TW201719131A - 腔體壓力量測方法 - Google Patents

Abstract

本發明係提出一種腔體壓力量測方法，係包括：透過一金屬膜片將一腔體空間區分為待測壓力氣室及參考壓力氣室；於該待測壓力氣室中導入待測氣體，並於該參考壓力氣室中導入參考壓力氣體；利用一位移量測計量測並輸出該金屬膜片的一位移值，該位移值係因該待測壓力氣室與該參考壓力氣室之間的氣壓差而產生；以一控制單元根據該位移值，來控制與該參考壓力氣室相連接之一氣體調節模組以調整該參考壓力氣室中之氣壓，使調整後的參考壓力氣室中之氣壓與該待測壓力氣室中之氣壓相等後，量測調整後的參考壓力氣室中之氣壓的壓力值。

Description

腔體壓力量測方法

本發明係關於一種壓力量測方法，更特別的是關於一種量測高溫與具腐蝕性氣體之腔體壓力量測方法。

在高溫腔體中通常使用具有腐蝕性氣體進行製程反應，例如銅銦鎵硒太陽能薄膜(Cu/In/Ga/Se Solar Cell)硒化製程，為控制製程與產品品質穩定，需要量測腔體內部壓力。一般而言，低真空CIGS硒化製程壓力約在中度真空至粗略真空範圍(10E-2~760torr)之間，其操作溫度範圍約為300℃至680℃。

然而，習知用於量測腔體內部壓力的真空計或壓力計(例如美國專利US 20040089073)，其適用溫度範圍將受限於元件及其裝置內部組成之材料耐溫特性；再者，用於高溫腐蝕性氣體之壓力計，由於其感測元件曝於高溫腐蝕性氣體中，必須選用具有抗腐蝕性及耐高溫材料；而壓力值無論採機械式或電性訊號檢出，其檢出原理機制須考慮被測氣體組成與溫度高低之差異，以及量測裝置自身材料變形與密閉空間氣體之熱膨脹效應等因素，因此習知的真空計或壓力計常會有量測之精準度不足或是設置成本過高等缺點。

故有必要提供一種腔體壓力量測方法，用以解決習知技術的缺失。

本發明之一目的在於提供一種腔體壓力量測方法，以量測一腔體內高溫及/或具腐蝕性之氣體壓力。

為達上述目的及其他目的，本發明提出一種腔體壓力量測方法，該方法係包括腔體壓力量測空間區分步驟、氣體導入步驟、位移量測步驟及壓力取得步驟。其中，該腔體壓力量測空間區分步驟係透過一金屬膜片將一腔體空間區分為待測壓力氣室及參考壓力氣室；該氣體導入步驟係於該待測壓力氣室中導入待測氣體，並於該參考壓力氣室中導入參考壓力氣體；該位移量測步驟係利用一位移量測計量測並輸出該金屬膜片的一位移值，其中該位移值係因該待測壓力氣室與該參考壓力氣室之間的氣壓差而產生；該壓力取得步驟係以一控制單元根據該位移值，來控制與該參考壓力氣室相連接之一氣體調節模組以調整該參考壓力氣室中之氣壓，使調整後的參考壓力氣室中之氣壓與該待測壓力氣室中之氣壓相等後，量測調整後的參考壓力氣室中之氣壓的壓力值。

於本發明之一實施例中，該位移量係由設置於該參考壓力氣室之非接觸式位移量測計測得檢出。

於本發明之一實施例中，該氣體調節模組係包括一供氣氣源、一真空泵及一針閥。其中該供氣氣源係提供該 參考壓力氣體至該參考壓力氣室；該真空泵係提供一背壓；及該針閥之一端係與該參考壓力氣室連接，而另一端係與該真空泵相連接，且該針閥係透過該控制單元來調整其開度。

於本發明之一實施例中，該待測氣體之溫度係為350℃至680℃。

於本發明之一實施例中，該參考壓力氣體係為惰性氣體、氮氣或乾燥空氣。

於本發明之一實施例中，於該壓力取得步驟中，該供氣氣源係持續穩定供氣且該參考壓力氣室內之氣體無熱漲冷縮效應。

於本發明之一實施例中，該參考壓力氣室中更設有一防擾流擋板，以減少該參考壓力氣室內之氣體對該金屬膜片的擾動。

於本發明之一實施例中，該壓力取得步驟中，該控制單元係根據預搭載之一溫度-位移量修正值來校正該位移值，進而調整該氣體調節模組。

於本發明之一實施例中，該金屬膜片係由耐高溫及耐腐蝕之材質製成，並具有薄形同心波紋之外型。

於本發明之一實施例中，該待測氣體係為腐蝕性氣體。

於本發明之一實施例中，該位移量測計係為一非接觸式位移量測計。

藉此，本發明之腔體壓力量測方法，透過二氣室之間的金屬膜片因壓力差所產生之位移，來間接量測並獲得高溫及/或具腐蝕性之氣體壓力，而無需特別設計具抗腐蝕或抗高溫之量測計，能夠有效降低量測設備之設置成本。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。

10‧‧‧腔體

11‧‧‧待測壓力氣室

12‧‧‧參考壓力氣室

20‧‧‧金屬膜片

30‧‧‧位移量測計

40‧‧‧控制單元

50‧‧‧氣體調節模組

51‧‧‧供氣氣源

52‧‧‧針閥

53‧‧‧真空泵

60‧‧‧防擾流擋板

70‧‧‧氣室壓力錶

A1‧‧‧待測氣體

A2‧‧‧參考壓力氣體

S1~S4‧‧‧步驟

圖1係為本發明一實施例中之腔體壓力量測裝置的示意圖。

圖2係為本發明一實施例中之腔體壓力量測方法的流程圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。

請參閱圖1，係為本發明一實施例中之腔體壓力量測裝置的示意圖。該腔體壓力量測裝置係包括一腔體10、一金屬膜片20、一位移量測計30、一控制單元40及一氣體調節模組50。

該金屬膜片20係設置於該腔體10中，並將該腔體10區分為一待測壓力氣室11及一參考壓力氣室12，該金屬膜 片10係可依需求而由耐高溫及耐腐蝕之材質製成，並且該金屬膜片10具有薄形同心波紋之外型以減少兩側溫差造成之彎應力變形，降低膜片垂直向彈性剛性，提高壓力對位移之靈敏度。該位移量測計30係設置於該第二氣室12並對準該金屬膜片20，該位移量測計30係用以量測該金屬膜片20之位移值，且該位移量測計30係為一非接觸式位移量測計，以減少該位移量測計30對該金屬膜片20之干擾。該控制單元40係與該位移量測計30相連接，該控制單元40係根據該金屬膜片20之位移值，來控制與該參考壓力氣室12相連接之一氣體調節模組50，進而調節該參考壓力氣室12之氣壓。

該氣體調節模組50係包括一供氣氣源51、一針閥52及一真空泵53。該供氣氣源51係與該參考壓力氣室12相連接，以提供流量穩定之參考壓力氣體至該參考壓力氣室12中，該參考壓力氣體包括惰性氣體、氮氣或乾燥空氣。該針閥52之一端與該參考壓力氣室12相連接，而另一端係與該真空泵53相連接，其中該針閥52係透過該控制單元40之控制而調整其開度。該真空泵53係用以提供穩定的一背壓。

本發明係提供一種腔體壓力量測方法，係包括：透過一金屬膜片將一腔體空間區分為一待測壓力氣室及一參考壓力氣室；於該待測壓力氣室中導入待測氣體，並於該參考壓力氣室中導入參考壓力氣體；利用一位移量測計量測並輸出該金屬膜片的一位移值，該位移值係因該待測壓力氣室 與該參考壓力氣室之間的氣壓差而產生；及一控制單元係根據該位移值，控制與該參考壓力氣室相連接之一氣體調節模組以調整該參考壓力氣室中之氣壓，使調整後的參考壓力氣室中之氣壓與該待測壓力氣室中之氣壓相等後，量測調整後的參考壓力氣室中之氣壓的壓力值。

請參考圖2，係為本發明一實施例中之腔體壓力量測方法的流程圖。該腔體壓力量測方法係區分為腔體壓力量測空間區分步驟S1、氣體導入步驟S2、位移量測步驟S3及壓力取得步驟S4。

該腔體壓力量測空間區分步驟S1，係透過該金屬膜片20將該腔體10區分為該待測壓力氣室11及該參考壓力氣室12。

該氣體導入步驟S2，係於該待測壓力氣室11中導入一待測氣體A1，並於該參考壓力氣室12中導入一參考壓力氣體A2。其中，該待測氣體A1係為高溫氣體(例如，於太陽能薄膜硒化製程之氣體操作溫度範圍約為350℃至680℃)，且可能具有腐蝕性；而該參考壓力氣體A2係由該供氣氣源51所提供。

該位移量測步驟S3，由於該待測壓力氣室11中之待測氣體A1與該參考壓力氣室12中之參考壓力氣體A2的溫度與壓力並不相同，因此該金屬膜片20會因兩側氣體溫度與壓力雙重作用下產生位移，此時，該位移量測計30係量測該金 屬膜片20之位移，並將該金屬膜片20的位移值轉換成電訊號且輸出至該控制單元40。值得注意的是，該金屬膜片20係可為低彈性係數之膜片，以對該金屬膜片20兩側壓差所產生之變形位移具有較高之靈敏度。

由於該金屬膜片20變形量亦可能來自於該待測氣體A1之溫度所產生之熱變形，因此於該壓力取得步驟S4中，當該控制單元40接收到該位移量測計30所輸出之位移值後，該控制單元40係根據預搭載於該控制單元40中之一溫度-位移量修正值來校正該位移值，進而調整該氣體調節模組50之輸出，其中，該溫度-位移量修正值可藉由實驗測得該金屬膜片20熱變形量與溫度之關係式。

接著，透過該控制單元40調整該針閥52之開度，並透過該供氣氣源51提供流量穩定之參考壓力氣體A2及提供固定背壓之真空泵53，進而調變進出該參考壓力氣室12之參考壓力氣體A2的淨流量，從而改變該參考壓力氣室12的壓力，利用改變該參考壓力氣室12之氣壓以使該金屬膜片20復位，並使調整後的參考壓力氣室12中之氣壓與該待測壓力氣室11中之氣壓達到平衡，此時該待測壓力氣室11之壓力與該參考壓力氣室12之壓力相等，因此可獲得該待測壓力氣室11之壓力值。值得注意的是，該供氣氣源51係持續穩定供氣，且該參考壓力氣室12中之參考壓力氣體A2無熱漲冷縮效應。

請再次參閱圖1，該參考壓力氣室12中更設有一 防擾流擋板60，以減少該參考壓力氣室12中之參考壓力氣體A2對該金屬膜片20的擾動，並可用以抑制高溫散熱與降低該金屬膜片20兩側的溫差，有助於該金屬膜片20變形位移之溫度修正，增進整體壓力量測之精確度。再者，該參考壓力氣室12上更設有一氣室壓力錶70，該氣室壓力錶70係用於量測與顯示該參考壓力氣室12之壓力值以供使用者判讀。

藉此，本發明之腔體壓力量測方法，透過二氣室之間的金屬膜片因壓力差所產生之位移，來間接量測並獲得高溫及/或具腐蝕性之氣體壓力，而無需特別設計具抗腐蝕或抗高溫之量測計，能夠有效降低量測設備之設置成本。

上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

S1~S4‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種腔體壓力量測方法，係包括：透過一金屬膜片將一腔體空間區分為一待測壓力氣室及一參考壓力氣室；於該待測壓力氣室中導入待測氣體，並於該參考壓力氣室中導入參考壓力氣體；利用一位移量測計量測並輸出該金屬膜片的一位移值，該位移值係因該待測壓力氣室與該參考壓力氣室之間的氣壓差而產生；及一控制單元係根據該位移值，控制與該參考壓力氣室相連接之一氣體調節模組以調整該參考壓力氣室中之氣壓，使調整後的參考壓力氣室中之氣壓與該待測壓力氣室中之氣壓相等後，量測調整後的參考壓力氣室中之氣壓的壓力值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之腔體壓力量測方法，其中該氣體調節模組係包括：一供氣氣源，係提供該參考壓力氣體至該參考壓力氣室；一真空泵，係提供一背壓；及一針閥，其一端係與該參考壓力氣室連接，而另一端係與該真空泵相連接，且該針閥係透過該控制單元之控制來調整其開度。
3. 如申請專利範圍第2項所述之腔體壓力量測方法，其中該供氣氣源係持續穩定供氣，且該參考壓力氣體無熱漲冷縮效應。
4. 如申請專利範圍第1項所述之腔體壓力量測方法，其中該待測氣體之溫度係為350℃至680℃。
5. 如申請專利範圍第1項所述之腔體壓力量測方法，其中該參考壓力氣體係為惰性氣體、氮氣或乾燥空氣。
6. 如申請專利範圍第1項所述之腔體壓力量測方法，其中該參考壓力氣室中更設有一防擾流擋板，以減少該參考壓力氣室中之氣體對該金屬膜片的擾動。
7. 如申請專利範圍第2項所述之腔體壓力量測方法，其中該控制單元係根據預搭載之一溫度-位移量修正值來校正該位移值，進而調整針閥開度以改變參考壓力氣室之氣體淨流出量。
8. 如如申請專利範圍第1項所述之腔體壓力量測方法，其中該位移量測計係為一非接觸式位移量測計。
9. 如申請專利範圍第1項所述之腔體壓力量測方法，其中該金屬膜片係由耐高溫及耐腐蝕之材質製成，並具有薄形同心波紋之外型。
10. 如申請專利範圍第1項所述之腔體壓力量測方法，其中該待測氣體係為腐蝕性氣體。