JPH0746074B2 - 真空計 - Google Patents

真空計

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JPH0746074B2
JPH0746074B2 JP59250288A JP25028884A JPH0746074B2 JP H0746074 B2 JPH0746074 B2 JP H0746074B2 JP 59250288 A JP59250288 A JP 59250288A JP 25028884 A JP25028884 A JP 25028884A JP H0746074 B2 JPH0746074 B2 JP H0746074B2
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JP
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gauge
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sensitivity
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洋一 伊野
一生 小菅
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日電アネルバ株式会社
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L21/00Vacuum gauges
    • G01L21/30Vacuum gauges by making use of ionisation effects

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、各種真空装置において、その真空圧力(全
圧)および/または成分ガスの分圧を測定する真空計に
関する。
(従来技術とその問題点) 従来、真空装置の真空圧力(全圧)と成分ガスの分圧の
測定は、全圧計と分圧計で個別に行なわれていた。
測定に用いられる全圧計としては例えば、ベヤード・ア
ルパートゲージ(B−A型電離真空計)、ペニングゲー
ジがあり、分圧計としては例えば、セクター分析計、四
重極型質量分析計のような質量分析計がある。
周知のように、これら全圧計には構造が単純で安定した
測定が可能であるという長所のある一方で、被測定ガス
の種類によって測定感度が異なるため、測定で表示され
る圧力値の信頼性が乏しく、測定の都度組成を考慮して
測定値を修正しないと、真の全圧を求めることができな
いという欠点がある。
一方、上記のような分圧計の方は、その構造が複雑であ
って、個々のガスに対する測定感度が変動し易いという
欠点をもつ反面、成分ガスのイオン電流比に関しては、
抜群の安定性を示すという長所をもっている。
従来は、この全圧計と分圧計とにより、前者で全圧を測
定し、後者では成分ガスの分圧を測定して、それぞれの
値を採用していたが、測定値には、上記した欠点による
誤差がそのまゝ取込まれていて、全圧、分圧ともに測定
値が信頼性に欠けるという問題を抱えていた。(なお、
市販されている分圧計の中には、全圧計を内蔵するもの
があるが、そのときも、装置は、上記した互に別種の機
能の装置を単に併設しただけのものとなっている。) (発明の目的) 本発明は、真空の全圧および/又は成分ガスの分圧を、
安定にかつ正確に測定できる真空計の提供を目的とす
る。
(発明の構成) 本発明は、分圧計と全圧計と演算処理装置とを含んで構
成され、 前記演算処理装置は内部に記憶装置と中央処理装置とを
有するものであり、 前記分圧計はM/Z数により決定される各成分ガスに対す
るイオン電流値をデイジタル化し演算処理装置に出力す
る分圧変換器を有するものであり、 前記全圧計は自己が測定した窒素感度での全圧値をデイ
ジタル化し演算処理装置に出力する全圧変換器を有する
ものであり、 前記記憶装置には、 各M/Z数の各成分ガスに対する分圧計の比感度と、 各M/Z数の各成分ガスに対するクラッキングパターンの
行列の各要素と、 前記比感度と前記クラッキングパターンと前記分圧計か
ら送られたイオン電流値とに基づいて各成分ガスの未知
の分圧電流を求めるプログラムと、 前記分圧電流にに基づいて各成分ガスの濃度を求めるプ
ログラムと、 前記濃度と全圧計に対する各成分ガスの窒素ガスに対す
る比感度とに基づいて全圧形の未知である測定分圧状態
での比感度を求めるプログラムと、 前記全圧形の比感度と全圧計から送られた窒素感度での
全圧値とに基づいて全圧形の真の全圧値を求めるプログ
ラムと、 が記憶されており、 前記中央処理装置では、前記記憶装置から呼び出した記
憶内容と分圧計から送られたイオン電流値と全圧計から
送られた窒素感度での全圧値とに基づいて、 分圧計の各成分ガスに対する濃度を求め、前記濃度によ
り全圧計の窒素感度での全圧値を補正して真の全圧値を
求め、前記真の全圧値と濃度とにより真の分圧値を算出
し、該結果を出力することを特徴とした真空計によって
前記目的を達成したものである。
(実施例) 以下実施例に基いて本発明を説明するが、その前に本発
明の理論的根拠について述べる。
M/Z数(M/Zとは、質量/電離度の比で一般的には、「質
量電荷比」という)が1,2…,i,…m,nの成分ガスが真空
中に混在する場合、それぞれのイオン電流値H1,H2,…
…,H1,…Hm,Hnと、その各成分ガスに対する分圧計の
比感度(既知であってこれはN2ガスに対する相対感度で
表示されている。)S1,S2,……Sm,Snと、上記の各成
分ガスの未知の分圧電流(分圧にN2感度を乗じた量)
R1,R2,……Rm,Rnとの間には次の多元一次方程式が成
立する。
ただし、(1)式の右辺の係数a11,a12,…,a1j,…
を要素とする行列はクラッキング・パターンとして知ら
れているもので、各要素a1jの値はこれも既知である。
イオン電流値H1,H2,……,Hnを分圧計を測定して、そ
の測定値を(1)式に代入するときは、多元一次方程式
をR1,R2,……,R1,…,Rnについて解くことができ
る。
R1が算出されるときは、各成分ガスの濃度C1は次式で求
められる。
C1=R1/(R1+R2+……Rn)=R1/ΣR1 −(2) (1)式から求めるRiは、上述したように、分圧に比例
した量ではあっても分圧の絶対値を示すものではない。
しかし、(2)式で求められる濃度C1は、分母・分子の
比例常数が約されたため絶対値に近い値(測定系の性質
に由来する係数誤差が除かれた値)であることに注意す
る必要がある。
また先述のように、分圧計では、H1,H2,……Hnの相対
値は充分に安定しており、この点からも(2)式の濃度
C1は充分に信頼のおける値となっている。
さて、成分ガスの濃度C1が上記のように正確に求められ
るときは、全圧計の未知である測定分圧状態での比感度
(N2ガスに対する比感度)Aは A=C1A1+C2A2+……CnAn=ΣC1A1 (i=1,2……,m,n) −(3) で正確に求められる。ただしA1は全圧計に対する各成分
ガスの窒素ガスに対する比感度(N2ガスに対する比感
度)であって既知である。これによって全圧計の指示す
る窒素感度での全圧値PDは補正可能となり全圧計の真の
全圧値 PT=PD/A −(4) を求めることができる。
全圧計の真の全圧値PTが求まったあとは、各成分ガスの
真の分圧値を求めるのは容易である。各分圧値をP1
P2,……Pm,Pnとするとき P1=C1・PT −(5) である。
上述の理由で、分圧計の測定値と全圧計の測定値とに対
し、計算処理を施すときは、両者の長所を生かし、欠点
を補い合って正確な全圧、分圧を容易に導出することが
できる。
すなわち、質量分析計の感度変動を全圧計により補正
し、また、全圧計のガス組成による誤差を質量分析計で
補正することにより両者の欠点を補い、かつ長所を生か
し、正確な全圧値および分圧値を容易に求めることがで
きる。
次に、図に基いて本発明の実施例を説明する。
第1図は被測定真空容器1に本発明の真空計2を接続し
た状態を示している。
この真空計2は、四重極型質量分析計3,バヤード・アル
パートゲージ(B−A型電離真空計)4,演算処理装置5
およびプリンター6で構成されている。
四重極型質量分析計3は、自己の測定した、M/Z数によ
り決定される各成分ガスに対するイオン電流値H1,H2
……を電気的なアナログ量からデイジタル量に変換する
(以下、本明細書中においては「デイジタル化する」と
いう。)変換器30をそなえ、それによってデイジタル化
されたディジタル信号が演算処理装置5に向って出力さ
れる。
バヤード・アルパートゲージ(B−A型電離真空計)4
もまた自己の測定した窒素感度での全圧値PDをデイジタ
ル化する変換器40をそなえ、ここでデイジタル化された
PDのデイジタル信号もまた演算処理装置5に向って出力
される。
演算処理装置5は、記憶装置50と中央処理装置51をそな
え、記憶装置50には各M/Z数のガスに対する四重極型質
量分析計3の比感度S1,S2,……とクラッキング・パタ
ーンの行列の各要素aij及び前記した各式(1),
(2),(3),(4)を遂行するためのプログラムを
記憶している。そして中央処理装置51はこれらの記憶内
容を呼出して、四重極型質量分析計3から送られる前記
H1,H2,……のディジタル化信号とバヤード・アルパー
トゲージ(B−A型電離真空計)4から送られる前記PD
のディジタル信号とを素材として、式(1),(2),
(3),(4)の計算処理を行ない、その結果がH1,C1
及びPDとともにプリンター6に記憶されるものである。
測定の1例をあげると、 第1図の真空計2を用いて、He,CO,N2ガスを残留する真
空容器1内のガスの全圧値及び各分圧値を測定したと
き、それらの値は各入力値,計算の中間値とともに次の
如くプリンター6に印刷された。
四重極型質量分析計の出力からイオン電流値H1,H2,H3
は、 H1(Heガス,M/Z=4/1=4)=1×10-8AH2(N2ガス,M/
Z=(14×2)/2=14)=5×10-9A H3(N2+COガス,M/Z=28:28/1(N2の場合),(12+1
6)/1(COの場合))=1×10-7A なお上記の測定では、(1)式は次のようになる。
なお、以下に示されるクラッキングパターン係数、並び
に相対感度値は、本願出願前の刊行物『真空技術マニ
ュアル,ジョンF.オハンロン著,産業図書株式会社発
行』『真空技術実務読本,中山勝矢著、オーム社発
行』の記載を参考にした。
Heガスは主ピークのみがみられるので、クラッキングパ
ターンは1.0で、N2ガスに対するHeガスの相対感度は0.2
なので、 H1=1×10-8=1.0×0.2×R1 また、N2ガスは、1価の随伴ピークをみているので、ク
ラッキングパターンは0.07で、N2ガスに対するN2の相対
感度は1.0なので H2=5×10-9=0.07×1.0×R3 さらに、N2+COガスは主ピークをみているので、クラッ
キングパターンは1.0で、N2ガスに対するCOガスの相対
感度は1.1なので H3=1×10-7=1.0×1.1×R2(COガスの分)+1.0×1.0
×R3(N2ガスの分) 上記H1,H2,H3より R1=(1×10-8)/(1.0×0.2)=5×110-8 R3=(5×10-9)/(0.07×1.0)=7.14×14×10-8 R2=(1×10-7−1.0×1.00×7.14×10-8)/(1.0×1.
1)=2.6×10-8 (2)式よりC1,C2,C3は C1=R1/(R1+R2+R3)=0.339 C2=R2/(R1+R2+R3)=0.176 C3=R3/(R1+R2+R3)=0.484 バヤード・アルパートゲージ(B−A型電離真空計)の
測定する皮相的な圧力、 但し全圧計の指示する窒素感度での全圧値PDは PD=1×10-7Torr 上記C1,C2,C3及び全圧計に対する各成分ガスの窒素ガ
スに対する比感度A1,A2,A3を(3)式に代入すること
により全圧計の未知である測定分圧状態での比感度Aが
求められ、さらにこの全圧計の比感度Aと上記全圧計が
指示する窒素感度での全圧値PDを(4)式に代入するこ
とにより、全圧計の真の全圧値は PT=1.34×10-7Torr となる。
各成分ガスの真の分圧値P1,P2,P3は、(5)式にC1
C2,C3並びにPTを代入して P1(He)=0.339×1.34×10-7=4.54×10-8Torr P2(N2)=0.176×1.34×10-7=2.36×10-8Torr P3(N2+CO)=0.45×1.34×10-7=6.03×10-8Torr 上記の測定結果の印刷は四重極型質量分析計やバヤード
・アルパートゲージ(B−A型電離真空計)の測定の完
了と殆ど同時に行なわれる。これは成分ガスの種類が多
い場合(例えば10種類以上でも同じで極めて効果的であ
る。
本発明を構成要素の分圧計,全圧計,計算装置はこの実
施例の各装置以外にも様々のものが選定、組合せできる
ことは明らかであり、計算結果もプリンターに印刷する
以外にブラウン管に表示しまたは表示することをしない
で記憶装置に記憶させておいて、次の処理にそなえるな
どが可能である。
(発明の効果) 本発明は、真空の全圧および/又は成分ガスの分圧を安
定かつ正確に測定する効果がある。
すなわち、質量分析計の感度変動を全圧計により補正
し、また、全圧計のガス組成による誤差を質量分析計で
補正することにより両者の欠点を補い、かつ長所を生か
し、正確な全圧値および分圧値を容易に求めることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例の真空計を被測定真空容器に
接続したものゝ概略図である。 1……被測定真空容器 2……真空計 3……四重極型質量分析計 4……バヤード・アルパートゲージ(B−A型電離真空
計) 5……演算処理装置 6……プリンター

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】分圧計と全圧計と演算処理装置とを含んで
    構成され、 前記演算処理装置は内部に記憶装置と中央処理装置とを
    有するものであり、 前記分圧計はM/Z数により決定される各成分ガスに対す
    るイオン電流値をデイジタル化し演算処理装置に出力す
    る分圧変換器を有するものであり、 前記全圧計は自己が測定した窒素感度での全圧値をデイ
    ジタル化し演算処理装置に出力する全圧変換器を有する
    ものであり、 前記記憶装置には、 各M/Z数の各成分ガスに対する分圧計の比感度と、 各M/Z数の各成分ガスに対するクラッキングパターンの
    行列の各要素と、 前記比感度と前記クラッキングパターンと前記分圧計か
    ら送られたイオン電流値とに基づいて各成分ガスの未知
    の分圧電流を求めるプログラムと、 前記分圧電流にに基づいて各成分ガスの濃度を求めるプ
    ログラムと、 前記濃度と全圧計に対する各成分ガスの窒素ガスに対す
    る比感度とに基づいて全圧形の未知である測定分圧状態
    での比感度を求めるプログラムと、 前記全圧形の比感度と全圧計から送られた窒素感度での
    全圧値とに基づいて全圧形の真の全圧値を求めるプログ
    ラムと、 が記憶されており、 前記中央処理装置では、前記記憶装置から呼び出した記
    憶内容と分圧計から送られたイオン電流値と全圧計から
    送られた窒素感度での全圧値とに基づいて、 分圧計の各成分ガスに対する濃度を求め、前記濃度によ
    り全圧形の窒素感度での全圧値を補正して真の全圧値を
    求め、前記真の全圧値と濃度とにより真の分圧値を算出
    し、該結果を出力することを特徴とした真空計。
JP59250288A 1984-11-27 1984-11-27 真空計 Expired - Lifetime JPH0746074B2 (ja)

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