JPH07120339A

JPH07120339A - ピラニ真空計

Info

Publication number: JPH07120339A
Application number: JP28864093A
Authority: JP
Inventors: Akira Kaku; 明郭
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1993-10-25
Filing date: 1993-10-25
Publication date: 1995-05-12

Abstract

(57)【要約】［目的］機械的強度を大とし、測定範囲を拡張させる
ピラニ真空計を提供すること。［構成］本体１０内に配設されるサポート１４に挿通
した端子１５、１６間に巻線状のフィラメント１９の両
端部を取り付ける。超小型化して、機械的強度は大とな
り、測定範囲も拡張させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は気体の熱伝導を利用し
て、該気体の圧力を測定するピラニ真空計に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】真空中に細い金属線から
なるフィラメントを張り、これを加熱し、この時このフ
ィラメントから奪われる熱量が周囲の気体の圧力に応じ
て変化することから気体の圧力を測定するピラニ真空計
は広く知られている。これはフィラメントの線温の変化
を、この線の抵抗変化として測定するものであって、図
５に示すように、ブリッヂ結線でこれに流れる電流、或
いは印加電圧を一定にして該気体の圧力の変化をブリッ
ヂの不均衡電流から読み取るようにしている。現在の市
販品では常にこの線温が一定になるように加える電力を
電子回路によって自動的に調節する形式のものが多くな
っている。これは定温度型ピラニ真空計と呼ばれるが、
気体の持ち去るエネルギーを常に補うわけで、損失エネ
ルギーを直接測っていることになる。このような場合に
はフィラメントの温度を一定にするように加えられる電
力値を換算して圧力を測定するようにしている。なお図
５において、１はフィラメントを含む測定球、２はダミ
ー管を表し、このダミー管２は輻射やリード線による損
失を相殺する目的で入れてある。

【０００３】図６はこのようなピラニ真空計の従来例を
示すものであるが、図において円筒状の本体３は上方が
開口していて、下端開口に絶縁材でなるステム４を嵌着
させており、これに引出し端子５及びフィラメントサポ
ートを兼ねた引出し端子６が気密に挿通させており、引
出し端子６の本体３内の端部と引出し端子５の本体３内
の端部とはフィラメント７により電気的に接続されてい
る。この端子５、６を介してフィラメント７に電流が流
されるのであるが、これによりフィラメント７が加熱さ
れる。又、本体３は、例えば真空槽内に配設されてお
り、この真空槽内の気体の圧力を測定するのであるが、
この時フィラメント７から奪われる熱量Ｑは以下の式で
与えられる。

【０００４】Ｑ＝圧力に比例する損失＋輻射損失＋端損失・・・・・(1)

【０００５】上記式(1) の第１項は、真空室内の気体の
熱伝導による熱損失であり、この気体の圧力Ｐに比例す
ることからピラニ真空計として使用できるのであるが、
上記式の第２項はフィラメント７から本体３の壁への輻
射による熱損失であり、第３項はフィラメント７の端子
５、６やこれらに接続される図示しないリード線を伝わ
って外部に逃げる熱損失であり、真空室内の気体の圧力
Ｐには関係はなく、該ピラニ真空計の測定下限を制限す
るものである。

【０００６】以上述べたように、従来例のピラニ真空計
において、一定の長さを有するフィラメント７は一本の
細い金属線を緊張させた状態であり、これを緊張させな
ければ振動によって該フィラメント７は振れ、気体の高
圧力測定領域では、この時の気体分子の流動が起こり、
熱損失が変化して該ピラニ真空計の指示値が不安定とな
る。しかしながら細い線のフィラメント７は緊張させる
と、フィラメント７の機械強度が小さくなる。すなわ
ち、ある大きさの応力を与えて加熱しているのでクリー
プ現象を生ずるか、あるいは既にある応力が加えられて
いるので、僅かの応力や振動を加えただけで破壊してし
まう恐れがある。

【０００７】従って、ピラニ真空計のフィラメント７は
断線することが良くあり、これでは真空度を測定するこ
とができない。然るに、このようなフィラメント７の機
械強度を増大させるために半径を増大すると測定すべき
気体の圧力に無関係な輻射損失、特に端損失が大きくな
ってピラニ真空計の測定下限に影響を与えることにな
る。又、フィラメント７を例えば、２００℃に保つため
には大きい電流を流すことが必要で、消費電力が多くな
り、回路も大きくなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は上述の問題
に鑑みてなされ、全体を小型化し、測定下限（低圧側）
を低下させ、かつ測定上限（高圧側）を上昇させ、更に
フィラメントの機械強度を大きくして、断線しにくく、
安定した測定が可能なピラニ真空計を提供することを目
的とする。

【０００９】

【問題点を解決するための手段】以上の目的は、フィラ
メントと気体との熱交換による該フィラメントの熱損失
量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、該フィラメントを巻線としたことを特徴とする
ピラニ真空計、によって達成される。

【００１０】

【作用】金属線を巻線にすることによりこの両端部のサ
ポート部間、すなわち本体内の端子間の距離及びその長
さを小さくして、この測定子部を大巾に小型化すること
ができる。又、フィラメントの機械強度を大きくして、
すなわち短くて全体としての曲げ強度が大となるので、
振動によりフィラメントが振れにくくなり、支持の不安
定性や断線が生じず、高圧側でも安定な測定を行なうこ
とができる。又、機械的強度を大きくすることができる
ので、金属線の径を小として測定下限及び測定上限を低
下及び上昇させることができる。すなわち、圧力測定範
囲を拡げることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例によるピラニ真空計に
ついて図面を参照して説明する。

【００１２】図１及び図２は、本発明の第１実施例のピ
ラニ真空計を示すのであるが、従来例と同様にこの全体
は真空室内に配設されているものとする。

【００１３】本体１０は上方が開口しており、真空室に
臨んでいるが、下端開口は絶縁材でなるステム１１を嵌
着させており、これに導電端子１２、１３が密に挿通さ
れていて、本体１０内には絶縁材でなるサポート１４が
図２に示すように本体１０の内壁に固定されており、こ
れをロッド状のリード端子１５、１６が挿通しており、
この上方部に本発明に係わる巻線フィラメント１９の両
端部がそれぞれ固定されている。又、下方部は端子１
２、１３にリード線２０、２１により電気的に接続され
ている。

【００１４】本実施例によれば、巻線１９の巻回部１９
ａの巻き径は５０μｍ、巻きピッチ２０μｍ、巻き数は
１４ターン、線径は１５μｍであり、線材はＰｔ／Ｒｈ
１０％合金でなる。

【００１５】そして、その全体的な寸法はそれぞれａ乃
至ｅで表されるが、端子１５、１６の長さａは１０ｍ
ｍ、サポート１４の巾ｂは５ｍｍ、端子１５、１６の下
端部からサポート１４の下面までの距離ｃは５ｍｍ、
又、サポート１４の上面から下方に突出する端子１５、
１６の下端までの長さｄは５ｍｍ及び図２に示すサポー
ト１４の厚みｅは２．５ｍｍである。このように従来に
比べて超小型とすることができる。

【００１６】本実施例の構成は以上のようであるが、次
にその作用、効果について説明する。

【００１７】本発明者は多くの実験から次のような現象
を確認している。すなわち、気体の圧力の測定の上限圧
力は、気体の平均自由行程λとフィラメントの半径Ｒの
比、λ／Ｒに比例することである。すなわち、フィラメ
ントの半径を増大すると、測定上限圧力が小さくなって
くる。従って、フィラメントの半径Ｒをできるだけ小さ
くすることが上限圧力を上昇させることになる。例え
ば、実際の測定上限はλ／Ｒ×（１０〜１００）位にな
っている。２０Ｔｏｒｒにおいて、λ＝５×１０^-3ｃｍ
であるが、Ｒ＝２５μｍ＝２５×１０^-4ｃｍを使った場
合、測定上限ＰはＰ＝５×１０^-3／２５×１０^-4×１０
＝２０Ｔｏｒｒとなり、実際の測定結果とよく合ってい
た。本実施例ではフィラメント１９を巻線とすることに
より、その機械強度を大きくすることができる。すなわ
ち、全体の寸法を小さくすることにより、その曲げ強度
を大とすることができるので、振動によるフィラメント
の揺れが原因で測定値の不安定性や断線が生じることな
く、高い上限側の圧力でも一定に圧力を測定することが
できるのであるが、更に機械強度を大きくすることがで
きるので、フィラメントの径を従来より小とすることが
でき、よって上述の実験結果からフィラメントの半径Ｒ
を極力小さくして測定上限を上げることができる。更
に、この場合、半径Ｒが小であるので、上述の(1) 式に
おける第２項及び第３項の影響を小とし、従って、測定
の下限圧力も低下させ、結局、測定の圧力範囲内を従来
より大巾に拡げることができる。

【００１８】又、以上述べたように、寸法ａ〜ｅを小さ
くして全体を大巾に小型化することができる。更に、よ
り細い金属線を使うことで、測定上限を更に上昇させる
ことができるものである。

【００１９】図３及び図４は本発明の第２実施例による
ピラニ真空計を示すものであるが、第１実施例に対応す
るものには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略す
る。

【００２０】すなわち、本実施例は全体として図３や図
４の中で３０として示され、第１実施例の構成に加えて
平板状の温度センサ２１がサポート１４に取り付けられ
ており、その上端部及び下端部に取り付けられた端子ガ
ラス球２２、２３により、このセンサ２１の検出信号を
リード線２４、２５を介して外部の測定器に供給される
ようになっている。この検出信号により低下した温度を
補償して所定の温度とすることができるので、第１実施
例よりも正確に気体の圧力を測定することができ、測定
範囲の拡張を図ることができる。温度センサ２１は平板
状でコイル１９全体の発熱を均等に受けるので温度補償
を正確に行なうことができる。

【００２１】温度センサ２１の厚みｔは０．４ｍｍ、縦
ｆは８．０ｍｍ、横ｇは３．０ｍｍ程度であり、アルミ
ナ基板（セラミック）に２つのパターンとして白金の薄
膜を形成し、ガラス膜でコーティングして成るものであ
る。温度によって白金の抵抗値が変化するので、この変
化量から、温度変化を測定して温度補償をするようにし
ている。

【００２２】又、本実施例では２点温度補償方法が適用
されている。これは本発明者が開発した方法であるが、
従来の方法では一つの温度センサを計測ブリッジ回路の
中に入れ、温度係数を選択して、ある圧力ポイントでピ
ラニ真空計の温度変化による影響をゼロにするような温
度補償をしているが、ピラニ真空計の温度変化により出
力変動は、測定下限では、圧力に無関係な輻射と端損失
が主な要因となり、測定上限では、圧力に比例する熱伝
導による熱損失（上述の式(1) の第１項）が主な要因と
なるので、従来の方法ではピラニ真空計の測定下限の温
度変化による影響をゼロにすれば、測定上限では補償不
足となる。逆に、測定上限の温度変化による影響をゼロ
にすれば、測定下限では補償過多になってしまう。然る
に、本発明者が開発した２点温度補償方法では、測定下
限での温度変化による影響は圧力に無関係であることを
考慮して二つの温度センサを定電圧源につなぎ、その出
力を計測回路に使い、１点補償による補償過多部分を再
補償するようにしているので、ピラニ真空計の温度変化
による影響を全測定範囲において、ほぼゼロに抑えるこ
とができる。又、信頼性、安定性、再現性が更に良くな
り、高精度測定が可能となる。

【００２３】以上、本発明の各実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。

【００２４】例えば、以上の実施例ではフィラメント巻
線１９は、端子１５、１６との間で図示するように軸方
向を上下になるように取り付けたが、これを９０度変位
させて、すなわち軸方向を水平方向とし、この両端部を
端子１５、１６に固定させるようにしてもよい。また、
コイルの定数である巻線数、巻径、ピッチなどを調整し
てもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明のピラニ真空計
によれば、機械的強度を大として、気体の測定圧力範囲
を増大させることができる。又、全体を超小型にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるピラニ真空計の断面
図である。

【図２】同要部の側断面図である。

【図３】本発明の第２実施例によるピラニ真空計の正面
図である。

【図４】同ピラニ真空計の要部の側面図である。

【図５】従来例のピラニ真空計の測定回路である。

【図６】従来例のピラニ真空計の断面図である。

【符号の説明】

１９フィラメント１９ａ巻線部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィラメントと気体との熱交換による該
フィラメントの熱損失量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、前記フィラメントを巻線
としたことを特徴とするピラニ真空計。
【請求項２】前記フィラメントの近傍に温度センサを
設け、該センサの出力により、該フィラメントの温度補
償をするようにした請求項１に記載のピラニ真空計。
【請求項３】前記温度センサは平板状である請求項２
に記載のピラニ真空計。