JPWO2013051198A1 - 隔膜型圧力計 - Google Patents

Abstract

隔膜型圧力計は、第１圧力範囲内の圧力を測定できる第１センサと、前記第１圧力範囲よりも高圧側に上限を有するとともに前記第１圧力範囲との重複範囲を有する第２圧力範囲内の圧力を測定できる第２センサと、前記第１センサ及び前記第２センサからの出力に対応した圧力値を算出する演算手段と、を備え、前記演算手段は、前記第１センサ及び前記第２センサにより前記重複範囲内で検出なされたとき、前記第１センサから出力された信号に対応する第１圧力値及び前記第２センサから出力された信号に対応する第２圧力値を算出し、前記第１圧力値と前記第２圧力値との差分に対応する前記第２センサの信号量を算出し、前記第２圧力範囲のうち前記第１圧力範囲の上限よりも高い圧力を測定する際、前記第２センサから出力される信号に前記信号量を加算した信号に対応する圧力値を出力する。

Description

この発明は隔膜型圧力計に係り、特に、測定圧力領域を広帯域化した隔膜型圧力計に関する。

電子部品や半導体製品を製造する過程においては、真空装置内で薄膜を形成したりエッチングしたりするプロセスが不可欠である。ここで、真空装置内圧力を一定に保ちながらプロセスを進めるのが普通である。プロセス中における真空装置内の圧力を測定するための圧力計としては、気体の種類に関係無く正確な圧力測定が可能な隔膜型圧力計がしばしば用いられる。

図１０に従来の隔膜型圧力計の構造の一例を示す（特許文献１）。このような単一のダイヤフラム構造の隔膜型圧力計の圧力測定範囲は、２〜４桁程度である。これは、低い圧力領域側では隔膜の変位量が微少となり、また高い圧力領域側ではダイヤフラムの変異が圧力に比例しなくなるためである。そのため、このような隔膜型圧力計でより広い圧力領域を測定する場合には、測定圧力領域の異なる隔膜型圧力計を複数台用意し、それぞれの圧力計の出力電圧を個々に測定することによって圧力測定を行う必要がある。ところで、特許文献１の隔膜型圧力計では、ダイヤフラム電極４（隔膜型圧力検出素子）の中心から外れた位置に対向して補正電極１０を備えている。固定電極５で検出される静電容量を補正電極１０で検出される静電容量で補正することで環境温度が圧力測定に与える影響を低減している。しかしながら、この補正電極の機能を動作させても環境温度変動による出力電圧の変動は避けられない。そこで、隔膜型圧力計は、この変動量を修正するためのボリュームやスイッチを備えている。

一方、図１１に示すように、２つの隔膜型圧力検出素子を有する隔膜型圧力計が知られている（特許文献２）。特許文献２の隔膜型圧力計は、半導体製造プロセス技術を応用したマイクロマシン技術によって作製されたものである。絶縁基板１３とシリコン基板１４（弾性構造８と剛性構造１１で構成されている）を張り合わせた真空センサチップの大きさは、数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度、厚さは１ｍｍ程度である。測定レンジの異なる２つの隔膜型圧力検出素子を組み合わせることにより、１台の隔膜型圧力計でより広い圧力領域を測定することができるように構成されている。特許文献２のような隔膜型圧力計では、２つの隔膜型圧力検出素子のそれぞれに設けた補正電極によって、環境温度変動による静電容量を隔膜型圧力検出素子ごとに補正するのが一般的である。

米国特許公報第５５１５７１１号 特開２００１−２５５２２５号公報

しかしながら、特許文献２の隔膜型圧力計は２つの隔膜型圧力検出素子を備えていることから、測定値を出力する隔膜型圧力検出素子が切り替わる領域では、測定される圧力値が２つ存在する。そのため、隔膜型圧力検出素子が切り替わる領域では採用する測定値をユーザーの選択に委ねる操作が行われることがあった。しかしながら、隔膜型圧力検出素子が切り替わる領域では、高い圧力領域を検出する隔膜型圧力検出素子の測定精度が劣るために、測定値の誤差が比較的大きいという課題があった。このような課題の解決のため、切り替わる領域の２つの圧力値の平均化や重み付けを行った計算によって１つの測定値として出力する方法も提案されているが、更なる測定精度の向上が望まれている。

本発明の目的は、圧力測定範囲の異なる複数の隔膜型圧力検出素子を単一の筐体内に配置した隔膜型圧力計で、隔膜型圧力検出素子が切り替わる領域での良好な測定精度を有する隔膜型圧力計を提供することである。

本発明の隔膜型圧力計は、第１圧力範囲内の圧力を測定できる第１センサと、第１圧力範囲よりも高圧側に上限を有するとともに、第１圧力範囲との重複範囲を有する第２圧力範囲内の圧力を測定できる第２センサと、第１センサ及び前記第２センサからの出力に対応した圧力値を算出する演算手段と、を備え、演算手段は、第１センサ及び前記第２センサにより重複範囲内で検出がなされたとき、第１センサから出力された信号に対応する第１圧力値及び第２センサから出力された信号に対応する第２圧力値を算出し、第１圧力値と第２圧力値との差分に対応する第２センサの信号量を算出し、第２圧力範囲のうち第１圧力範囲の上限よりも高い圧力を測定する際、第２センサから出力される信号に信号量を加算した信号に対応する圧力値を出力することを特徴とする。

本発明によれば、圧力検出領域の異なる複数の隔膜型圧力検出素子を単一の筐体内に配置した隔膜型圧力計であって、隔膜型圧力検出素子が切り替わる領域での良好な測定精度を有する隔膜型圧力計を提供することができる。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明の一実施形態に係る隔膜型圧力計の概略図である。 本発明の他の実施形態に係る隔膜型圧力計の概略図である。 本発明の一実施形態に係る隔膜型圧力計Ｇのシステム構成図である。 本発明の一実施形態に係る測定圧力と静電容量のデジタル値の関係図である。 本発明の一実施形態に係る隔膜型圧力計の測定圧力とＩ／Ｏ出力信号の関係図である。 本発明の一実施形態に係る測定圧力と静電容量のデジタル値の関係図である。 本発明の一実施形態に係る隔膜型圧力計の測定圧力と圧力のデジタル値の関係図である。 本発明の一実施形態に係る隔膜型圧力計のフローチャートである。 図８のＳ００９での処理のフローチャートである。 従来の隔膜型圧力計の構造の一例を示す概略図である。 従来の隔膜型圧力計の構造の他の一例を示す概略図である。

図１に本発明の一実施形態に係る隔膜型圧力計Ｇを示す。隔膜型圧力計Ｇは、真空装置２に内部空間が連通された筐体３、筐体３内に配設された隔膜型圧力検出ユニット１８、隔膜型圧力検出ユニット１８からの出力値を圧力値として検出する電気回路７を主要な構成要素として有している。筐体３と電気導入端子９によって大気側の空間と真空側の空間とが分離され、隔膜型圧力検出ユニット１８のダイヤフラム電極４１、４２は真空側の空間に配置され、電気回路７は大気側の空間に配置されている。電気回路７は電気出力端子１２を介して外部の制御装置や表示装置と接続されている。Ｉ／Ｏ信号端子１７は、電気出力端子１２より出力される電気信号が固定電極５ａ、５ｂのいずれの固定電極によって測定された出力であるのかを示す情報を外部に出力する。

隔膜型圧力検出ユニット１８は、例えば、半導体製造プロセス技術を応用したマイクロマシン技術によって作製されうる。単一のシリコン基板上に複数のダイヤフラム電極４１、４２が形成され、それらのダイヤフラム電極４１、４２はそれぞれ異なる圧力領域に対して検出感度を持っている。複数のダイヤフラム電極４１，４２による圧力検出範囲を相互に異ならせるために、それらの面積が相互に異なる。これらのダイヤフラム電極４１、４２に対向して固定電極５ｂ、５ａが絶縁基板１３上に配置されており、これらの固定電極５ｂ、５ａとダイヤフラム電極４１、４２との間の静電容量に基づいて圧力が検出される。固定電極５ａとダイヤフラム電極４２とによって１つの隔膜型圧力検出素子（低圧側センサあるいは第１センサ）が構成され、固定電極５ｂとダイヤフラム電極４１とによって他の１つの隔膜型圧力検出素子（高圧側センサあるいは第２センサ）が構成されている。

低圧側センサ（第１センサ）の一部として機能するダイヤフラム電極４２は低い圧力領域（第１圧力範囲）で高い感度を有し、高圧側センサ（第２センサ）の一部として機能するダイヤフラム電極４１は高い圧力領域（第２圧力範囲）で高い感度を有している。後述するが、本実施形態において低圧側センサでの圧力測定結果を出力する範囲は０．０１〜１００Ｐａであり、高圧側センサの圧力測定結果を出力する範囲は１００〜１０００００Ｐａとして設定されている。ただし、低圧側センサと高圧側センサでの圧力測定できる範囲（第１圧力範囲と第２圧力範囲）は、それぞれの圧力測定結果を出力する範囲よりも広く、第１圧力範囲と第２圧力範囲は重複範囲を有している。

図２に本発明の他の実施形態に係る隔膜型圧力計Ｇ２を示す。隔膜型圧力計Ｇ２は、互いに分離された２つの隔膜型圧力検出素子を備えている点で図１に示した隔膜型圧計Ｇと異なっている。これらの隔膜型圧力検出素子２２ａ、２２ｂは、相互に独立したシリコン基板２４ａ、２４ｂ上に形成されており、これらの隔膜型圧力検出素子２２ａ、２２ｂの圧力検出範囲を異ならせるために、ダイヤフラム電極４１ａ、４２ａは、それらの厚さが相互に異なる。なお、これらのダイヤフラム電極４１ａ、４２ａの面積は、相互に同じでありうる。

図２において、例えば、ダイヤフラム電極４２ａの大きさを７ｍｍ角とし、ダイヤフラム電極４２ａと固定電極５ａとの間の距離を９μｍとした場合、ダイヤフラム電極４２ａの厚さを２２μｍとすればフルスケール圧力が１００Ｐａの隔膜型圧力検出素子２２ｂを得ることができる。同様に、ダイヤフラム電極４１ａを７ｍｍ角、ダイヤフラム電極４１ａと固定電極５ｂとの間の距離を９μｍ、ダイヤフラム電極４１ａの厚さを２００μｍとすればフルスケール圧力が１００,０００Ｐａの隔膜型圧力検出素子２２ａを得ることができる。隔膜型圧力検出素子２２ｂ、２２ａはマイクロマシン技術で製造されうるが、機械加工によって製造した隔膜型圧力検出素子を使用しても同様の効果が得られる。また、図４，５は隔膜型圧力計Ｇについて説明されているが、図４，５を参照した説明において、隔膜型圧力計Ｇ２については「ダイヤフラム電極４１，４２」の記載を「ダイヤフラム電極４１ａ，４２ａ」と読み替えるものとする。

図３に隔膜型圧力計Ｇのシステム構成図を示す。隔膜型圧力計Ｇの制御回路は、隔膜型圧力検出素子３２、３３、Ｃ／Ｄコンバータ２１、ＣＰＵ（中央演算ユニット）２３、温度センサ２８、測定圧力調整装置２７、メモリ２５、Ｄ／Ａコンバータ２９、Ｉ／Ｏ出力端子３１を有して構成されている。圧力検出素子３２は、隔膜型圧力計Ｇでは、ダイヤフラム電極４２と固定電極５ａで構成されているコンデンサ構造（低圧側センサ）を有する。圧力検出素子３３は、隔膜型圧力計Ｇでは、ダイヤフラム電極４１と固定電極５ｂで構成されるコンデンサ構造（高圧側センサ）を有する。一方、隔膜型圧力計Ｇ２では、圧力検出素子３２は、ダイヤフラム電極４２ａと固定電極５ａ構成されるコンデンサ構造を有し、圧力検出素子３３は、ダイヤフラム電極４１ａと固定電極５ｂで構成されるコンデンサ構造を有する。Ｃ／Ｄコンバータ２１は圧力検出素子３２、３３のそれぞれに対して１つ設けられており、圧力検出素子３２、３３から出力された静電容量値をデジタル値に変換するものである。メモリ２５はＣＰＵ２３による書き込みと読み出しが可能な記憶装置である。Ｄ／Ａコンバータ２９はＣＰＵ２３から出力されたデジタル値をアナログ値に変換するものである。

圧力検出素子３２、３３から出力されたアナログ信号（静電容量値）は、Ｃ／Ｄコンバータ２１でデジタル値（静電容量値のデジタル値）に変換されてＣＰＵ２３に送られる。ＣＰＵ２３は、Ｃ／Ｄコンバータ２１から供給される静電容量値を示すデジタル値を、温度センサ２８による測定値、測定圧力調整装置２７からの信号及びメモリ２５からの信号に基づいて処理することによって圧力値を示すデジタル値に変換し、それをＤ／Ａコンバータ２９に送る。Ｄ／Ａコンバータ２９は、入力された圧力値を示すデジタル値に対応する出力信号（圧力値を示す電圧値）をアナログ値として電気出力端子１２から出力する。このとき、電気出力端子１２から出力される信号が圧力検出素子３２、３３のいずれの素子によって測定された出力であるのかを示す情報をＩ／Ｏ出力端子３１から併せて外部に出力する。

隔膜型圧力検出素子１８のダイヤフラム電極４１，４２は２つに限らず、３以上の数であってもよい。圧力検出素子３２、３３が圧力値を静電容量値として出力（第１センサまたは第２センサからの出力）する場合、圧力検出素子３２、３３は、静電容量値をデジタル値に変換するＣ／Ｄコンバータ２１に接続される。また、圧力検出素子３２、３３が圧力値を電圧値として出力する素子である場合は、圧力検出素子３２、３３は、Ｃ／Ｄコンバータ２１の代わりにＡ／Ｄコンバータに接続され、ＣＰＵ２３には電圧値を示すデジタル値が供給される。

各圧力検出素子３２、３３の出力は、圧力の他に環境温度によっても変化しうる。そのため、各圧力検出素子３２、３３の環境温度(環境温度は図３中に示した温度センサ２８によって検知される)毎のデジタル値の出力特性を予めデータとして採取しておき、その温度特性データがメモリ２５の中に保存されている。なお、測定圧力調整装置２７については後述する。

図４に、測定圧力と各Ｃ／Ｄコンバータ２１から出力される静電容量のデジタル値との関係を示す。図中、特性Ａはフルスケール圧力が１００Ｐａ、特性Ｂはフルスケール圧力が１００，０００Ｐａの圧力検出素子の出力特性である。隔膜型圧力計Ｇ、Ｇ２では、固定電極５ａを有する圧力検出素子（低圧側センサあるいは第１センサ）の出力が特性Ａ、固定電極５ｂを有する圧力検出素子（高圧側センサあるいは第２センサ）の出力が特性Ｂである。測定圧力が１００Ｐａよりも高い領域では、フルスケール圧力が１００，０００Ｐａである固定電極５ｂを有する圧力検出素子によって検出される圧力の出力信号（静電容量のデジタル値）をＣＰＵ２３で処理して圧力値を示すデジタル値を発生する。一方、測定圧力が１００Ｐａよりも低い領域では、フルスケール圧力が１００Ｐａである固定電極５ａを有する圧力検出素子によって検出される圧力の出力信号（静電容量のデジタル値）をＣＰＵ２３で処理して圧力値を示すデジタル値を発生する。そして、その圧力値を示すデジタル値をＤ／Ａコンバータ２９の出力端子から圧力値を示す電圧値（アナログ値）として出力する。ＣＰＵ２３は、温度センサ２８からを提供される温度を示す信号とメモリ２５内の温度特性データとに基づいて、圧力値を示すデジタル値を補正して出力する。つまり、ＣＰＵ２３は、環境温度による誤差が低減された圧力値を示すデジタル値を出力する。よって、Ｄ／Ａコンバータ２９の出力端子からは、環境温度による誤差が低減された値（圧力値）が出力される。

結果として、隔膜型圧力計Ｇは、図４で示した圧力−出力電圧特性を有する。隔膜型圧力計Ｇは、図５で示したＩ／Ｏ出力信号をＩ／Ｏ出力端子３１から出力する。このＩ／Ｏ出力信号によって固定電極５ａを有する圧力検出素子と固定電極５ｂを有する圧力検出素子のうちいずれの圧力検出素子による検出結果がＤ／Ａコンバータ２９の出力端子から出力されているかが示される。図５中では、低電圧（Ｌｏｗ）は、低圧側の圧力検出素子（固定電極５ａ）の検出結果（第１圧力値）がＤ／Ａコンバータ２９から出力されているときのＩ／Ｏ出力信号を示している。一方、高電圧（Ｈｉｇｈ）は、高圧側の圧力検出素子（固定電極５ｂ）の検出結果（第２圧力値）がＤ／Ａコンバータ２９から出力されているときのＩ／Ｏ出力信号を示している。なお、Ｉ／Ｏ出力信号が示す圧力検出素子は、この逆であっても問題はない。

ところで、図４中に灰色で示した領域Ｅは環境温度が±１０℃変動したときに、Ｄ／Ａコンバータ２９から出力される圧力検出素子３２、３３の検出圧力値（静電容量のデジタル値）が変動する範囲を示している。図４中に領域Ｚで示した１００Ｐａから１０００Ｐａ付近の測定圧力の測定誤差が大きいことが分かる。また、高圧側の圧力検出素子（固定電極５ｂ）は１００Ｐａ以下では誤差は大きいが圧力測定は可能である。すなわち、高圧側の圧力検出素子と低圧側の圧力検出素子の重複範囲は１００Ｐａ以下の領域（０〜１００Ｐａ）である。そこで隔膜型圧力計Ｇは、測定圧力が１００Ｐａ以下の圧力領域において、低圧側の圧力検出素子（固定電極５ａ）の検出圧力値（静電容量のデジタル値、第１圧力値）に基づいて高圧側の圧力検出素子（固定電極５ｂ）の検出圧力値（静電容量のデジタル値、第２圧力値）を常時補正するように構成されている。

図６は測定圧力とＣＰＵ２３から出力される静電容量のデジタル値との関係を示す図であり、固定電極５ａを有する圧力検出素子の静電容量のデジタル値に基づいて固定電極５ｂを有する圧力検出素子の静電容量のデジタル値が補正されている。この補正によって隔膜型圧力計Ｇは、図６で示されるように、測定圧力１００Ｐａから１０００Ｐａ付近の高圧側の圧力検出素子（固定電極５ｂ）の検出圧力値（静電容量のデジタル値）の精度が上昇している。固定電極５ｂの検出圧力値（第２圧力値）を補正する具体的な構成については後述する。

一方、図７に示すように測定圧力の全域で圧力の対数値に対してＣＰＵ２３から出力される圧力のデジタル値が直線関係になるように、隔膜型圧力計Ｇを構成することも可能である。具体的には、ＣＰＵ２３から出力される圧力のデジタル値は、図４の縦軸（静電容量のデジタル値）の出力電圧の１桁の圧力変化を０．５Ｖの出力電圧変化に換算して出力させている。なお、図７においても灰色で示した部分は環境温度変動によって生ずる圧力測定誤差の一例を示しているが、図７は上述の図６の特性を元にして算出される圧力なので、図６で示した１００Ｐａから１０００Ｐａ付近での圧力測定誤差の増大は解消されている。

ここで、測定圧力調整装置２７（外部入力手段）について説明する。測定圧力調整装置２７は測定圧力がゲージのフルスケール圧力の１／１０以下のような低い領域での圧力測定誤差を強制的に調整する装置であり、図３に示すようにＣＰＵ２３に接続されている。例えば、圧力が０．０１Ｐａ以下の測定圧力においてＣＰＵ２３からＤ／Ａコンバータ２９に出力される圧力のデジタル値が強制的に０〜０．００１Ｖとなるように調整することにより、圧力が１Ｐａ以下での圧力測定誤差を軽減できるようになっている。具体的には、測定圧力調整装置２７からの信号をＣＰＵ２３が受信すると、ＣＰＵ２３は、ＣＰＵ２３からＤ／Ａコンバータ２９に出力される圧力のデジタル値を０〜０．００１Ｖに調整する。測定圧力調整装置２７がＣＰＵ２３に対して信号を出力する条件は、例えば、測定圧力調整装置２７に設けられているプッシュボタンがユーザーによって押された場合である。

すなわち、測定圧力調整装置２７はユーザーが外部から強制的に圧力値を設定するために使用される装置である。例えば、隔膜型圧力計Ｇのゼロ点に誤差が生じている場合は真空チャンバを十分に低い圧力まで排気してプッシュボタンを押す、または、トリマを調整して強制的に低圧側センサ（ダイヤフラム電極４２）の圧力測定値を所定の圧力値として再設定するものである。測定圧力調整装置２７がプッシュボタンを有する構成であることでゼロ点の調整が簡便に行え、使い勝手が向上する。

圧力が０．０１Ｐａ以下であることは、例えば、Ｂ−Ａゲージなどの高真空圧力測定用の真空計を使用して検知することができる。場合によっては、排気系の構成と真空チャンバの大きさから圧力が０．０１Ｐａ以下になる時間を推測若しくは測定し、その時間にプッシュボタンが押されるようにしてもよい。もちろん、圧力が０．０１Ｐａ以下になったことを真空計で検知して、測定圧力調整装置２７がＣＰＵ２３に対して信号を出力する構成としてもよいことはもちろんである。

ところで、隔膜型圧力計Ｇは低い圧力領域においては出力電圧がマイナス値となることもあり得る。つまり、圧力が０．１Ｐａ以下の圧力領域においては隔膜型圧力計Ｇの出力電圧値はマイナス出力となり、現実にはありえない測定結果（圧力のマイナス値）を示す可能性がある。そこで、ＣＰＵ２３は、圧力測定値がマイナスの値と計算された場合は、測定値調整装置２７を動作させて強制的にその圧力値を限りなくゼロに近い正の値(例えば０．０００１Ｐａ等)に換算して自己の実圧力値と測定圧力の誤差を修正する機構とすることができる。

次に固定電極５ｂを有する圧力検出素子の検出圧力値を補正する構成について説明する。図８は固定電極５ｂを有する圧力検出素子の検出圧力値を補正するフローチャートを示したものである。なお、図８の説明において「圧力測定値」は、例えば、検出圧力値（静電容量のデジタル値）であり、固定電極５ａ、５ｂなどの静電容量に比例した値（第１圧力値，第２圧力値）とする。隔膜型圧力計Ｇで測定を開始（Ｓ００１）すると、Ｓ００２で測定圧力調整装置２７（外部入力手段）からの命令があるか否かが判断される。Ｓ００２での判断結果がＹｅｓの場合、処理はＳ００３に進む。Ｓ００３では、そのときの低圧側センサ（固定電極５ａを有する圧力検出素子）の圧力測定値を強制的に所定の圧力設定値に設定するとともに、その所定の圧力設定値をメモリ２５に保存し、Ｓ００４で圧力測定値を表示装置やパソコンなどに出力する。

測定圧力調整装置２７をゼロ点設定手段として使用する場合について以下に説明する。所定の圧力設定値を０．０１Ｐａとすれば、Ｓ００４では低圧側センサ（固定電極５ａ）の圧力測定値が０．０１Ｐａに相当する圧力のデジタル値としてＣＰＵ２３から出力される。本実施形態では、測定圧力調整装置２７が動作すると、０．０１Ｐａに相当する圧力のデジタル値がＣＰＵ２３からＤ／Ａコンバータに出力されるとともに、そのときの低圧側センサ（固定電極５ａ）の圧力測定値が０．０１Ｐａに相当する圧力測定値としてメモリ２５に保存される。本実施形態では所定の圧力設定値を０．０１Ｐａとしたが、０Ｐａや０．００１Ｐａでもよいことはもちろんである。測定圧力調整装置２７をゼロ点設定手段以外に使用する場合は、この所定の圧力設定値をユーザーが設定変更する。

Ｓ００２での判断結果がＮｏの場合、Ｓ００５で低圧側センサ（固定電極５ａ）の圧力測定値はフルスケール（１００Ｐａ）以下か否かが判断され、Ｓ００５での判断結果がＹｅｓの場合、処理はＳ００６に進む。Ｓ００６では、固定電極５ｂを有する圧力検出素子（高圧側センサあるいは第２センサ）の圧力測定値から算出した圧力値と固定電極５ａを有する圧力検出素子（低圧側センサあるいは第１センサ）の圧力測定値から算出した補正値（圧力の差分に対応する信号量）をメモリ２５に保存する処理が行われる。後述するＳ００９において補正値を用いて高圧側センサ（固定電極５ｂを有する圧力検出素子）の圧力測定値をＳ００５の低圧側センサの圧力測定値を用いて補正する。具体的には高圧側センサの圧力測定値に補正値を加算することで補正している。Ｓ００７では、低圧側センサ（固定電極５ａを有する圧力検出素子）の圧力測定値に相当する圧力のデジタル値をＣＰＵから出力する。Ｓ００７では温度センサ２５とメモリ内のデータを参照するので、ＣＰＵ２３から出力される圧力のデジタル値は環境温度による影響が補正されている。

Ｓ００５での判断結果がＮｏの場合、処理はＳ００８に進む。Ｓ００８では高圧側センサ（固定電極５ｂを有する圧力検出素子）の圧力測定値はフルスケール（１０００００Ｐａ）以下か否かが判断される。Ｓ００８での判断結果がＹｅｓの場合、処理はＳ００９に進む。Ｓ００９では、Ｓ００６でメモリ２５に保存された補正値を用いて、高圧側センサ（固定電極５ｂ）の圧力測定値から算出した圧力値を補正してＤ／Ａコンバータ２９の出力端子から出力する。Ｓ００８での判断結果がＮｏの場合、処理はＳ０１０に進む。Ｓ０１０ではオーバーレンジである信号、若しくは、高圧側センサの測定圧力値を出力する。なお、上述したフローチャートの処理（Ｓ００１〜ＥＮＤ）は常時繰り返し実行される。

ここで、図９に基づいてＳ００９の補正処理について説明する。図９はＳ００９での処理のフローチャートである。まず、ＣＰＵ２３は高圧側センサ（固定電極５ｂを有する圧力検出素子）３３に接続されているＣ／Ｄコンバータ２１から出力された値Ｄ１を読み込み（Ｓ１０２）、次に、温度センサ２８からの出力値Ｄ２とメモリ２５に保存されている補正値δを読み込む（Ｓ１０３，Ｓ１０４）。ＣＰＵ２３はこれらのＤ１，Ｄ２，δの値に基づいて圧力値を計算し（Ｓ１０５）、その圧力値をＤ／Ａコンバータ２９を通して外部に出力する（Ｓ１０６）。ここで、低圧側センサ３２が動作する毎に、最新の補正値δがメモリ２５に上書きされる。すなわち、測定雰囲気の圧力が低圧側センサ３２の測定圧力範囲まで低下する毎に補正値δが更新されるため、高圧側センサ３３が動作する圧力領域での圧力測定値は安定且つ正確なものとなる。

次に高圧側センサ３３の圧力値を補正する具体的な構成について説明する。上述のように、補正値（信号量）δは、低圧側センサ３２の測定圧力範囲内の任意の圧力で測定された低圧側センサ３２の圧力測定値から算出した圧力値と、その圧力での高圧側センサ３３の圧力測定値から算出した圧力値の差分に対応する高圧側センサ３３の信号量である。補正値δの取得手順について説明すると、まず低圧側センサ３２のＣ／Ｄコンバータ２１から出力されたデジタル値（静電容量のデジタル値）から換算される圧力値を低圧側センサ３２の圧力測定値（第１圧力値）とする。一方、高圧側センサ３３のＣ／Ｄコンバータ２１から出力されたデジタル値（静電容量のデジタル値）から換算される圧力値を高圧側センサ３３の圧力測定値（第２圧力値）とする。そして、低圧型センサ３２の圧力測定値と高圧側センサ３３の圧力測定値の差（差分）を取得し、それらの測定圧力差を高圧側センサ３３のデジタル値に換算した値が補正値（信号量）δである。

補正値（信号量）δを取得する際に測定する圧力（所定圧力）は、低圧側センサ３２の測定圧力範囲（第１圧力範囲）内の任意の圧力であるが、高圧側センサ３３と切り替わる圧力に近い方、すなわち低圧側センサ３２の測定圧力範囲の上限近くであることが望ましい。これは高圧側センサ３３の測定誤差を最小にできるからである。なお、本実施形態での低圧側センサ３２の測定圧力範囲は１００Ｐａ以下であるため、補正値δを取得する際に測定する圧力（所定圧力）は１００Ｐａであることが望ましい。これにより、Ｄ／Ａコンバータ２９から出力される値が、低圧側センサ３２に基づく測定値から高圧側センサ３３に基づく測定値に切り換わる圧力（１００Ｐａ）における高圧側センサ３３の誤差を最小にできる。

本実施形態においては、圧力検出素子（ダイヤフラム電極と固定電極で構成されるコンデンサ構造）を２つとして説明したが、本発明は３つ以上のダイヤフラム電極を有する構成にも適用することができ、より広い範囲の圧力をより正確に求めることが可能となる。

本発明の隔膜型圧力計によれば、補正値を取得する際の測定圧力は低圧側センサの測定圧力範囲内の任意の一箇所でよいため、補正値の取得操作を容易にでき、比較的簡便な装置構成で広い圧力範囲に渡り高精度な圧力計を構成することができる。また本発明の隔膜型圧力計が測定する空間の圧力が、低圧側センサに基づく測定値から高圧側センサに基づく測定値に切り換わる圧力（上述の実施形態では１００Ｐａ）を通過するときに自動的に補正値を取得するように構成することで補正作業を簡便に行える。そのため、使い勝手のよい隔膜型圧力計を提供できる。

本発明の隔膜型圧力計によれば、１台で広い範囲の圧力を測定することができる。また、環境温度変動による測定誤差も補正することができる。更に測定圧力調整装置２７を用いることで測定圧力がマイナス値になることを防ぎ、自己の出力電圧値を調整できる。

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

本願は、２０１１年１０月５日提出の日本国特許出願特願２０１１−２２０５６５を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Ｇ，Ｇ２ 隔膜型圧力計
１ 基準圧力室
２ 真空装置
３ 筐体
４，４ａ，４１，４２，４１ａ，４２ａ ダイヤフラム電極
５ 固定電極
６ ゲッタ
７ 電気回路
８ 弾性構造
９ 導電性配線
１０ 補正電極
１１ 剛性構造
１２ 電気出力端子
１３ 絶縁基板
１４，２４ シリコン基板
１５ 突起構造
１６ 電極パッド
１７ Ｉ／Ｏ出力端子
１８，２２ 隔膜型圧力検出素子
１９ 導入端子
２１ Ｃ／Ｄコンバータ
２３ ＣＰＵ
２５ メモリ
２７ 測定圧力調整装置
２８ 温度センサ
２９ Ｄ／Ａコンバータ
３１ Ｉ／Ｏ出力端子
３２，３３ 圧力検出素子

Claims (6)

1. 第１圧力範囲内の圧力を測定できる第１センサと、
   前記第１圧力範囲よりも高圧側に上限を有するとともに前記第１圧力範囲との重複範囲を有する第２圧力範囲内の圧力を測定できる第２センサと、
   前記第１センサ及び前記第２センサからの出力に対応した圧力値を算出する演算手段と、を備え、
   前記演算手段は、
   前記第１センサ及び前記第２センサにより前記重複範囲内で検出がなされたとき、
   前記第１センサから出力された信号に対応する第１圧力値及び前記第２センサから出力された信号に対応する第２圧力値を算出し、
   前記第１圧力値と前記第２圧力値との差分に対応する前記第２センサの信号量を算出し、
   前記第２圧力範囲のうち前記第１圧力範囲の上限よりも高い圧力を測定する際、前記第２センサから出力される信号に前記信号量を加算した信号に対応する圧力値を出力する、
   ことを特徴とする隔膜型圧力計。
2. 前記第１圧力値及び前記第２圧力値はいずれも、前記第１圧力範囲の上限の圧力で測定されることを特徴とする請求項１に記載の隔膜型圧力計。
3. 前記隔膜型圧力計は、前記演算手段に接続された外部入力手段をさらに備え、
   前記演算手段は、
   前記外部入力手段から出力された信号を受信した際、前記第１センサから出力されている信号を所定の圧力値として算出するように設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の隔膜型圧力計。
4. 前記隔膜型圧力計は、前記演算手段に接続された記憶手段をさらに備え、
   前記演算手段は、前記差分に対応する前記第２センサの信号量を前記記憶手段に保存し、
   前記第２圧力範囲のうち前記第１圧力範囲の上限よりも高い圧力を測定する際、前記信号量を前記記憶手段から読み出して前記第２センサから出力される信号に加算することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の隔膜型圧力計。
5. 前記隔膜型圧力計は、前記信号量を前記記憶手段に保存する際、新たな信号量で上書きすることを特徴とする請求項４に記載の隔膜型圧力計。
6. 第１圧力範囲内の圧力を検出可能な第１センサと、
   第２圧力範囲内の圧力を検出可能な第２センサと、
   前記第１センサ及び前記第２センサからの出力に基づいて圧力値を決定する処理部と、を備え、
   前記第１圧力範囲と前記第２圧力範囲とは重複範囲を有し、
   前記第２圧力範囲の上限は、前記第１圧力範囲の上限よりも高く、
   前記処理部は、圧力が前記重複範囲内であるときの前記第１センサ及び前記第２センサの出力に基づいて補正値を決定し、前記第２圧力範囲のうち前記第１圧力範囲の上限よりも高い圧力を前記第２センサで測定する際に、前記第２センサの出力と前記補正値とに基づいて圧力値を決定する、
   ことを特徴とする隔膜型圧力計。

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