JPS61231423A - 真空計 - Google Patents
真空計Info
- Publication number
- JPS61231423A JPS61231423A JP7268785A JP7268785A JPS61231423A JP S61231423 A JPS61231423 A JP S61231423A JP 7268785 A JP7268785 A JP 7268785A JP 7268785 A JP7268785 A JP 7268785A JP S61231423 A JPS61231423 A JP S61231423A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrating body
- vibrator
- excitation
- vacuum gauge
- atmospheric pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
- G01L9/0022—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
この発明は真空計、とくに中、低真空の雰囲気圧力の計
測に好適な真空計に関するものである。
測に好適な真空計に関するものである。
従来、中、低真空の雰囲気圧力を計測する真空計として
は、ピラニ真空計が広く使用されている。
は、ピラニ真空計が広く使用されている。
このピラニ真空計は、真空中に抵抗線を設け、この抵抗
線に通電し、抵抗線の電気抵抗の変化から雰囲気圧力を
計測するものである。すなわち、ピラニ真空計は、雰囲
気圧力が高いときには、抵抗線の表面に存在する気体分
子の熱伝導によって。
線に通電し、抵抗線の電気抵抗の変化から雰囲気圧力を
計測するものである。すなわち、ピラニ真空計は、雰囲
気圧力が高いときには、抵抗線の表面に存在する気体分
子の熱伝導によって。
抵抗線の温度が低下するので、抵抗線の電気抵抗が低下
し、一方、雰囲気圧力が低くなると、抵抗線の電気抵抗
が上昇することを利用したものである。
し、一方、雰囲気圧力が低くなると、抵抗線の電気抵抗
が上昇することを利用したものである。
このように、ビラニ真空計においては、抵抗線に通電し
て、抵抗線を加熱するから、抵抗線に経時変化が生じ、
この経時変化による検出値の変化が無視できないので、
雰囲気圧力を精度よく計測することができない。また、
ビラニ真空計においては、気体分子の熱伝導によって抵
抗線から奪われる熱量の変化を利用しており、この熱量
の変化は雰囲気圧力が１０−” Ｔ ｏｒｒ以下では生
ぜず、また雰囲気圧力が１０ Ｔ ｏｒｒ以上になると
、抵抗線が焼損してしまうから、ビラニ真空計の検出可
能範囲は１０−３〜１０Ｔｏｒｒと狭い。
て、抵抗線を加熱するから、抵抗線に経時変化が生じ、
この経時変化による検出値の変化が無視できないので、
雰囲気圧力を精度よく計測することができない。また、
ビラニ真空計においては、気体分子の熱伝導によって抵
抗線から奪われる熱量の変化を利用しており、この熱量
の変化は雰囲気圧力が１０−” Ｔ ｏｒｒ以下では生
ぜず、また雰囲気圧力が１０ Ｔ ｏｒｒ以上になると
、抵抗線が焼損してしまうから、ビラニ真空計の検出可
能範囲は１０−３〜１０Ｔｏｒｒと狭い。
この発明は上述の問題点を解決するためになされたもの
で、雰囲気圧力を精度よく、しかも広範囲に計測するこ
とが可能な真空計を提供することを目的とする。
で、雰囲気圧力を精度よく、しかも広範囲に計測するこ
とが可能な真空計を提供することを目的とする。
この目的を達成するため、この発明においては。
板状の振動体を加振する加振手段を設け、上記加振体の
振動による変位を検出する検出手段を設ける。
振動による変位を検出する検出手段を設ける。
第１図はこの発明に係る真空計を示す分解斜視図、第２
図は同じく一部正断面図である１図において、３は単一
のシリコン単結晶からなる支持部材、２は支持部材３に
設けられた板状の振動体。
図は同じく一部正断面図である１図において、３は単一
のシリコン単結晶からなる支持部材、２は支持部材３に
設けられた板状の振動体。
１は支持部材３と振動体２との間に設けられたトーショ
ンバーで、トーションバー１．振動体２は支持部材３と
一体に形成されている。４は単一のシリコン単結晶から
なる基板で、基板４に支持部材３が固定されている。１
１は基板４の表面に設けられた溝、５は溝１１の表面に
形成された加振電極。
ンバーで、トーションバー１．振動体２は支持部材３と
一体に形成されている。４は単一のシリコン単結晶から
なる基板で、基板４に支持部材３が固定されている。１
１は基板４の表面に設けられた溝、５は溝１１の表面に
形成された加振電極。
６は溝１１の表面に形成された検出電極、７は溝１１の
表面に設けられた支持突起で、支持突起７は加振電極５
と検出電極６との間に設けられており。
表面に設けられた支持突起で、支持突起７は加振電極５
と検出電極６との間に設けられており。
支持突起７は振動体２の中央部の下方に位置している。
８は基板４の表面に形成された加振回路で。
加振回路８は支持部材３．加振電極５に接続されており
、加振回路８は振動体２と加振電極５との間に加振電圧
を印加する。９は基板４の表面に形成された検出回路で
、検出回路９は支持部材３゜検出電極６に接続されてお
り、検出回路９は振動体２と検出電極６との間の静電容
量を検出する。
、加振回路８は振動体２と加振電極５との間に加振電圧
を印加する。９は基板４の表面に形成された検出回路で
、検出回路９は支持部材３゜検出電極６に接続されてお
り、検出回路９は振動体２と検出電極６との間の静電容
量を検出する。
１０は基板４の表面ｉ形成された制御回路で、制御回路
１０は加振回路８．検出回路９に接続されている。
１０は加振回路８．検出回路９に接続されている。
この真空計を製造するには、まずリソグラフィおよびエ
ツチング技術を応用して、基板４の表面に溝１１および
支持突起７を設げ、溝１１の表面を酸化して二酸化シリ
コン絶縁膜を形成し、その絶縁膜上にたとえばアルミニ
ウムからなる加振電極５゜検出電極６をリングラフイッ
クに形成し、また基板４の表面に加振回路８．検出回路
９．制御回路１０を形成し、一方リソグラフイおよびエ
ツチングにより、支持部材３にトーションバー１および
振動体２を形成して、基板４に支持部材３を固定する。
ツチング技術を応用して、基板４の表面に溝１１および
支持突起７を設げ、溝１１の表面を酸化して二酸化シリ
コン絶縁膜を形成し、その絶縁膜上にたとえばアルミニ
ウムからなる加振電極５゜検出電極６をリングラフイッ
クに形成し、また基板４の表面に加振回路８．検出回路
９．制御回路１０を形成し、一方リソグラフイおよびエ
ツチングにより、支持部材３にトーションバー１および
振動体２を形成して、基板４に支持部材３を固定する。
なお、真空計の使用条件に応じて、加振電極５、検出電
極６の表面を保護する表面処理を行なう。
極６の表面を保護する表面処理を行なう。
このような真空計においては、加振回路８によって振動
体２と加振電極５との間に加振電圧を印加すると、振動
体２が振動する。そして、振動体２が振動すると、振動
体２と検出電極６との間の距離が変化するため、振動体
２と検出電極６との間の静電容量が変化するので、検出
回路９により振動体２と検出電極６との間の静電容量の
変化を検出すれば、振動体２の傾き角を検出することが
できる。
体２と加振電極５との間に加振電圧を印加すると、振動
体２が振動する。そして、振動体２が振動すると、振動
体２と検出電極６との間の距離が変化するため、振動体
２と検出電極６との間の静電容量が変化するので、検出
回路９により振動体２と検出電極６との間の静電容量の
変化を検出すれば、振動体２の傾き角を検出することが
できる。
第３図は加振回路８．加振電極５により振動体２をその
共振周波数で振動させた場合の雰囲気圧力と振動体２の
最大傾き角θとの関係を示すグラフである。図において
、線Ａは第１図に示した寸法ａ、ｂ、ｄ、Ｑ、ｔがそれ
ぞれ２ｍ、１．１ｍｍ。
共振周波数で振動させた場合の雰囲気圧力と振動体２の
最大傾き角θとの関係を示すグラフである。図において
、線Ａは第１図に示した寸法ａ、ｂ、ｄ、Ｑ、ｔがそれ
ぞれ２ｍ、１．１ｍｍ。
０．１ｍ、１．５■、Ｏ，１ｍｍ、振動体２と加振電極
５゜検出電極６との間の距離が０．１ｍ、加振電圧が４
００Ｖ、加振周波数（共振周波数）が１７ｋＨｚの場合
を示し、線Ｂは寸法ａｍ ｂｅ ｄｅ Ｑ＊ ｔがそれ
ぞれ２ｍ、１７．５■、０．１閣、２■、０．１閣、振
動体２と加振電極５．検出電極６との間の距離が０．１
ｍ。
５゜検出電極６との間の距離が０．１ｍ、加振電圧が４
００Ｖ、加振周波数（共振周波数）が１７ｋＨｚの場合
を示し、線Ｂは寸法ａｍ ｂｅ ｄｅ Ｑ＊ ｔがそれ
ぞれ２ｍ、１７．５■、０．１閣、２■、０．１閣、振
動体２と加振電極５．検出電極６との間の距離が０．１
ｍ。
加振電圧が６０ｖ、加振周波数２．６ｋＨｚの場合を示
す。
す。
図から明らかなように、雰囲気圧力が高いときには、最
大傾き角θが小さく、雰囲気圧力が低くなると、最大傾
き角θが大きくなる。これは雰囲気圧力が高いときには
振動体２の振動に対する気体分子の抵抗が大きく、雰囲
気圧力が低くなると振動体２の振動に対する気体分子の
抵抗が小さくなるため！ある。したがって、検出電極６
．検出回路９によって最大傾き角θを検出すれば、雰囲
気圧力を計測することができる。そして、線Ａの場合に
は、雰囲気圧力が約１０−２〜１０” Ｔ ｏｒｒの範
囲で最大傾き角θが変化するから、雰囲気圧力が約１０
１〜１０３Ｔ ｏｒｒの範囲で検出可能であり、また線
Ｂの場合には、雰囲気圧力が約１０−’−１０−”Ｔｏ
ｒｒの範囲で最大傾き角θが変化するから、雰囲気圧力
が約１０−５〜１０−Ｔ ｏｒｒの範囲で検出可能であ
る。
大傾き角θが小さく、雰囲気圧力が低くなると、最大傾
き角θが大きくなる。これは雰囲気圧力が高いときには
振動体２の振動に対する気体分子の抵抗が大きく、雰囲
気圧力が低くなると振動体２の振動に対する気体分子の
抵抗が小さくなるため！ある。したがって、検出電極６
．検出回路９によって最大傾き角θを検出すれば、雰囲
気圧力を計測することができる。そして、線Ａの場合に
は、雰囲気圧力が約１０−２〜１０” Ｔ ｏｒｒの範
囲で最大傾き角θが変化するから、雰囲気圧力が約１０
１〜１０３Ｔ ｏｒｒの範囲で検出可能であり、また線
Ｂの場合には、雰囲気圧力が約１０−’−１０−”Ｔｏ
ｒｒの範囲で最大傾き角θが変化するから、雰囲気圧力
が約１０−５〜１０−Ｔ ｏｒｒの範囲で検出可能であ
る。
このため、両者を併用すれば、雰囲気圧力が約１０−５
〜１０’Ｔｏｒｒの範囲で検出可能である。また、寸法
す等を任意に定めることにより、さらに広範囲の検出も
可能である。
〜１０’Ｔｏｒｒの範囲で検出可能である。また、寸法
す等を任意に定めることにより、さらに広範囲の検出も
可能である。
さらに、雰囲気圧力が高いときには、振動体２の加振を
停止した時点から、振動体２の傾き角が最大傾き角θの
たとえば２分の１になるまで時間が短く、一方、雰囲気
圧力が低くなると、上記時間が長くなる。これは雰囲気
圧力が高いときには気体分子の抵抗が大きく、雰囲気圧
力が低くなると気体分子の抵抗が小さくなるためである
。したがって、振動体２の加振を停止したとき、加振回
路８から制御回路１０を介して検出回路９に信号を送り
、検出回路９により上記信号を入力した時点から振動体
２の傾き角が最大傾き角θのたとえば２分の１になるま
での時間を検出すば、雰囲気圧力を計測することができ
る。
停止した時点から、振動体２の傾き角が最大傾き角θの
たとえば２分の１になるまで時間が短く、一方、雰囲気
圧力が低くなると、上記時間が長くなる。これは雰囲気
圧力が高いときには気体分子の抵抗が大きく、雰囲気圧
力が低くなると気体分子の抵抗が小さくなるためである
。したがって、振動体２の加振を停止したとき、加振回
路８から制御回路１０を介して検出回路９に信号を送り
、検出回路９により上記信号を入力した時点から振動体
２の傾き角が最大傾き角θのたとえば２分の１になるま
での時間を検出すば、雰囲気圧力を計測することができ
る。
また、第４図は雰囲気圧力と振動体２の傾き角が最大と
なる加振周波数との関係を示すグラフである。このグラ
フから明らかなように、雰囲気圧力が高いときには、上
記加振周波数が低く、雰囲気圧力が低くなると、上記加
振周波数が高くなる。
なる加振周波数との関係を示すグラフである。このグラ
フから明らかなように、雰囲気圧力が高いときには、上
記加振周波数が低く、雰囲気圧力が低くなると、上記加
振周波数が高くなる。
これは雰囲気圧力が高いときには気体分子の抵抗が大き
く、雰囲気圧力が低くなると気体分子の抵抗が小さくな
るためである。したがって、制御回路１０から加振回路
８に信号を出力することにより、振動体２の固有振動数
に近い領域で加振周波数を変化させ、同時に制御回路１
０から検出回路９に上記信号を出力し、検出回路９で振
動体２の傾き角が最大となる加振周波数を検出すれば、
雰囲気圧力を計測することができる。この場合、傾き角
が最大となる加振周波数の信号と振動体２の固有振動数
の信号とを干渉させて１両者の周波数差に起因するうな
りの周波数を検出すれば、最大振幅を示す周波数を精密
に検出することが可能である。
く、雰囲気圧力が低くなると気体分子の抵抗が小さくな
るためである。したがって、制御回路１０から加振回路
８に信号を出力することにより、振動体２の固有振動数
に近い領域で加振周波数を変化させ、同時に制御回路１
０から検出回路９に上記信号を出力し、検出回路９で振
動体２の傾き角が最大となる加振周波数を検出すれば、
雰囲気圧力を計測することができる。この場合、傾き角
が最大となる加振周波数の信号と振動体２の固有振動数
の信号とを干渉させて１両者の周波数差に起因するうな
りの周波数を検出すれば、最大振幅を示す周波数を精密
に検出することが可能である。
第５図はこの発明に係る他の真空計の一部を示す分解斜
視図、第６図は同じく正断面図である。
視図、第６図は同じく正断面図である。
第１図、第２図に示した真空計においては、振動体２の
支持部としてトーションバー１を用いたが。
支持部としてトーションバー１を用いたが。
第５図、第６図に示した真空計においては、振動体２の
支持部として片持ち梁１２を用いており、この真空計に
おいても第１図、第２図に示した真空計と同様に雰囲気
圧力を計測することが可能である。
支持部として片持ち梁１２を用いており、この真空計に
おいても第１図、第２図に示した真空計と同様に雰囲気
圧力を計測することが可能である。
なお、上述実施例においては、加振手段を加振電極５と
加振回路８とで構成した場合について説明したが、加振
手段として電磁力を利用したもの等を用いてもよい、ま
た、上述実施例においては、検出手段を検出電極６と検
出回路９とで構成した場合について説明したが、検出手
段として磁気を検出するもの等を用いてもよい。さらに
、上述実施例においては、振動体２を単一のシリコン単
結晶からなる支持部材３と一体に形成したが、支持部材
３の材質を金属等としてもよく、しかも振動体２の材質
と支持部材３の材質とが異なってもよい。また、上述実
施例においては、加振電極５゜検出電極６を単一シリコ
ン単結晶からなる基板４上に形成したが、加振電極５．
検出電極６をガラス等からなる基板上に形成してもよい
、さらに。
加振回路８とで構成した場合について説明したが、加振
手段として電磁力を利用したもの等を用いてもよい、ま
た、上述実施例においては、検出手段を検出電極６と検
出回路９とで構成した場合について説明したが、検出手
段として磁気を検出するもの等を用いてもよい。さらに
、上述実施例においては、振動体２を単一のシリコン単
結晶からなる支持部材３と一体に形成したが、支持部材
３の材質を金属等としてもよく、しかも振動体２の材質
と支持部材３の材質とが異なってもよい。また、上述実
施例においては、加振電極５゜検出電極６を単一シリコ
ン単結晶からなる基板４上に形成したが、加振電極５．
検出電極６をガラス等からなる基板上に形成してもよい
、さらに。
上述実施例においては、加振回路８．検出回路９を基板
４上に形成したが、加振回路８．検出回路９を支持部材
３上に形成してもよい。そして、上述実施例のように、
支持部材３．基板４の材質を単一シリコン単結晶とし、
振動体２を支持部材３と一体に形成するとともに、加振
電極５．検出電極６．加振回路８．検出回路９．制御回
路１０を基板４上に形成すれば、極めてコンパクトな真
空計が実現可能である。また、上述実施例においては、
加振電極５．検出電極６を設けたが、加振と検出とを交
互に行なう場合には、加振用電極と検出用電極とを単一
の電極で共用することも可能である。
４上に形成したが、加振回路８．検出回路９を支持部材
３上に形成してもよい。そして、上述実施例のように、
支持部材３．基板４の材質を単一シリコン単結晶とし、
振動体２を支持部材３と一体に形成するとともに、加振
電極５．検出電極６．加振回路８．検出回路９．制御回
路１０を基板４上に形成すれば、極めてコンパクトな真
空計が実現可能である。また、上述実施例においては、
加振電極５．検出電極６を設けたが、加振と検出とを交
互に行なう場合には、加振用電極と検出用電極とを単一
の電極で共用することも可能である。
以上説明したように、この発明に係る真空計においては
、振動体の振動に対する気体分子の抵抗の変化によって
雰囲気圧力を計測するから、経時変化による検出値の変
化が生ずることがなく、雰囲気圧力を精度よく計測する
ことができる。また、振動体の面積を変えること等によ
り、振動体の振動に対する気体分子に抵抗の変化を広範
囲で生じさせることができるとともに、雰囲気圧力が１
０Ｔ ｏｒｒ以上となっても雰囲気圧力の計測が可能で
あるから、極めて広範囲の雰囲気圧力を計測することが
できる。このように、この発明の効果は顕著である。
、振動体の振動に対する気体分子の抵抗の変化によって
雰囲気圧力を計測するから、経時変化による検出値の変
化が生ずることがなく、雰囲気圧力を精度よく計測する
ことができる。また、振動体の面積を変えること等によ
り、振動体の振動に対する気体分子に抵抗の変化を広範
囲で生じさせることができるとともに、雰囲気圧力が１
０Ｔ ｏｒｒ以上となっても雰囲気圧力の計測が可能で
あるから、極めて広範囲の雰囲気圧力を計測することが
できる。このように、この発明の効果は顕著である。
第１図はこの発明に係る真空計を示す分解斜視図、第２
図は同じく一部正断面図、第３図は雰囲気圧力と振動体
の最大傾き角θとの関係を示すグラフ、第４図は雰囲気
圧力と振動体の傾き角が最大となる加振周波数との関係
を示すグラフ、第５図はこの発明に係る他の真空計の一
部を示す分解斜視図、第６図は同じく正断面図である。
図は同じく一部正断面図、第３図は雰囲気圧力と振動体
の最大傾き角θとの関係を示すグラフ、第４図は雰囲気
圧力と振動体の傾き角が最大となる加振周波数との関係
を示すグラフ、第５図はこの発明に係る他の真空計の一
部を示す分解斜視図、第６図は同じく正断面図である。
Claims (8)
- （１）板状の振動体と、その振動体を加振する加振手段
と、上記振動体の振動による変位を検出する検出手段と
を具備することを特徴とする真空計。 - （２）上記加振手段が、上記振動体に近接して設けた加
振電極およびその加振電極と上記振動体との間に加振電
圧を印加する加振回路からなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の真空計。 - （３）上記検出手段が、上記振動体に近接して設けた検
出電極およびその検出電極と上記振動体との間に静電容
量を検出する検出回路からなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項または第２項記載の真空計。 - （４）上記振動体を単一のシリコン単結晶からなる支持
部材と一体に形成したことを特徴とする特許請求の範囲
第１項、第２項または第３項記載の真空計。 - （５）上記加振電極および上記検出電極を単一のシリコ
ン単結晶からなる基板上に形成したことを特徴とする特
許請求の範囲第３項または第４項記載の真空計。 - （６）上記加振回路および上記検出回路を上記基板上に
形成したことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
真空計。 - （７）上記加振回路および上記検出回路を上記支持部材
上に形成したことを特徴とする特許請求の範囲第４項ま
たは第５項記載の真空計。 - （８）上記振動体の支持部がトーションバーであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第７項のいず
れかに記載の真空計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60072687A JP2518814B2 (ja) | 1985-04-08 | 1985-04-08 | 真空計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60072687A JP2518814B2 (ja) | 1985-04-08 | 1985-04-08 | 真空計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61231423A true JPS61231423A (ja) | 1986-10-15 |
| JP2518814B2 JP2518814B2 (ja) | 1996-07-31 |
Family
ID=13496527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60072687A Expired - Lifetime JP2518814B2 (ja) | 1985-04-08 | 1985-04-08 | 真空計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2518814B2 (ja) |
Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0413941A (ja) * | 1990-05-07 | 1992-01-17 | Aloka Co Ltd | 圧力センサ |
| EP0735354A1 (en) * | 1995-03-21 | 1996-10-02 | Varian Associates, Inc. | Micromechanical pressure gauge having extended sensor range |
| WO2007134714A1 (de) * | 2006-05-24 | 2007-11-29 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Mems vakuumsensor nach dem reibungsprinzip |
| JP2011196831A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Fuji Electric Co Ltd | 真空計 |
| JP2011196833A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Fuji Electric Co Ltd | 真空計 |
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP4522143B2 (ja) * | 2004-05-20 | 2010-08-11 | キヤノン株式会社 | 真空計 |
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|---|---|
| JP2518814B2 (ja) | 1996-07-31 |
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