JPH0666662A - ピラニ真空計 - Google Patents

ピラニ真空計

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JPH0666662A
JPH0666662A JP10722492A JP10722492A JPH0666662A JP H0666662 A JPH0666662 A JP H0666662A JP 10722492 A JP10722492 A JP 10722492A JP 10722492 A JP10722492 A JP 10722492A JP H0666662 A JPH0666662 A JP H0666662A
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temperature
filament
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gas
sensor
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Akira Kaku
明 郭
Koji Yagishita
浩二 柳下
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Ulvac Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 効果的な温度補償を可能にし、周囲の温度変
化に対する安定性を増し、高精度で低い圧力まで測定可
能なピラニ真空計を提供すること。 【構成】 ピラニ真空計のセンサ本体2の内部に、フィ
ラメント1とセンサ本体2の外壁の中間に内円筒11を
設けて、センサ周囲の気温の変化が直接フィラメント1
に伝わらないようにし、該内円筒11に、周囲の温度変
化によるピラニ真空計の指示値の変化を補正するための
温度補償回路に接続される温度センサ12を直接取付
け、該温度センサ12をブリッジ回路6と接続して温度
補償を効果的に行なうようにし、更に、測定ガスがフィ
ラメント1周囲へ直接流れ込まないように、シールド板
14を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主として中真空領域の
圧力測定に広く使用されるピラニ真空計の、特にセンサ
部(測定子)に関する。
【0002】
【従来の技術】ピラニ真空計は、フィラメントに電流を
流すことによって該フィラメントを加熱し、このときフ
ィラメントから奪われる熱量が、フィラメント周囲の気
体の圧力により変化することを利用し、気体の圧力を測
定するものである。
【0003】図2は、従来のピラニ真空計のセンサ部の
要部構成図である。図において、フィラメント1は、一
端(図で下端)が被測定真空室に開放したセンサ本体2
の他端(図で上端)の絶縁部3を貫通して設けられた端
子4と、同様に絶縁部3を貫通して設けられ、フィラメ
ント支持体(サポート)を兼ねた端子5とにそれぞれ両
端を接続され、これらの両端4と5は、真空外部でブリ
ッジ回路(計測回路)6に接続されている。図中、7は
電源である。
【0004】上記フィラメント1に電流を流して当該ピ
ラニ真空計を作動させるとき、フィラメント1から奪わ
れる熱量Qは、次式で与えられる。 Q=Kc P(Tf −Tw )+KR (Tf 4 −Tw 4 )+端損失………(1) 但し、Kc :気体により輸送される熱量の熱伝導係数 P :気体の圧力 Tf :フィラメントの温度 Tw :フィラメント周囲の壁の温度 KR :輻射係数 上記(1)式の第1項は、気体の熱伝導による項であ
り、気体の圧力Pに比例することから、真空計として使
用できるわけである。第2項は、フィラメント1から壁
2への輻射による項であり、また第3項は、フィラメン
ト1のサポートやリード線を伝わって逃げる熱量であ
る。
【0005】現在市販されているピラニ真空計は、フィ
ラメント1を一辺としたブリッジ回路6を設け、該フィ
ラメント1の温度が一定になる、つまりブリッジの平衡
が常に保持されるような制御を行なう定温度型ピラニ真
空計である。このものにおいては、(1)式から解るよ
うに、フィラメント周囲の壁の温度Tw が室温の影響等
により変化すると、熱量Qが変化してしまい、ピラニ真
空計の指示値も変動してしまう性質を有している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のピラニ
真空計(図2)は、フィラメント1周囲の壁は、そのま
ま外気とセンサ内部とを隔離するセンサ本体2の外壁を
兼ねていた。そのため、センサ周辺の室温が変動する
と、フィラメント周囲の壁2の温度も、そのまま変動
し、即ち周囲温度による指示値の変動が大きくなってい
た。
【0007】また、上記の変動を補正するために、温度
補償回路がいろいろと工夫されているが、周囲温度を検
知するための温度センサは、ブリッジ回路内の他のブリ
ッジ抵抗と同様に回路基板上に設置されていた。そのた
め、次のような問題点があった。
【0008】(i)フィラメント1周囲の壁2は真空中
における表面であり、温度センサが上記のように取付け
られている基板上とは、材質や環境が異なり、当然実際
の温度や気温の変化に対する温度変化も変わってくる。
従って、従来のピラニ真空計は、センサ周囲の気温の変
化に対する指示の変動が大きく、更に温度補償を施して
も効果的な補償ができていなかった。
【0009】(ii) またそのために、従来のピラニ真空
計は、精度や再現性が悪く、測定下限値も10-1Pa
(パスカル)台にとどまっていた。
【0010】(iii) 更に、チャンバを加熱したり、測定
している気体の温度が変化すると、壁の温度は更に変動
し、温度センサとの温度差も更に大きくなるため、この
ような状態での指示値は、非常に誤差が大きく、実際上
の使用は不可能であった。
【0011】本発明は、上記の問題点を解決するもの
で、効果的な温度補償を可能にし、周囲の温度変化に対
する安定性を増し、高精度で低い圧力まで測定可能なピ
ラニ真空計を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第1番目の発明は、細い金属線からなる
熱フィラメントをセンサ本体の内部に設け、該熱フィラ
メント周囲の気体による熱伝導により生じるフィラメン
トの熱損失量の変化から気体の圧力を測定するようにし
たピラニ真空計において、周囲の温度変化によるピラニ
真空計の指示値の変化を補正するための温度補償回路に
接続される温度センサを、真空内部におけるフィラメン
ト周囲の壁に直接取付けたことを特徴としている。
【0013】また、第2番目の発明は、細い金属線から
なる熱フィラメントを内部に設けたセンサ本体内部にお
いて、フィラメントとセンサ本体外壁の中間に内円筒を
設けたことを特徴とし、また、第3番目の発明は、温度
補償回路に接続される温度センサを、フィラメントとセ
ンサ本体外壁の中間に設けられた内円筒に直接取付けた
ことを特徴とし、更に、第4番目の発明は、センサ本体
の内部に、測定ガスがフィラメント周囲へ直接流れ込ま
ないようなシールド板を設けたことを特徴としている。
【0014】
【作用】本発明は、上記のように温度補償回路に接続さ
れる温度センサを、真空内部におけるフィラメント周囲
の壁に直接取付けたことにより、該温度センサが、従来
のようにブリッジ回路基板上に設置されたものに比べ
て、センサ周囲の気温の変化に対する指示の変動が小さ
くなり、高精度の測定が可能となる。
【0015】また、この発明では、前記(1)式のフィ
ラメント周囲の壁の温度Tw は、フィラメントとセンサ
本体の外周壁との間に設けられた内円筒の温度となる
が、該内円筒は特に圧力が100Pa以下の真空におい
て、外気と真空断熱されるため、外気の気温の変動と比
較して温度変化が小さくなり、高精度の測定が可能とな
る。
【0016】更に、温度補償用の温度センサを、上記内
円筒へ直接取付けることにより、フィラメント周囲の壁
の温度を直接受けるようになって、温度補償機能が向上
し、高精度の測定が可能となる。
【0017】更に、シールド板をセンサ本体の内部に設
けることにより、温度センサが取付けられているチャン
バ内部で放電が発生していたり、ガスの温度が上昇して
いる場合でも、フィラメント周囲には高温の気体や、イ
オン等が直接飛び込んで来ないため、フィラメント周囲
の気体温度は常に内円筒の温度と近似することになり、
高精度の測定が可能となる。
【0018】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面と共に説明す
る。図1は、本発明の一実施例を示すピラニ真空計の要
部構成図であって、図中、図2に記載した符号と同一の
符号は同一ないし同類部分を示すものとする。
【0019】図において、フィラメント1は、一端(図
で下端)が被測定真空室に開放されたセンサ本体2の他
端(図で上端)の絶縁部3を貫通して設けられた端子4
と、同様に絶縁部3を貫通して設けられ、フィラメント
支持体(サポート)を兼ねた端子5とにそれぞれ両端を
接続され、これらの両端4と5は、真空外部でブリッジ
回路6に接続されている点は従来例と変りはないが、本
実施例では、フィラメント1とセンサ本体2の外周壁と
の中間に、SUS製の厚さ0.3mmの円筒状の壁(内
円筒)11が、フィラメント1を囲むように取付けられ
ており、該内円筒11に、温度補償用の温度センサ12
が密着して取付けられ、ブリッジ回路6に端子13を介
して接続されている。該温度センサ12は、真空内部で
も使用可能なように、セラミック被覆のものが使用され
る。
【0020】更に、センサ本体2の内部には、フィラメ
ント1周囲へ測定ガスが直接流れ込まないように、シー
ルド板14が、内円筒11の下端部と接触する形で保持
されている。
【0021】次に、作用について説明すると、測定中、
センサ本体2の周囲の気温が変化すると、フィラメント
1とセンサ本体外周壁2との中間に設けられた内円筒1
1の温度が、上記気温の変動よりも緩やかに変化する。
気温の変動がエアコンのON/OFFのように定常時に
上昇と下降を繰り返えす場合には、内円筒11の変動幅
は気温の変動幅よりも小さくなる。従って、周囲の温度
変化に対し、内円筒11の温度変化は小さくなり、ピラ
ニ真空計の指示値の変動も小さくなる。
【0022】また、温度センサ12は、直接内円筒11
の温度を検知するため、実際の動作状況の中で補正を効
果的に行なうことができる。
【0023】更に、被測定装置から流れ込む気体は、一
旦、内円筒11と同じ温度に保持されるシールド板14
に衝突しながら流れ込むため、フィラメント1に入射す
る気体は常に(1)式の周囲の壁の温度Tw と近い温度
になる。
【0024】上記の作用を前記(1)式を用いて説明す
ると、ピラニ真空計に必要な項である(1)式の第1項
において、Tw の変化に対応してTf が変化し、(Tf
−Tw )が常に一定となるような温度補償を施した場
合、温度センサ12は、フィラメント1周囲の壁に相当
する内円壁11の温度Tw を直接検知した方がよい。
【0025】また、第2項、第3項は圧力には依存しな
い項であり、ピラニ真空計のゼロ点(測定下限値)を限
定するものであるが、やはり周囲温度の影響を受けて変
動する。特に第2項は、フィラメント周囲の壁の温度と
密接な関係があるため、この項に関する温度補償も壁1
1の温度を直接検知する必要がある。
【0026】この実施例によれば、温度補償回路に接続
される温度センサ12を、従来のブリッジ回路の基板に
設ける代りに、フィラメント周囲の壁に相当する内円筒
11に直接取付けたことにより、フィラメント周囲の壁
の温度を直接検知できることと相俟って温度補償が効果
的に行なわれる。
【0027】また、センサ本体外壁2とフィラメント1
との中間に内円筒11を設けたことにより、センサ12
の周囲の気温の変化が直接フィラメント周囲の壁11に
は伝わらないので、(1)式のTw の変動幅が小さくな
る。
【0028】また、センサ本体2の内部にシールド板1
4を設けたことにより、イオンや温度の高いガスが直接
フィラメント1に衝突することを防ぎ、フィラメント1
に衝突するガスの温度は常に内円筒11の温度となる。
【0029】従って、精度や再現性が高く、周囲温度に
対する指示の変動が少なく、10-3〜10-2Pa(パス
カル)の圧力まで測定可能なピラニ真空計の提供が可能
となる。
【0030】更に、チャンバをベーキングしているとき
や、チャンバ内でプラズマが発生しているような状態で
も測定が可能となる。
【0031】上記した実施例において、内円筒11に温
度センサ12を取付けた構造について説明したが、内円
筒11を除去し、センサ本体外周壁2の内面に取付けた
り、単に真空中に放置するだけでも、該温度センサをブ
リッジ回路の基板上に設置した従来のものよりも、効果
的な補償が可能となる。
【0032】また、内円筒11を、取付け取外しが容易
にできるように構成することにより、センサ本体2の内
部が汚れた場合の保守が容易となる。また、温度センサ
12は、温度補償回路により必要な数量を取付けてやれ
ばよい。また、温度センサ12、内円筒11、シールド
板14の材質や形状は、特に制限されない。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
周囲の温度変化によるピラニ真空計の指示値の変化を補
正するための温度補償回路に接続される温度センサを、
真空内部におけるフィラメント周囲の壁に直接取付けた
ことにより、該温度センサをブリッジ回路の基板上に設
けた従来のものに比べて、温度補償が効果的に行なわれ
る。
【0034】また、センサ本体内部においてフィラメン
トとセンサ本体外壁との中間に内円筒を設けたことによ
り、センサ本体の周囲の気温の変化が直接フィラメント
周囲の壁には伝わらないので、(1)式におけるTw
変動幅を小さくすることができる。
【0035】また、前記温度センサを上記内円筒に直接
取付けることにより、フィラメント周囲の壁の温度を直
接検知できるとともに、真空断熱の効果で周囲の温度変
化の影響を直接受けることなく、前記(1)式第1項及
び第2項に関する温度補償を実際の動作状況の中で効果
的に行なうことができる。
【0036】また、センサ本体の内部に、測定ガスがフ
ィラメント周囲へ直接流れ込まないようなシールド板を
設けたことにより、イオンや温度の高いガスが直接フィ
ラメントに衝突することを防ぎ、フィラメントに衝突す
るガスの温度は常に内円筒の温度となる。
【0037】従って、精度や再現性が高く、周囲温度に
対する指示の変動が少なく、10-3〜10-2Paの圧力
まで測定可能なピラニ真空計を得ることが可能となる。
更に、チャンバをベーキングしているときや、チャンバ
内でプラズマが発生しているような状態でも測定が可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すピラニ真空計の要部構
成図である。
【図2】従来例を示すピラニ真空計の要部構成図であ
る。
【符号の説明】
1 フィラメント 2 センサ本体 3 絶縁体 4,5 端子 6 ブリッジ回路 7 電源 11 内円筒 12 温度センサ 14 シールド板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 細い金属線からなる熱フィラメントをセ
    ンサ本体の内部に設け、該熱フィラメント周囲の気体に
    よる熱伝導により生じるフィラメントの熱損失量の変化
    から気体の圧力を測定するようにしたピラニ真空計にお
    いて、周囲の温度変化によるピラニ真空計の指示値の変
    化を補正するための温度補償回路に接続される温度セン
    サを、真空内部におけるフィラメント周囲の壁に直接取
    付けたことを特徴とするピラニ真空計。
  2. 【請求項2】 細い金属線からなる熱フィラメントをセ
    ンサ本体の内部に設け、該熱フィラメント周囲の気体に
    よる熱伝導により生じるフィラメントの熱損失量の変化
    から気体の圧力を測定するようにしたピラニ真空計にお
    いて、センサ本体内部のフィラメントとセンサ本体外壁
    の中間に、円筒状の壁を設けたことを特徴とするピラニ
    真空計。
  3. 【請求項3】 細い金属線からなる熱フィラメントをセ
    ンサ本体の内部に設け、該熱フィラメント周囲の気体に
    よる熱伝導により生じるフィラメントの熱損失量の変化
    から気体の圧力を測定するようにしたピラニ真空計にお
    いて、温度補償回路に接続される温度センサを、フィラ
    メントとセンサ本体外壁の中間に設けられた内円筒に直
    接取り付けたことを特徴とするピラニ真空計。
  4. 【請求項4】 細い金属線からなる熱フィラメントをセ
    ンサ本体の内部に設け、該熱フィラメント周囲の気体に
    よる熱伝導により生じるフィラメントの熱損失量の変化
    から気体の圧力を測定するようにしたピラニ真空計にお
    いて、センサ本体の内部に、測定ガスがフィラメント周
    囲へ直接流れ込まないようなシールド板を設けたことを
    特徴とするピラニ真空計。
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