JPS6128836A - ガス圧連続測定装置 - Google Patents

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】 この発明は、ガス圧力連続測定装置！ｔＫ関する。

これは高度真空から大気圧を超える圧力までの多（の数
量階層を含む測定範囲に亘り、線形にかつガス種ｍＫ関
係なく測定を行なうことを可能ならしめる。測定しよう
とするガス圧力は小さい部分容ａにおいて変調され、そ
してこのようにして発生された圧力振動は測定しよ５と
するガス圧力に比例する電気信号に変換される。

提案された装置は、測定すべきガス圧力を持　　　　　
（つている容積に連結し得るハウジングを有する。

ハウジング内に変調室が形成されており、これは規制さ
れた開口を経て上記の容積と連絡している。この変調室
は、−力の側を交流電圧源に接続された伝圧器、例えば
ピエゾ索子で、そして他方の側を圧力変動を電気信号に
変換する受信装置、例えばコンデンサ　マイクロホンで
区切られている。伝圧器と受信装置との間の距離は、変
調周波数における音速に対し小さく保たれる。受信装置
の出力は・電子工学的評価装置Ｋ接続される。

変調室における圧力変調は、ピエゾ電気的低圧器へ交流
電圧がかけられてこれが電圧周波数の拍子に合せて動く
ことにより起る。このようにして変調室において生成さ
れた圧力変動は、コンデンサ　マイクロホンで電気振動
に変換され、これはさらに’ｄｔ子工学的評価装置へ導
かれる。

新しい測定原理によって作動する装置の主要な応用領域
は、真空工学である。従来知られた真空針は、直接圧力
を測定するものと、圧力に依存するガスのパラメータを
測定するものとに分けることができる。ｆｌに挙げた種
類の真空計の利点は、測定すべきガスの状態方程式が一
致するならばガスの種類に無関係であることである。こ
の真空計には、ガス圧力によって薄板が変形されその変
形が測定されるもの（薄板−庄真空計）、及びガス圧力
が流体を重力に抗し−て上昇させ、その高さの変移が測
定されるもの（流体真空計）が属する。

ｆ２の種類の真空針には、圧力に依存するガス熱伝導率
を圧力測定に利用するピラニ真空針、自立のガス放電電
流の強さの圧力依存性を測定の基礎とするペニング真空
計、測定すべきガスの摩擦係数の圧力依存性を利用する
摩擦真空計、及び電子の衝突によって起こるガスのイオ
ン化度の圧力への依存性を測定するために用いるイオン
化真空計が属する。

薄板真空計は、複雑な製作工程を必要とし、従って高１
１ｆｆｉＫつく。さらに不利な点は、零点設定がうまく
再現できないことである。

瓜真空計は精密測定には適しない。

流体真空計の欠点は、測定容器内に測定流体の蒸気圧が
生ずること及び達成測定に当り測定範囲が甚だ小いこと
である。

ガスのパラメータの圧力依存性を測定に利用する真空計
は、ガスの種類に依存することと、測定すべきパラメー
タと圧力との関係が非線形である点が不利である。

ペニング真空計はさらに比較的大きく測定の正確性に欠
ける。

イオン化真空計においては測定すべきガスが分解するこ
とがあり得る。

ピラニ真空計は極めて僅かな測定範囲しか持たない。

この発明の根底には、ガス圧力連続測定装置であって、
ガスの種類に無関係に直接ガス圧力な測定できるものを
提供するという問題がある。

この場合流体を利用してはならない。なお測定忙よって
ガスの組成に変化を生じてはならない。融封的測定精度
は、状態方程式の理想ガスの状態方程式からのずれが２
％以下であるガスにあっては２％より良好でなければな
らない。

装置は線形であって、それにより較正が一つの圧力点に
おいて完全に行なわれ、そしてすべての測定範囲に対し
同一の測定目盛を使用し得るものでなければならない。

本発明によって、この問題は、測定すべぎガス圧力が小
さい部分容積内において変調され、そしてこのようにし
て発生された圧力変動が測定しよ５とするガス圧力に比
例する電気信号に変換されることによって、解決される
。

測定すべきガスが、理想ガスに対する状態方程式によっ
て良好な近似において記述し得るなうば、次の式が成立
つ。

Ｐ・Ｖ　＝　Ｋ　　　　　　　　　　　　　（１）ここ
にＰは測定すべき圧力、Ｋは定数、Ｖは褒詞しようとす
る体積である。体積が二つの極端ｖ１　　及びｖ２　　
間に変化されると、その結果の圧力差は　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　（となる。

（２）のＫＫ（１）からの値を代入すると、となる。

従−）て、一定体積の変ａｌＫあっては圧力変化は絶゛
対圧力に比例する。比例定数は幾何学的関ＦｋＫよって
与えられ、ガスの種類に依存する童を含まない。

この圧力測定を美行するために、以下に述べるような構
造を持つ装置を提案する。

測定すべきガス圧力を有する容積に連結し得るへウジン
グ内に、規定された開口を有する変調室が形成される。

変調室の一方の側は交流電圧源に接続された伝圧器で、
他方の側は圧力を電気信号に変換するための受信装置で
区切られる。その中で圧力が変調される変調室は、測定
すべきガス圧力が支配している容積と、伝圧器内の上記
開口により連通されている。

これらの開口は、変調室におけるガス圧力が１変調周期
内に他の容積のガス圧力と均等化し得ないような寸法に
しである。開口は、ガス圧力が変調周期に対して大きい
時間内には外部のガス圧力と均等化するので、連続的な
圧力測定を可能ならしめる。伝圧器と受信装置との間の
距離は、変調周波数における音速に対して小さく保たれ
る。

このようにして、理想ガスに対する方程式が考慮に入れ
られる。

受信装置の出力は、それ自体公知の構造を持つ電子工学
的評価装置へ接続される。

この装置の、ここに提起された実施態様においては、伝
圧器と受信装置との間の距離は変調室の中央において最
大値を有し、伝圧器の偏倚のそれの受信装置からの距離
に対する比がすべての点において等しくなるように、縁
へ行くＫつれて零となる。なお伝圧器の反衝力を補償す
る手段が博じである。伝圧器と受信装置との間の距離は
≦１．　Ｏｍｍの値をもつ。

目的に適うように伝圧器は、金属薄板に貼られた板状の
ピエゾ素子から成っている。

伝圧器に対向して変調室の他の側を閉ざす受信装置はコ
ンデンサ　マイクロホンであることが望ましい。

コンデンサ　マイクロホンの形成に際して、コンデンサ
板は金属網で構成される。

コンデンサ板マイク９ホンの代りに、大気圧範囲の圧力
測定のためには、ピエゾ素子を受信装置として使用する
ことができる。

この装置の有利な実施態様においては、伝圧器は、変Ｓ
＝に向いた側が凹面に形成された合成樹脂材を被せた金
属薄板上の板状ピエゾ素子から成る。

伝圧器振幅のドリフトを′制御することの可能性は、伝
圧器と機械的に結合して伝圧器と共に撮動する金属部分
と受信装置の薄板とがコンデンサを形成するならば、与
えられる。

伝圧器に基因して受信装置に影響を及ぼす反衝力を補償
するために、個々に、あるいは組合せて使用することが
できる多くの対策が提案される。

れる。

反衝力の、戚少は、例えば受信装置として用いられるコ
ンデンサ　マイクロホンを反衝力不感的構造にすること
によって達成される。このためにはすべての圧力受取り
Ｋｉして有効なコンデンサ板が同一の構造を持ちかり同
じ材料から作られるようにする。

機械的に、反衝力を補償するための他の対策は、変調至
の外部に伝圧器と逆の位相で振動する振動体を装着する
ことである。負フィードバック、あるいは云圧器と連相
で振動する振動体のｌ１相の反衝力の規制は、上記振動
体に付属させた反衝力に感するマイクロホンにより受け
られる信号によって行なうことができる。これによる受
信装置か測定する総反衝力は、圧力振動に基因する測定
信号に対して小となる。

受信装置として使用されるコンデンサ　マイ　　　　　
１）クロホンにおける反衝力信号の電子工孝的補償のた
めに、変調室の外部に反側力だ汁な受取る矛２のコンデ
ンサ　マイクロホンが設けられる。

受信装置への、反衝力による伝圧器振動の機械的伝達と
ならんで、伝圧器及び受信装置の支持部の弾性変形によ
る振動の機械的伝達が起こ鉢形薄板の縁において支える
ことが提案される。

これと同様に、変調室に向いた受信装置の薄板を鉢形に
して、その縁におい【支持してもよい。

変調室における圧力変調は、ピエゾ′屯気的伝圧器に交
流成田が印加されこれが電圧の拍子に合せて動くことに
よって行なわれる。このようにして変調室内に発生され
た圧力変動は、コンデンサマイクロホンによって゛戒気
信号に変換されこの信号はさらに’を子工学的評価装置
へ導かれる。

１ヘルツの測定帯域においてコンデンサ　マイクロホン
を受信装置として使用する場合、伝圧器から直接ハウジ
ングを経て受信装置へ伝達される振動が補償され、ある
いは口締され得るとの前提の下で、６量階より多い圧力
範囲において、測定すべきガスの状態方程式が理想ガス
の状態力４式と一致する精度をもって、圧力が線形にか
つガス種類に無関係に測定される。

変調室の大きさ及びコンデンサ　マイクロホンの薄板の
感度を選択することにより、本発明による装置の使用範
囲は広い限界内で変化する。

異なる使用範囲を有する多くの装置を電子圧工学的評＋
１１１ｉ装置により１個の装ｖｔ、にまとめることがで
き、それによって装置の測定範囲は、提案された測定装
置をもって遂行することができる圧力範囲のすべてを超
えて拡大することができる。

新しい測定ｉ埋に従って作動するこの発ｄＡＫよる装置
は、公知の真空測定装置に対し本質的な利点を示す。

唯１個の測定ヘッドをもって、高い精度をもって多（の
置所な含む測定範囲に亘り、線形にかつガスｌｌＩ類に
無関係に、連続的圧力測定を行なうことができる。

このような装置は位置に関係なく使用するととができる
。そして即刻測定を初めることかでき、かつ圧力侵入に
対して安全である。その取扱は簡単である。

なおこの他の利点は、軽量であり容積が小さく構造が簡
単であることであって、これは製作技術゛に対して有利
に作用する。

以下この発明を一つの実施例について詳細に説明する。

１・１図かられかるように、測定し・ようとするガス圧
力を有する容積と真空密研磨部２により遅結し得る真空
密ハウジング１の内部に変調室３が形成されている。

この変調厘３は圧力を４気信号に変換するために一力の
側を伝圧器４により、他方の側を受信装置５によって区
切られている。伝圧器４と受信装置ｆ５との間の距離は
変調室３の中央において最大値ａＩＴｌａｘとなり、室
の端へ行くにつれ零となる。距離ａｍａｘは１　ｍｍを
超えてはならない。この実施例においてはａｍａｘはＱ
、　３　ｍｍである。伝圧器４はここでは金属薄板７上
に置かれたピエゾ素子で構成されてｓ’）、金属薄板は
例えばエポキシド樹脂から成る合成樹脂層８で被覆され
ている。合成樹脂ノー８の変調室３に向いた側は凹面形
状に形成されている。

第１図に示された実施態様の装［においては受信装置５
として使用せられているコンデンサマイクロホンの金属
薄板は同一に構成され同じ材料で作られている。

伝土器の反衝力を機械的に補償するために、変調室３の
外部にこの実施例ではピエゾ　セラミンクの振動体９が
装着されており、これは伝圧器に対して逆相に振動する
。振動体９０頴相戊衝力の貝フィードバックまた−は裡
制のために反衝力に敏感なマイクロホン１０をこれに装
着することかできる。これはこの実施例においては同様
にピエゾ　セラミックである。受信装置５の反衝力信号
を電子工学的に補償するためにさらに１−２の・ンデン
テ　〜イク・ホン１１が設け　　　　（られており、こ
れは反衝力のみを受取る。〕・ウジングの蓋１ａはこの
場合コンデンサ板として機能する。

変調室３を区切っている受信装置５の薄板には規定され
た汲出開口１２があり、これはさらに装置の他の汲出開
口１３を通じて変調室３と測定しようとするガス圧力を
有する容積（図には示してない）とを連通ずる。

他の汲出開口１４は上記容積を測定装置の個々の機能素
子間の他の中間室と遅過ずる。測定装置の機能素子の金
属薄板は、互いに、またその支持物に対して絶縁されて
いる。伝圧器４は導ｉ１ｉ！ａを経て交流電圧源に接続
され、またその金属薄板７は導線すを経て交流電圧源の
反対極１６へ接続されており、交流′電圧源は伝圧器４
及び伝圧器に対し逆相に振動する振動体９を励起する役
目をする。反対極１６は、伝圧器の振幅の検出に対して
は接地される。振励９は、導ａｃを経て交流電圧源に接
続され、それの金属薄板は導線ｄを経て導線すと、従っ
て同様に交流心圧痒の反対極１６と接続される。反衝力
に感するマイクロホン１０が発する信号は、導線ｅを経
てハウジングｌから外へ導かれる。マイクロホン１０の
金属薄板は導線ｆを経て振動体９の金属薄板と接続され
ている。受信装置５の変調室３を区切っている薄板は、
導線７を経て接地されて（・る。

伝圧器４の振幅の検出のために、導ｍｇは高いダイナミ
ック内部抵抗を有する直流電圧源へ接続される。受信装
置５の変調室３へ向（・た薄板は、４ｉｄｈを経て高い
ダイナミック内部抵抗を有する直流電圧源及び亀子工学
的評価装置（ここでは図示されていない）に接続されて
おり、この装置は導線りを経て取出された測定信号をさ
らに処理加工する。反衝力を補償する役目を行なうコン
デンサ　マイクロホン１１の薄板は、導線ｔ′ｉｔｇて
高いダイナミック内部抵抗を有する直流゛１圧源へ接続
される。電気的遮蔽１７は、受信装置５及び反衝力の補
償をして（・るコンデンサ　マイクロホン１１の薄板及
び導ｍｇ・ｈ−１を励起交流゛４圧からシールドする役
目をする。

矛２図は低圧器４と受信装置５の代替的構成を示してお
り、これは低圧器４の保持部分の弾性変形に因る低圧４
４の振動の受信装置への機械的伝達を抑圧するに適して
いる。この場合伝圧器４の金属薄板７は鉢形に形成され
ており、そし・て低圧器４はこの鉢形薄板７の盪におい
て支持される。変調室３を区切っている受信装置５の薄
板も同様に鉢形をしており、同じくその縁において支持
されている。

【図面の簡単な説明】

矛１図は、本発明によるガス圧力測定ヘッドの軸方向断
面図、矛２図は、第１図の測定ヘッドにおける低圧器−
受信装置の代替的実施例を示す断面図である。 図中の符号の説明 ｌ　・・・　ハウジング ｌａ　　・・・　ハウジング蓋 ２　・・・　真空密研磨部 ３　・・・　変調室 ４　・・・　低圧器 ５　・・・　受信装置 ６　・・・　ピエゾ素子 ７　・・・　金属薄板 ８　・・・　合成樹脂層 ９　・・・　振動体 １０　　・・・　反衝力感知マイクロホン１．１　　・
・・　コンデンサ　マイクロホン１２　　・・・　汲出
開口 １３・・・　汲出開口 １４　　・・・　汲出開口 】５　・・・　絶縁物 １６　　・・・　反対極 １７　　・・・　′４気遮蔽 ａ　・・・　磁気４顧 ｂ　・・・　−気導線 Ｃ・・・　電気導線 ｄ　　＋＋・　電気導線 ｅ　　−・・　電気導線 ｆ　　−・・　電気導線 ｇ　・・・　電気導線 ｈ　・・・　電気導線 １　・・・　電気導線 第　１　図 第　２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　一方では交流電源に接続された伝圧器により、また
   他方では圧の変動を電気的信号に転換するための受信装
   置によつて限定されており、かつ搬出開口を経て、測定
   すべき容積と連結された閉鎖変調室のあるガス圧連続測
   定装置において、伝圧器（４）と受信装置（５）との間
   の距離は変調室（３）の中央においてその最大値となり
   、縁に向けてゼロとなつて伝圧器（４）と受信装置（５
   ）との間の距離に対する伝圧器（４）の偏倚の比率がす
   べての点において同じであり、伝圧器（４）の反衝力を
   補償するための手段が設けられていることを特徴とする
   ガス圧連続測定装置。 ２　特許請求の範囲第１項の記載において、前記伝圧器
   （４）が金属薄板（７）上に取付けられた板状ピエゾ素
   子（６）からなることを特徴とするガス圧連続測定装置
   。 ３　特許請求の範囲第２項の記載において、前記伝圧器
   （４）は変調室（３）に向けられた側面が凹面として形
   成された合成樹脂層（８）を被せた金属薄板（７）上み
   設けた板状ピエゾ素子（６）からなることを特徴とする
   ガス圧連続測定装置。 ４　特許請求の範囲第１項から第３項までのうちのいず
   れか１つの項の記載において、前記受信装置（５）はコ
   ンデンサマイクロホンであることを特徴とするガス圧連
   続測定装置。 ５　特許請求の範囲第４項の記載において、前記変調室
   （３）に背を向けている前記受信装置（５）の薄板が金
   属網として形成されていることを特徴とするガス圧連続
   測定装置。 ６　特許請求の範囲第１項の記載において、前記受信装
   置（５）はピエゾ素子であることを特徴とするガス圧連
   続測定装置。 ７　特許請求の範囲第１項から第４項までのうちのいず
   れか１つの項の記載において、前記伝圧器（４）と機械
   的に結合されている金属部分と前記受信装置（５）の薄
   板とがコンデンサを形成することを特徴とするガス圧連
   続測定装置。 ８　特許請求の範囲第１項から第４項までのうちのいず
   れか１つの項の記載において、前記受信装置（５）とし
   て用いられるコンデンサマイクロホンの圧受信の際に有
   効なコンデンサ板はすべて同一に同じ材料から作られて
   いることを特徴とするガス圧連続測定装置。 ９　特許請求の範囲第１項から第４項までのうちのいず
   れか１つの項の記載において、前記伝圧器（４）の反衝
   力を機械的に補償するために前記変調室（３）の外部に
   前記伝圧器（４）と逆相で振動する振動体（９）が設け
   られていることを特徴とするガス圧連続測定装置。 １０　特許請求の範囲第９項の記載において、前記伝圧
   器（４）と逆相で振動する振動体（９）の順相反衝力の
   負フィードバックあるいは制御のために反衝力に敏感な
   マイクロホン（１０）が設けられていることを特徴とす
   るガス圧連続測定装置。 １１　特許請求の範囲第１項から第４項までのうちのい
   ずれか１つの項の記載において、前記受信装置（５）と
   して用いられるコンデンサマイクロホンにおける反衝力
   信号の電子工学的補償のために、前記変調室（３）の外
   部に反衝力のみを受ける第２のコンデンサマイクロホ ン（１１）が設けられていることを特徴とするガス圧連
   続測定装置。