JP2005114574A - Pirani vacuum gage - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体の熱伝導率が圧力によって変化することを利用して真空領域の圧力を測定するピラニ真空計に関するものである。 The present invention relates to a Pirani gauge that measures the pressure in a vacuum region by utilizing the fact that the thermal conductivity of a gas changes with pressure.
真空雰囲気中では圧力が低いほど気体の熱伝導率が小さくなり、加熱された物体が冷え難いことが知られている。ピラニ真空計は、気体の熱伝導率が圧力によって変化することを利用して真空領域の圧力（１ｋＰａ〜０．１Ｐａ）を測定するものである。定温度型のピラニ真空計は、真空雰囲気中に置いた測定子のフィラメント（発熱体）に一定電流を流して加熱し、気体の圧力によるフィラメントの温度変化を抵抗値の変化で検出し、フィラメントの抵抗値を一定に保つようにすることでフィラメントの温度を一定に保ったときの電流値から気体の圧力を求めるようにしたものである。 It is known that in a vacuum atmosphere, the lower the pressure, the lower the thermal conductivity of the gas, making it difficult for the heated object to cool. The Pirani gauge measures the pressure in the vacuum region (1 kPa to 0.1 Pa) by utilizing the fact that the thermal conductivity of gas changes with pressure. The constant temperature Pirani gauge is heated by applying a constant current to the filament (heating element) of the probe placed in a vacuum atmosphere, and the temperature change of the filament due to the gas pressure is detected by the change in resistance value. The gas pressure is obtained from the current value when the temperature of the filament is kept constant by keeping the resistance value of.
この種のピラニ真空計の一例として、従来、図３に示すピラニ真空計が知られている。図３に示すように、この従来のピラニ真空計は、内部に例えば白金細線からなるフィラメント１０１を有し、真空槽のような被測定系にゲージポート等を介して接続される測定子１００と、この測定子１００とは離れて別体に配置される測定部３００’と、測定子１００のフィラメント１０１と測定部３００’とを接続する測定ケーブル２００とにより構成されている。フィラメント１０１のある測定子１００の内部は、真空槽内と連通し、真空槽内と同一圧力となるようになっている。 As an example of this type of Pirani gauge, a Pirani gauge shown in FIG. 3 is conventionally known. As shown in FIG. 3, this conventional Pirani vacuum gauge has a filament 101 made of, for example, a platinum thin wire inside, and a measuring element 100 connected to a system to be measured such as a vacuum chamber via a gauge port or the like. The measuring unit 300 ′ is disposed separately from the measuring element 100, and the measuring cable 200 that connects the filament 101 of the measuring element 100 and the measuring unit 300 ′. The inside of the probe 100 having the filament 101 communicates with the inside of the vacuum chamber so that the pressure is the same as that in the vacuum chamber.
測定部３００’は、抵抗として１辺をなすフィラメント１０１及び測定ケーブル２００と、３個の抵抗素子３０２〜３０４とがブリッジ接続された抵抗ブリッジ回路３０１’を有している。抵抗ブリッジ回路３０１’の入力端子ｖ，ｗは、可変抵抗として働くトランジスタ３０６を介して直流の電源３１０に接続されている。一方、抵抗ブリッジ回路３０１’の出力端子ｘ，ｙは差動増幅器３０５の入力側に接続されており、この差動増幅器３０５の出力側はトランジスタ３０６のベースに接続されている。差動増幅器３０５とトランジスタ３０６は、フィラメント１０１の抵抗値が常に一定になるように抵抗ブリッジ回路３０１’に供給する電流を調整するフィードバック回路を構成している。そして、抵抗ブリッジ回路３０１’が平衡状態にある場合は、抵抗ブリッジ回路３０１’の出力端子ｘ，ｙの各電位は等しく、トランジスタ３０６のベース電流は一定値に保たれ、よって、抵抗ブリッジ回路３０１’の入力端子ｖ，ｗ間に印加される電圧も一定に保たれる。このとき、電源３１０に直列接続された抵抗素子３０８の両端電圧を測る圧力測定用電圧計３０９の表示値は、電源３１０から抵抗ブリッジ回路３０１’に供給される電流に対応し、圧力測定値として用いられる。抵抗素子３０８と圧力測定用電圧計３０９とにより表示部３０７が構成されている。 The measurement unit 300 ′ includes a resistance bridge circuit 301 ′ in which a filament 101 and a measurement cable 200 that form one side as a resistance and three resistance elements 302 to 304 are bridge-connected. The input terminals v and w of the resistance bridge circuit 301 ′ are connected to a DC power source 310 through a transistor 306 that functions as a variable resistor. On the other hand, the output terminals x and y of the resistance bridge circuit 301 ′ are connected to the input side of the differential amplifier 305, and the output side of the differential amplifier 305 is connected to the base of the transistor 306. The differential amplifier 305 and the transistor 306 constitute a feedback circuit that adjusts the current supplied to the resistance bridge circuit 301 ′ so that the resistance value of the filament 101 is always constant. When the resistance bridge circuit 301 ′ is in an equilibrium state, the potentials of the output terminals x and y of the resistance bridge circuit 301 ′ are equal, and the base current of the transistor 306 is maintained at a constant value. The voltage applied between the input terminals v and w of 'is also kept constant. At this time, the display value of the pressure measurement voltmeter 309 that measures the voltage across the resistance element 308 connected in series to the power supply 310 corresponds to the current supplied from the power supply 310 to the resistance bridge circuit 301 ′, and is a pressure measurement value. Used. A display unit 307 is configured by the resistance element 308 and the pressure measurement voltmeter 309.
一方、フィラメント１０１の雰囲気の圧力が変化すると、気体の熱伝導率が変化することでフィラメント１０１の温度が変化し、その結果としてフィラメント１０１の抵抗値が変化して抵抗ブリッジ回路３０１’の出力端子ｘ，ｙ間に電位差が生じる。すると、トランジスタ３０６のベース電流が変化することにより、フィラメント１０１の抵抗値を元の値に戻すように抵抗ブリッジ回路３０１’の入力端子ｖ，ｗ端子間に印加される電圧が変化する。その結果、抵抗ブリッジ回路３０１’は新たな平衡状態となり、前記圧力測定用電圧計３０９の表示値は、このときの真空槽内の圧力に対応した値を示すこととなる。 On the other hand, when the pressure of the atmosphere of the filament 101 changes, the temperature of the filament 101 changes due to the change in the thermal conductivity of the gas, and as a result, the resistance value of the filament 101 changes and the output terminal of the resistance bridge circuit 301 ′ A potential difference is generated between x and y. Then, when the base current of the transistor 306 changes, the voltage applied between the input terminals v and w of the resistance bridge circuit 301 ′ changes so as to return the resistance value of the filament 101 to the original value. As a result, the resistance bridge circuit 301 ′ becomes a new equilibrium state, and the display value of the pressure measurement voltmeter 309 shows a value corresponding to the pressure in the vacuum chamber at this time.
しかし、この従来のピラニ真空計では、測定子１００のフィラメント１０１と測定ケーブル２００とが抵抗として抵抗ブリッジ回路３０１’の一辺をなす構成であるから、測定誤差の発生を回避するため、測定ケーブル２００のケーブル長さを変更することができないという問題点があった。 However, in this conventional Pirani gauge, since the filament 101 of the probe 100 and the measurement cable 200 form one side of the resistance bridge circuit 301 ′ as a resistance, the measurement cable 200 is avoided in order to avoid occurrence of measurement errors. There was a problem that the cable length could not be changed.
図４は、従来の別のピラニ真空計の構成を示す回路図である。この従来のピラニ真空計は、特開昭５８−３０６３３号公報に開示されたものである。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of another conventional Pirani gauge. This conventional Pirani gauge is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-30633.
図４に示すように、この従来のピラニ真空計は、フィラメント１０１を有する測定子１００と、測定子１００に連結された測定子ヘッド内に収納された感圧部４００と、測定子１００及び感圧部４００とは離れて別体に配置される給電・表示装置６００と、感圧部４００と給電・表示装置６００とを接続する測定ケーブル５００とにより構成されている。感圧部４００は、フィラメント１０１と３個の抵抗素子４０２〜４０４とがブリッジ接続された抵抗ブリッジ回路４０１と、差動増幅器４０５とトランジスタ４０６とにより構成されるフィードバック回路とを有している。給電・表示装置６００は、抵抗ブリッジ回路４０１に電流を供給するための直流の電源６０４と、表示部６０１とを有している。表示部６０１は、電源６０４に直列接続された抵抗素子６０２と、抵抗素子６０２の両端電圧を測る圧力測定用電圧計６０３とにより構成されている。 As shown in FIG. 4, this conventional Pirani vacuum gauge includes a probe 100 having a filament 101, a pressure sensing unit 400 housed in a probe head connected to the probe 100, the probe 100, and the sensor. The power supply / display device 600 is arranged separately from the pressure unit 400, and the measurement cable 500 that connects the pressure-sensitive unit 400 and the power supply / display device 600. The pressure sensing unit 400 includes a resistance bridge circuit 401 in which the filament 101 and three resistance elements 402 to 404 are bridge-connected, and a feedback circuit including a differential amplifier 405 and a transistor 406. The power supply / display device 600 includes a DC power source 604 for supplying a current to the resistance bridge circuit 401 and a display unit 601. The display unit 601 includes a resistance element 602 connected in series to a power source 604 and a pressure measurement voltmeter 603 that measures the voltage across the resistance element 602.
このように、この従来のピラニ真空計は、測定子１００と感圧部４００とを近接させた構成とすることにより、前記図３のピラニ真空計とは違って、フィラメント１０１の抵抗値変化を長い測定ケーブルを介してフィードバック回路に伝達しなくてすみ、測定ケーブル５００の長さは自由に変えることができる。 In this manner, the conventional Pirani vacuum gauge has a configuration in which the measuring element 100 and the pressure-sensitive portion 400 are arranged close to each other, so that the resistance value change of the filament 101 is changed unlike the Pirani vacuum gauge of FIG. The length of the measurement cable 500 can be changed freely without having to transmit it to the feedback circuit via a long measurement cable.
しかし、図４に示す従来のピラニ真空計では、測定子１００が平穏な環境に置かれるとは限らず、温度、湿度、放射線等において過酷な環境に置かれた場合、感圧部４００を構成する電子素子である差動増幅器４０５やトランジスタ４０６の寿命を著しく短くし、あるいは誤動作を引き起こすおそれがあるという問題点があった。
本発明は前記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被測定系に接続される測定子とこの測定子とは別体に配置される測定部とを接続する測定ケーブルをケーブル長が異なるものに変更した場合でも、ケーブル長変更による変動を補償することができ、同じ圧力に対して同一の圧力表示値を示して測定誤差なく圧力測定を行うことができるピラニ真空計を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and its purpose is to perform a measurement by connecting a measuring element connected to a system to be measured and a measuring unit arranged separately from the measuring element. Even if the cable is changed to one with a different cable length, the Pirani vacuum can compensate for fluctuations due to the change in the cable length and can display the same pressure display value for the same pressure and perform pressure measurement without measurement error To provide a total.
前記目的を達成するために、本願発明は次のように構成されている。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
請求項１の発明は、被測定系に接続される測定子と、該測定子とは別体に配置される測定部と、前記測定子のフィラメントと前記測定部とを接続する測定ケーブルとにより構成され、前記測定部が、前記フィラメント及び前記測定ケーブルが抵抗として１辺を構成する抵抗ブリッジ回路と、該抵抗ブリッジ回路に電流を供給するための電源と、前記フィラメントの抵抗値が常に一定になるように前記抵抗ブリッジ回路に供給する電流を調整するフィードバック回路とを備えたピラニ真空計において、前記測定部に、前記測定ケーブルのケーブル長の変更による前記抵抗ブリッジ回路の平衡状態の変動及び該抵抗ブリッジ回路への供給電流の変動を補償する測定ケーブル抵抗値変動補償手段を備えていることを特徴とするものである。 The invention of claim 1 includes a measuring element connected to the system to be measured, a measuring unit arranged separately from the measuring element, and a measuring cable connecting the filament of the measuring element and the measuring unit. The measurement unit includes a resistance bridge circuit in which the filament and the measurement cable constitute one side as a resistance, a power source for supplying current to the resistance bridge circuit, and the resistance value of the filament is always constant. In the Pirani gauge including a feedback circuit that adjusts the current supplied to the resistance bridge circuit, the measurement unit includes a change in the equilibrium state of the resistance bridge circuit due to a change in the cable length of the measurement cable, and the The measuring cable resistance value fluctuation compensating means for compensating for the fluctuation of the supply current to the resistance bridge circuit is provided.
請求項２の発明は、請求項１記載のピラニ真空計において、前記抵抗ブリッジ回路は前記フィラメントを持つ辺を除く残り３辺の少なくとも１辺が可変抵抗回路で構成されるとともに、前記電源は可変定電圧電源で構成されており、前記測定ケーブル抵抗値変動補償手段が、前記測定子が予め定められた基準圧力の雰囲気中にあるときに前記抵抗ブリッジ回路が平衡状態となるように前記可変抵抗回路の抵抗値を設定するブリッジ回路平衡調整手段と、前記測定子が前記基準圧力の雰囲気中にあるときに前記平衡状態の前記抵抗ブリッジ回路に供給される電流が予め定められた一定電流値となるように前記可変定電圧電源の出力を調整するブリッジ電流調整手段とにより構成されていることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the Pirani gauge according to the first aspect, at least one of the remaining three sides excluding the side having the filament is constituted by a variable resistance circuit, and the power source is variable. The variable resistance is configured by a constant voltage power source, and the measurement cable resistance value fluctuation compensating means is configured so that the resistance bridge circuit is in an equilibrium state when the probe is in an atmosphere of a predetermined reference pressure. A bridge circuit balance adjusting means for setting a resistance value of the circuit, and a current supplied to the resistance bridge circuit in the balanced state when the probe is in the atmosphere of the reference pressure; In this way, it is constituted by a bridge current adjusting means for adjusting the output of the variable constant voltage power source.
本発明によるピラニ真空計は、測定子と、この測定子とは別体に配置される測定部と、前記測定子のフィラメントと前記測定部とを接続する測定ケーブルとにより構成され、前記測定部に前記フィラメント及び前記測定ケーブルが抵抗として１辺を構成する抵抗ブリッジ回路を備えたピラニ真空計において、前記測定部に、前記測定ケーブルのケーブル長の変更による前記抵抗ブリッジ回路の平衡状態の変動及び該抵抗ブリッジ回路への供給電流の変動を補償する測定ケーブル抵抗値変動補償手段が備えられている。これにより、測定ケーブルをケーブル長が異なるものに変更した場合でも、ケーブル長変更による変動を補償することができ、同じ圧力に対して同一の圧力表示値を示して測定誤差なく圧力測定を行うことができる The Pirani vacuum gauge according to the present invention includes a measuring element, a measuring unit arranged separately from the measuring element, and a measuring cable connecting the filament of the measuring element and the measuring unit. In the Pirani vacuum gauge provided with a resistance bridge circuit in which the filament and the measurement cable constitute one side as a resistance, the measurement unit includes a change in the equilibrium state of the resistance bridge circuit due to a change in the cable length of the measurement cable, and Measuring cable resistance value fluctuation compensating means for compensating for fluctuations in the current supplied to the resistance bridge circuit is provided. As a result, even when the measurement cable is changed to one with a different cable length, fluctuations due to the cable length change can be compensated, and the same pressure display value is displayed for the same pressure, and pressure measurement is performed without measurement error. Can
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態によるピラニ真空計の構成を示す回路概略図、図２は図１における可変抵抗回路の構成を示す図である。ここで図１において、前記図３に示される従来のピラニ真空計と同一部分には図３と同一の符号を付してある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic circuit diagram showing a configuration of a Pirani gauge according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a variable resistance circuit in FIG. Here, in FIG. 1, the same parts as those of the conventional Pirani vacuum gauge shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as in FIG.
本実施形態によるピラニ真空計は、内部に例えば白金細線からなるフィラメント１０１を有し、真空槽のような被測定系にゲージポート等を介して接続される測定子１００と、測定子１００とは離れて別体に配置される測定部３００と、測定子１００のフィラメント１０１と測定部３００とを接続する測定ケーブル２００とにより構成されている。 The Pirani vacuum gauge according to the present embodiment has a filament 101 made of, for example, a platinum thin wire inside, and the probe 100 connected to a system to be measured such as a vacuum chamber via a gauge port or the like, The measurement unit 300 is disposed separately from the measurement unit 300, and the measurement cable 200 that connects the filament 101 of the measurement unit 100 and the measurement unit 300.
測定部３００は、図１に示すように、抵抗ブリッジ回路３０１と、直流の可変定電圧電源３１１と、差動増幅器３０５及びトランジスタ３０６で構成されるフィードバック回路と、抵抗素子３０８及び圧力測定用電圧計３０９で構成される表示部３０７と、補償指令スイッチ３１７と、制御部３１６とを有している。 As shown in FIG. 1, the measurement unit 300 includes a resistance bridge circuit 301, a DC variable constant voltage power supply 311, a feedback circuit including a differential amplifier 305 and a transistor 306, a resistance element 308, and a pressure measurement voltage. The display unit 307 includes a total of 309, a compensation command switch 317, and a control unit 316.
前記抵抗ブリッジ回路３０１は、抵抗として１辺をなすフィラメント１０１及び測定ケーブル２００と、可変抵抗回路３１２と、２個の抵抗素子３０２，３０３とをブリッジ接続して構成されている。この抵抗ブリッジ回路３０１の入力端子ｖ，ｗは、可変抵抗として働くトランジスタ３０６を介して可変定電圧電源３１１に接続されている。一方、抵抗ブリッジ回路３０１の出力端子ｘ，ｙは差動増幅器３０５の入力側に接続されており、この差動増幅器３０５の出力側はトランジスタ３０６のベースに接続されている。差動増幅器３０５とトランジスタ３０６は、フィラメント１０１の抵抗値が常に一定になるように抵抗ブリッジ回路３０１に供給する電流を調整するフィードバック回路を構成している。また、可変定電圧電源３１１に直列接続された抵抗素子３０８の両端電圧を測る圧力測定用電圧計３０９の表示値は、可変定電圧電源３１１から抵抗ブリッジ回路３０１に供給される電流に対応し、圧力測定値として用いられる。 The resistance bridge circuit 301 is configured by bridge-connecting a filament 101 and a measurement cable 200 that form one side as a resistance, a variable resistance circuit 312, and two resistance elements 302 and 303. The input terminals v and w of the resistance bridge circuit 301 are connected to a variable constant voltage power source 311 via a transistor 306 that functions as a variable resistor. On the other hand, the output terminals x and y of the resistance bridge circuit 301 are connected to the input side of the differential amplifier 305, and the output side of the differential amplifier 305 is connected to the base of the transistor 306. The differential amplifier 305 and the transistor 306 constitute a feedback circuit that adjusts the current supplied to the resistance bridge circuit 301 so that the resistance value of the filament 101 is always constant. The display value of the pressure measurement voltmeter 309 that measures the voltage across the resistance element 308 connected in series to the variable constant voltage power supply 311 corresponds to the current supplied from the variable constant voltage power supply 311 to the resistance bridge circuit 301. Used as a pressure measurement.
抵抗ブリッジ回路３０１の１辺をなす前記可変抵抗回路３１２は、測定ケーブル２００のケーブル長を変更したときに、初期調整として、ケーブル長が変更された測定ケーブルが接続された測定子１００を予め定められた基準圧力Ｐ0の真空雰囲気中に置いたときに抵抗ブリッジ回路３０１が平衡状態となるように、その抵抗値が設定し直されるものである。 The variable resistance circuit 312 forming one side of the resistance bridge circuit 301 predetermines the probe 100 to which the measurement cable with the changed cable length is connected as an initial adjustment when the cable length of the measurement cable 200 is changed. The resistance value is reset so that the resistance bridge circuit 301 is in an equilibrium state when placed in a vacuum atmosphere of the reference pressure P 0 thus set.
この可変抵抗回路３１２は、図２に示すように、本実施形態では、各々の抵抗値が同一であって直列接続された複数個の抵抗素子３１３と、各抵抗素子３１３の接続点に一端が接続され、他端が共通接続された複数個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）によるスイッチ素子３１４と、これらのスイッチ素子３１４をオン・オフ制御するデコーダ３１５とにより構成されている。 As shown in FIG. 2, the variable resistance circuit 312 has a plurality of resistance elements 313 having the same resistance value and connected in series, and one end at a connection point of each resistance element 313 in this embodiment. The switch element 314 includes a plurality of FETs (field effect transistors) connected in common and connected at the other end, and a decoder 315 that controls on / off of the switch elements 314.
前記補償指令スイッチ３１７は、測定ケーブル２００のケーブル長を変更したときの初期調整時に、つまり、ケーブル長が変更された測定ケーブルが接続された測定子１００を予め定められた基準圧力Ｐ0の真空雰囲気中に置いたときに、人手による操作で作動されて、制御部３１６に補償動作の実行を指令する補償指令を与えるようになっている。 The compensation command switch 317 is used for the initial adjustment when the cable length of the measurement cable 200 is changed, that is, when the probe 100 connected to the measurement cable with the changed cable length is vacuum with a predetermined reference pressure P 0 . When placed in an atmosphere, it is operated by a manual operation, and a compensation command is issued to command the control unit 316 to execute a compensation operation.
制御部３１６は、補償指令スイッチ３１７からの補償指令が与えられると、抵抗ブリッジ回路３０１が平衡状態となって該抵抗ブリッジ回路３０１の出力端子ｘ，ｙ間電圧が零となるように、差増増幅器３０５の出力値に基づいて、デコーダ３１５に可変抵抗制御信号（可変抵抗制御データ）を与える。これにより、可変抵抗制御信号に対応するスイッチ素子３１４がオンとなり、抵抗ブリッジ回路３０１が平衡状態となるように可変抵抗回路３１２の抵抗値が自動的に設定される。 When the compensation command from the compensation command switch 317 is given, the control unit 316 increases the difference so that the resistance bridge circuit 301 is in a balanced state and the voltage between the output terminals x and y of the resistance bridge circuit 301 becomes zero. Based on the output value of the amplifier 305, a variable resistance control signal (variable resistance control data) is given to the decoder 315. Thereby, the switch element 314 corresponding to the variable resistance control signal is turned on, and the resistance value of the variable resistance circuit 312 is automatically set so that the resistance bridge circuit 301 is in an equilibrium state.
また、制御部３１６は、平衡状態となった抵抗ブリッジ回路３０１に供給される電流が予め設定された一定の電流値Ｉ0となるように、圧力測定用電圧計３０９の測定値に基づいて、可変定電圧電源３１１に電流制御信号を与える。これにより、可変定電圧電源３１１の出力電圧が制御されて、可変抵抗回路３１２の抵抗値が設定し直されて平衡状態となった抵抗ブリッジ回路３０１に供給される電流が、予め設定された一定の電流値Ｉ0に自動的に調整される。 Further, the control unit 316 is based on the measured value of the pressure measuring voltmeter 309 so that the current supplied to the resistance bridge circuit 301 in the balanced state becomes a predetermined constant current value I 0 . A current control signal is given to the variable constant voltage power supply 311. As a result, the output voltage of the variable constant voltage power supply 311 is controlled, the resistance value of the variable resistance circuit 312 is reset, and the current supplied to the resistance bridge circuit 301 in the equilibrium state is set to a predetermined constant value. The current value I 0 is automatically adjusted.
このように本実施形態では、制御部３１６は、測定ケーブル２００のケーブル長を変更したときの初期調整に際し、測定子１００が予め定められた基準圧力Ｐ0の真空雰囲気中にあるときに抵抗ブリッジ回路３０１が平衡状態となるように可変抵抗回路３１２の抵抗値を自動的に設定するブリッジ回路平衡調整手段を構成している。また、制御部３１６は、測定ケーブル２００のケーブル長を変更したときの初期調整に際し、測定子１００が前記基準圧力Ｐ0の真空雰囲気中にあるときに平衡状態の抵抗ブリッジ回路３０１に供給される電流が予め定められた一定電流値Ｉ0となるように可変定電圧電源３１１の出力を自動的に調整するブリッジ電流調整手段を構成している。そして、本実施形態では、この制御部３１６は、測定ケーブル２００のケーブル長の変更による抵抗ブリッジ回路３０１の平衡状態の変動及び該抵抗ブリッジ回路３０１への供給電流の変動を補償する測定ケーブル抵抗値変動補償手段を構成している。制御部３１６は、例えばプログラムされたマイクロコンピュータで構成することができる。 As described above, in the present embodiment, the control unit 316 performs the resistance bridge when the probe 100 is in a vacuum atmosphere at the predetermined reference pressure P 0 during the initial adjustment when the cable length of the measurement cable 200 is changed. The bridge circuit balance adjusting means is configured to automatically set the resistance value of the variable resistance circuit 312 so that the circuit 301 is in a balanced state. In addition, the control unit 316 is supplied to the resistance bridge circuit 301 in an equilibrium state when the probe 100 is in the vacuum atmosphere at the reference pressure P 0 in the initial adjustment when the cable length of the measurement cable 200 is changed. The bridge current adjusting means is configured to automatically adjust the output of the variable constant voltage power supply 311 so that the current becomes a predetermined constant current value I 0 . In the present embodiment, the control unit 316 compensates the fluctuation of the equilibrium state of the resistance bridge circuit 301 and the fluctuation of the supply current to the resistance bridge circuit 301 due to the change in the cable length of the measurement cable 200. It constitutes fluctuation compensation means. The control unit 316 can be configured by a programmed microcomputer, for example.
このように構成される本実施形態によるピラニ真空計では、測定ケーブル２００のケーブル長を変更したときの初期調整として、制御部３１６による前述した測定ケーブル抵抗値変動補償が行われるようになっている。したがって、測定ケーブル抵抗値変動補償により抵抗ブリッジ回路３０１の１辺を構成する可変抵抗回路３１２の抵抗値と可変定電圧電源３１１の出力とが設定されると、それ以後は、前記図３の従来のピラニ真空計について前述したのと同様の動作によって圧力測定がなされるものであるから、ここでは、測定ケーブル２００をケーブル長が異なるものに変更した場合でも、同じ圧力に対して同一の圧力表示値を示して測定誤差のない圧力測定を可能にする補償原理について、以下に説明する。 In the Pirani vacuum gauge according to the present embodiment configured as described above, the above-described measurement cable resistance value variation compensation by the control unit 316 is performed as an initial adjustment when the cable length of the measurement cable 200 is changed. . Therefore, when the resistance value of the variable resistance circuit 312 and the output of the variable constant voltage power supply 311 constituting one side of the resistance bridge circuit 301 are set by compensation for the measurement cable resistance value variation, the conventional method of FIG. Since the pressure measurement is performed by the same operation as described above for the Pirani vacuum gauge, even if the measurement cable 200 is changed to one having a different cable length, the same pressure indication is displayed for the same pressure. The compensation principle that enables the pressure measurement without any measurement error by indicating the value will be described below.
ここで、測定ケーブル２００の抵抗値がＲであるとすると、基準圧力Ｐ0において抵抗ブリッジ回路３０１が平衡状態となるように可変抵抗回路３１２の抵抗値を調節し設定したとき、フィラメント１０１、抵抗素子３０２、３０３及び可変抵抗回路３１２の各抵抗値Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ12、並びに抵抗ブリッジ回路３０１の電流ｉ1、ｉ2との間には次の関係が成り立つ。 Here, assuming that the resistance value of the measurement cable 200 is R, when the resistance value of the variable resistance circuit 312 is adjusted and set so that the resistance bridge circuit 301 is in an equilibrium state at the reference pressure P 0 , the filament 101, the resistance The following relationship is established between the resistance values R 1 , R 2 , R 3 , R 12 of the elements 302, 303 and the variable resistance circuit 312, and the currents i 1 , i 2 of the resistance bridge circuit 301.
次に真空槽内の圧力が変化し、圧力Ｐとなったとき、フィラメント１０１の抵抗値を元に戻すように、抵抗ブリッジ回路３０１の電流値がｉ1＋Δｉ1、ｉ2＋Δｉ2に調整されたとすると、このとき抵抗ブリッジ回路３０１は平衡状態を保っているから、式（２）の関係が成立する。 Next, when the pressure in the vacuum chamber changes and becomes the pressure P, the current value of the resistance bridge circuit 301 is adjusted to i 1 + Δi 1 and i 2 + Δi 2 so that the resistance value of the filament 101 is restored. Assuming that the resistance bridge circuit 301 is in an equilibrium state at this time, the relationship of Expression (2) is established.
したがって、表示部３０７の抵抗素子３０８を流れる電流Ｉ（＝ｉ1＋ｉ2）の変化ΔＩは、式（１’）、（１）及び（２）より、次式（３）となる。 Therefore, the change ΔI of the current I (= i 1 + i 2 ) flowing through the resistance element 308 of the display unit 307 is expressed by the following expression (3) from the expressions (1 ′), (1), and (2).
一方、ケーブル長さの異なる測定ケーブルを用いた場合には、その抵抗値は前記Ｒとは異なる値Ｒ’を有する。前述と同様、基準圧力Ｐ0において抵抗ブリッジ回路３０１が平衡状態となるように可変抵抗回路３１２の抵抗値を調節し設定したとき、フィラメント１０１、抵抗素子３０２、３０３及び可変抵抗回路３１２の各抵抗値Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ12’、並びに抵抗ブリッジ回路３０１の電流ｉ1’、ｉ2’との間には次の関係が成り立つ。 On the other hand, when measurement cables having different cable lengths are used, the resistance value thereof has a value R ′ different from R. As described above, when the resistance value of the variable resistance circuit 312 is adjusted and set so that the resistance bridge circuit 301 is in an equilibrium state at the reference pressure P 0 , each resistance of the filament 101, the resistance elements 302 and 303, and the variable resistance circuit 312 is set. The following relationship holds between the values R 1 , R 2 , R 3 , R 12 ′ and the currents i 1 ′, i 2 ′ of the resistance bridge circuit 301.
次に前述と同様、真空槽内の圧力が変化し、圧力Ｐとなったとき、フィラメント１０１の抵抗値を元に戻すように、抵抗ブリッジ回路の電流値がｉ1’＋Δｉ1’、ｉ2’＋Δｉ2’に調整されたとすると、このとき抵抗ブリッジ回路３０１は平衡状態を保っているから、式（５）の関係が成立する。 Next, as described above, when the pressure in the vacuum chamber changes and reaches the pressure P, the current value of the resistance bridge circuit is i 1 ′ + Δi 1 ′, i 2 so that the resistance value of the filament 101 is restored. If it is adjusted to “+ Δi 2 ”, the resistance bridge circuit 301 is maintained in an equilibrium state at this time, and therefore the relationship of Expression (5) is established.
したがって、表示部の抵抗素子３０８を流れる電流Ｉ’（＝ｉ1’＋ｉ2’）の変化ΔＩ’は、式（４’）、（４）及び（５）より、次式（６）となる。 Therefore, the change ΔI ′ of the current I ′ (= i 1 ′ + i 2 ′) flowing through the resistance element 308 of the display unit is expressed by the following equation (6) from the equations (4 ′), (4), and (5). .
このとき、式（１’）、（１）、（４’）及び（４）より、次式（７）の関係が成立する。 At this time, the relationship of the following equation (7) is established from the equations (1 ′), (1), (4 ′), and (4).
式（７）のようになるから、前述した可変抵抗回路３１２の設定の際に、抵抗ブリッジ回路３０１への供給電流がＩ＝Ｉ’＝Ｉ0、すなわち、（ｉ1＋ｉ2）＝（ｉ1’＋ｉ2’）＝（ｉ10＋ｉ20） となるように可変定電圧電源３１１の出力を調整すれば、式（８’）、（８）となる。 Since Expression (7) is obtained, when the variable resistance circuit 312 is set, the current supplied to the resistance bridge circuit 301 is I = I ′ = I 0 , that is, (i 1 + i 2 ) = (i If the output of the variable constant voltage power supply 311 is adjusted so that 1 ′ + i 2 ′) = (i 10 + i 20 ), equations (8 ′) and (8) are obtained.
したがって、式（３）、（６）及び（７）より、式（９）の関係が成立する。 Therefore, the relationship of Equation (9) is established from Equations (3), (6), and (7).
すなわち、測定ケーブル２００をケーブル長が異なるものに変更した場合でも、同じ圧力Ｐに対して同一の圧力表示値を示し、測定誤差なく圧力測定を行うことができる。 That is, even when the measurement cable 200 is changed to one having a different cable length, the same pressure display value is shown for the same pressure P, and the pressure measurement can be performed without a measurement error.
前述したように、本実施形態によるピラニ真空計は、測定部３００に設けられた制御部３１６により、測定ケーブル２００のケーブル長を変更したときの初期調整として、測定子１００が予め定められた基準圧力Ｐ0の真空雰囲気中にあるときに抵抗ブリッジ回路３０１が平衡状態となるように可変抵抗回路３１２の抵抗値を自動的に設定するとともに、該平衡状態の抵抗ブリッジ回路３０１に供給される電流が予め定められた一定電流値Ｉ0となるように可変定電圧電源３１１の出力を自動的に調整するように構成されている。これにより、測定ケーブル２００をケーブル長が異なるものに変更した場合でも、同じ圧力Ｐに対して同一の圧力表示値を示し、測定誤差なく圧力測定を行うことができる。 As described above, in the Pirani vacuum gauge according to the present embodiment, the control unit 316 provided in the measurement unit 300 has the reference 100 in which the probe 100 is predetermined as an initial adjustment when the cable length of the measurement cable 200 is changed. The resistance value of the variable resistance circuit 312 is automatically set so that the resistance bridge circuit 301 is in an equilibrium state when in a vacuum atmosphere at the pressure P 0 , and the current supplied to the resistance bridge circuit 301 in the equilibrium state Is configured to automatically adjust the output of the variable constant voltage power supply 311 so that the current becomes a predetermined constant current value I 0 . Thereby, even when the measurement cable 200 is changed to one having a different cable length, the same pressure display value is shown for the same pressure P, and the pressure measurement can be performed without a measurement error.
なお、本実施形態では、抵抗ブリッジ回路３０１はフィラメント１０１を持つ辺を除く残り３辺のうちの１辺を可変抵抗回路で構成するようにしたが、これに限定されず、残り３辺のうちの２辺又は３辺を可変抵抗回路で構成するようにしてもよい。 In the present embodiment, the resistance bridge circuit 301 is configured with one of the remaining three sides excluding the side having the filament 101 as a variable resistance circuit. However, the present invention is not limited to this. These two sides or three sides may be constituted by a variable resistance circuit.
１００…測定子
１０１…フィラメント
２００…測定ケーブル
３００…測定部
３０１…抵抗ブリッジ回路
３０２，３０３…抵抗素子
３０５…差動増幅器
３０６…トランジスタ
３０７…表示部
３０８…抵抗素子
３０９…圧力測定用電圧計
３１１…可変定電圧電源
３１２…可変抵抗回路
３１３…抵抗素子
３１４…スイッチ素子
３１５…デコーダ
３１６…制御部
３１７…補償指令スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Measuring element 101 ... Filament 200 ... Measurement cable 300 ... Measurement part 301 ... Resistance bridge circuit 302, 303 ... Resistance element 305 ... Differential amplifier 306 ... Transistor 307 ... Display part 308 ... Resistance element 309 ... Voltmeter 311 for pressure measurement ... Variable constant voltage power supply 312 ... Variable resistance circuit 313 ... Resistance element 314 ... Switch element 315 ... Decoder 316 ... Control unit 317 ... Compensation command switch
Claims (2)
前記測定部に、前記測定ケーブルのケーブル長の変更による前記抵抗ブリッジ回路の平衡状態の変動及び該抵抗ブリッジ回路への供給電流の変動を補償する測定ケーブル抵抗値変動補償手段を備えていることを特徴とするピラニ真空計。 A measuring element connected to the system to be measured, a measuring part arranged separately from the measuring element, a measuring cable connecting the filament of the measuring element and the measuring part, and the measuring part is A resistance bridge circuit in which the filament and the measurement cable constitute one side as a resistance, a power source for supplying current to the resistance bridge circuit, and the resistance bridge circuit so that the resistance value of the filament is always constant In a Pirani gauge with a feedback circuit that adjusts the current supplied to the
The measurement unit includes measurement cable resistance value fluctuation compensation means for compensating for fluctuations in the equilibrium state of the resistance bridge circuit and fluctuations in the supply current to the resistance bridge circuit due to a change in the cable length of the measurement cable. A featured Pirani gauge.
In the resistance bridge circuit, at least one of the remaining three sides excluding the side having the filament is constituted by a variable resistance circuit, and the power source is constituted by a variable constant voltage power source. A bridge circuit balance adjusting means for setting a resistance value of the variable resistance circuit so that the resistance bridge circuit is in an equilibrium state when the probe is in an atmosphere of a predetermined reference pressure; and the probe Bridge current adjusting means for adjusting the output of the variable constant voltage power supply so that the current supplied to the resistance bridge circuit in the equilibrium state has a predetermined constant current value when is in the atmosphere of the reference pressure The Pirani vacuum gauge according to claim 1, wherein:
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2003
- 2003-10-08 JP JP2003349756A patent/JP2005114574A/en active Pending
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