の温度によって変化する固有共振抵抗
Zoの変化が無視てきなくなるものであった。そしてこ
のことが振動子を用いた場合の測定限界となっていた。
振動子の固有共振抵抗Z。が変化するのを防止する目的
で、第6図に示したように振動子4]をアルミニウムブ
ロック42内に埋め込み、かっこのアルミニウムブロッ
ク42内にヒータ43および温度センサ44も埋め込ん
で、振動子4]を一定の温度に保持できるようにした測
定rが提案されている。
然し乍ら、このような測定子では、アルミニウムブロッ
ク42が有する熱容量で、振動子41を所定の温度に維
持するまでに時間を要し、測定上のレスポンスが遅い問
題点や、ヒータ43および温度センサ44を介して温度
コントロール回路を備えなければならないので、測定回
路か複雑かつ高価となる問題点かあった。
この発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもので
、振動子に対して特別の手段を付加することなく、正確
な圧力を測定する方法を提供することを目的としたもの
である。
(課題を解決する為の手段) 前記の如くの目的を達成するこの発明の振動子を用いた
圧力の測定方法は、振動子の固有共振抵抗Z。と測定し
た共振抵抗Zの差ΔZから気体の圧力を測定する方法に
おいて、前記固有」(振抵抗Zoは、振動子の共振周波
数fを測定し、該」(振周波数fから振動子の温度Tを
求め、求めた温度Tにおける固有共振抵抗(ZO+Zt
)を用いることを特徴としている。
前14占こおいて共振抵抗Zの測定は、振動子をJ(振
周波数fの定電圧交流で駆動し、この時の共振電流を演
算して求めるのか一般的である。又、固有共振抵抗(Z
o+Zt)は、共振周波数fから21に相当する電圧を
得ると共に、Zoに相当する電圧を基準電圧として設定
し、演算槽中器により演算するようにして、実質的に温
度Tを求め、求めた温度Tにおける固有共振抵抗(Zo
+Zt)を求めた二ととするのか一般的である。
(作  用) この発明の圧力aF1定方決方法れば、測定中の振動子
の温度が変化しても、振動子の実際の固有共振抵抗(Z
o+Zt)と、圧力に対応する共振抵抗Zから差ΔZを
求めるので、常に正確な圧力を測定し、誤差を無くする
ことかできる。
(実施例) 以上この発明を実施例に基ついて説明する。
振動子としては第1図に示したように、温度Tと共振周
波数fの間で直線aのような特性を白°し、又、温度T
と固有共振抵抗(Zo+Zt)の間で曲線すのような特
性を有するものを使用した。然して気体(空気)の圧力
Pと共振抵抗の差ΔZf=Z−(Zo+Z t)l と
の間には第2図のような特性を有する振動子であった。
このような振動子1を用いて第3図に示したような測定
回路を構成した。図中2は電流電圧変換器、3は全波整
流器、4は1/10減衰器、5は比較器、6は電圧制御
減衰器、7は全波整流器、8は演算回路、9は周波数カ
ウンタ、10はD/Aコンバータ、11はメータである
前記全波整流器3.1/10減衰器4、比較器5および
電圧制御減衰器6は定電圧交流電源を構成しており、該
定電圧交流電源と振動子1て自励式発振回路を構成した
ものである。
測定回路をこのように構成することによって、電流電圧
変換器2および全波整流器7を介して演算回路8の一方
の人力に対しては、発振回路における共振電流に対応す
る信号が与えられる。共振電流に対応する信号は、共振
抵抗Zに対応する信号でもあるので、演算回路8の一方
の入力には実質的に共振抵抗Zに関する信号か与えられ
ることになる。演算回路8の他方の入力には共振周波数
fか与えられている。
演算回路8は第4図に示したように構成されている。図
中OP、〜OP3は演算増巾器、15は割算回路である
共振周波数fがり、えられた演算増rlJ器OP1にお
いて、第1図の特性に従って、振動子1の温度に対して
補正すべき抵抗値21を求め、−(Z。
+Zt)を演算する。そしてこの得られた−(Z。+z
Bと全波整流器7側から与ええられた共振抵抗2を加算
してZ−(Z、+Z t)を得た後、演算増11器OP
、 、op2て順次増11シてメータ11を駆動する。
上記のように構成することによって、演算回路8ては、
実質的に共振周波数fから、例えば第1図中のA点を求
め、続いてB点を求めることになるので、振動子1の固
有共振抵抗Z。は、従来の方法における高真空における
固定された値では無<、測定中の温度における値とする
ことができ、振動子1の置かれた温度による誤差を無く
することができる。
第5図は、前記実施例のアナログ表示に代えて、デジタ
ル表示かできるようにした測定回路の実施例である。前
記実施例と同一の要素には同一の符号を付しである。前
記実施例と異る所は、全波整流器7で与えられる共振抵
抗1/ZをA/Dコンバータ]2てデジタル変換し、周
波数カウンタ9の出力と共にCPUI 3に与え、CP
U13で演算して、表示器14にデジタル表示するよう
にした点にある。CPU13は、前記演算回路8て行な
った演算を行なうように、プログラムとデータが記憶さ
せであるものである。
この実施例も前記実施例と同様で、振動子1の測定中の
温度における固有共振抵抗(Zo+Zt)に基ついて圧
力を求めることかでき、温度による誤差を無くすること
かできる。
(発明の効果) 以上に説明したように、この発明によれば、振動−rの
温度を求めて、その温度における固有共振抵抗(Zo+
Zt)と、圧力にχ・j応する共振抵抗Zから差ΔZを
求めて圧力をΔIII定するようにしたので、測定中の
振動子の温度に基づく誤差を無くし、正確な圧力測定が
できる効果かある。そして、温度に基つく誤差が無くな
るので、測定可能範囲を圧力の低い方向へ拡大し、広い
圧力範囲をカバーできる効果かある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例で用いた振動子の温度に対す
る共振周波数変化および固有共振抵抗変化の特性を示す
グラフ、第2図は同しく振動子の圧力に対する差の特性
を示すグラフ、第13図はこの発明の実施例の測定回路
のブロック図、第4図は同しく演算回路の回路図、第5
図はこの発明の他の実施例の測定回路のブロック図、第
6図は従来の振動子の温度を制御するようにした装置の
正面図である。 1.41・・振動子 ]】・・メータ 14 表示器 8・・演算回路 13 ・CPU 特許用り知人 バキュームプロダクツ株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 音叉型水晶振動子の固有共振抵抗Z_0と測定した
    共振抵抗Zの差ΔZから気体の圧力を測定する方法にお
    いて、前記固有共振抵抗Z_0は、音叉型水晶振動子の
    共振周波数fを測定し、該共振周波数fから音叉型水晶
    振動子の温度Tを求め、求めた温度Tにおける固有共振
    抵抗(Z_0+Zt)を用いることを特徴とした音叉型
    水晶振動子を用いた圧力の測定方法 2 共振抵抗Zの測定は、音叉型水晶振動子を共振周波
    数fの定電圧交流で駆動した時の共振電流から換算して
    求めるようにした請求項1記載の音叉型水晶振動子を用
    いた圧力の測定方法 3 固有共振抵抗(Z_0+Zt)は、共振周波数fか
    らZtに相当する電圧を得ると共に、Z_0に相当する
    電圧を基準電圧として設定し、演算増巾器により演算す
    るようにした請求項1又は2に記載の音叉型水晶振動子
    を用いた圧力の測定方法
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