專利名稱：皮拉尼真空計的制作方法
技術領域：
本發明涉及進行氣體壓力測量的皮拉尼真空計，具體地說，涉及針對面臨被測量空間的測量子部分的構造設計的皮拉尼真空計。
背景技術：
對于皮拉尼真空計，通過使電流流過設于被測量空間的細絲而加熱該細絲，并利用此時從細絲奪取的熱量因細絲周圍的氣體壓力而變化，對氣體壓力進行測量。細絲也可使用線圈形狀。例如參照專利文獻1。
專利文獻1日本特開平7-120339號公報第7圖是表示現有的皮拉尼真空計的概略構造。細絲1收容在包封體2的內部。包封體2呈圓筒狀，一端開口，另一端由絕緣構件4不透氣地密封。包封體2的開口端側伸入真空槽11內部的被測量空間s內，包封體2的內部和被測量空間s連通，細絲1形成和被測量空間s內的氣體接觸的狀態。包封體2起到作為被測量空間s和真空槽11外部的大氣之間的隔壁的作用。
細絲1的一端連接在導電端子5b的一端，該導電端子5b不透氣地貫通絕緣構件4且位于包封體2的內部。細絲1的另一端連接在位于包封體2內部的導電性細絲支撐件6的一端。細絲支撐件6的另一端連接在導電端子5a的一端，該導電端子5a不透氣地貫通絕緣構件4且位于包封體2內部。因此，細絲1和導電端子5a、5b電連接。導電端子5a、5b連接在未圖示的控制電路，該控制電路配設在包封體2外部的大氣壓下，經由這些導電端子5a、5b向細絲1供電。
細絲1組入未圖示的電橋電路的一部分，檢測隨著細絲1的溫度變化而產生的電阻變化。目前市售的皮拉尼真空計系使用被稱為恒流型(或恒壓型)和恒溫型的兩種動作模式。對于恒流型(恒壓型)皮拉尼真空計，在電橋電路中加上一定的電流(電壓)，由電橋電路的非平衡電壓，檢測隨著氣體壓力變化的細絲溫度變化、即電阻變化。對于恒溫型皮拉尼真空計，在檢測電橋電路的非平衡電壓時，以使細絲電阻(溫度)保持在預定值的方式對流向電橋電路的電流施加反饋，維持電橋電路的平衡。即，按如下方式進行動作自動控制施加的電力以補償由氣體所奪取的熱量，使細絲溫度常時保持一定。因而，可從其施加的電力得知氣體壓力。皮拉尼真空計通常使用的壓力范圍(3×103Pa以下)內的一般測量精度為±30％左右。
發明內容
對于現有的皮拉尼真空計，在從104Pa附近以上到大氣壓的氣體壓力區域，因為安裝姿勢、即細絲1為垂直(平行于豎直方向)或水平(垂直于豎直方向)，而存在測量壓力值產生很大的不同(盡管是測量相同壓力的氣體，但測量壓力值卻因細絲1姿勢的不同而有50％以上的差異)的問題。細絲1為水平姿勢時比垂直姿勢時更強烈受到因包封體2內部的氣體對流所產生的熱傳導的影響，從而來自細絲1的熱有容易被大量奪取的傾向。例如對于恒溫型皮拉尼真空計來說，投入細絲1的電力更大，其結果，測量壓力值容易比實際的氣體壓力高。
而且，包封體2內部的氣體溫度和包封體2的溫度大致相等，但包封體2受到真空槽11外部的環境溫度變動的影響，因此包封體2內部的氣體溫度亦隨之變動。細絲1的溫度除了依附于細絲周圍的氣體壓力之外，也依附于細絲溫度及其周圍氣體溫度之差。因而，除了因氣體溫度的變動所產生的氣體壓力變化而導致細絲溫度產生變化之外，也因細絲溫度和氣體溫度之差而使得細絲溫度產生變化，從而測量壓力的精度變差。
本發明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種皮拉尼真空計，可提高細絲溫度對氣體壓力變動的依存度且精度良好地測量氣體壓力。
本發明為了解決所述問題而采用以下構造。
即，本發明的皮拉尼真空計具備包封體，內部面向被測量空間；細絲，收容在包封體內部；以及筒，在包封體內部設成包圍細絲，夾著細絲相對向的內壁間的最小距離為6mm以內，且覆蓋細絲長度的80％以上。
用上述尺寸的筒包圍細絲以限制細絲周圍的空間，可使因姿勢不同所造成的對流熱傳導的影響方法不易產生很大的差異。由此，減少因姿勢不同所造成的測量壓力值不均而可提高測量精度。而且，因為有上述筒，筒內部的氣體溫度不易受到包封體溫度變動的影響，因此可抑制起因于氣體溫度變動的細絲溫度變化。這也有助于提高氣體壓力的測量精度。
此外，若將溫度傳感器安裝在筒上，根據該溫度傳感器的輸出而進行修正壓力指示值的溫度修正，則可進一步抑制細絲周圍氣體溫度變動的影響，進一步提高測量精度。此時，尤其在104Pa以上的壓力時，可提高壓力指示值對氣體壓力變動的響應性。
依據本發明的皮拉尼真空計，除了安裝姿勢不同、細絲周圍氣體溫度變動這樣的氣體壓力變動以外，還可抑制使細絲溫度改變的要因的影響，使細絲溫度對氣體壓力的依存度增加而可進行正確的壓力測量。
圖1是本發明的第1實施方式的皮拉尼真空計的概略圖。
圖2是本發明的第2實施方式的皮拉尼真空計的概略圖。
圖3是表示因皮拉尼真空計的安裝姿勢不同(水平或垂直)所造成的測量壓力差與筒內徑之間的關系的圖。
圖4是表示因安裝姿勢不同所造成的測量壓力差，根據筒內徑、筒/細絲長度比例而發生何種變化的圖。
圖5是表示因安裝姿勢不同所造成的測量壓力差與筒/細絲長度比例之間的關系的圖。
圖6是表示壓力從真空轉換到大氣壓時的壓力指示值隨時間變化的圖。
圖7是現有的皮拉尼真空計的概略圖。
符號說明1細絲2包封體4絕緣構件6細絲支撐件7筒8筒支撐件9溫度傳感器11 真空槽s被測量空間具體實施方式
下面參照附圖對適用本發明的具體實施方式
進行詳細地說明。此外，本發明并不限于以下的實施方式，可根據本發明的技術思想進行各種變形。
圖1表示本發明的第1實施方式的皮拉尼真空計的概略構造。在包封體2的內部收容有細絲1。細絲1由白金線等金屬細線所構成，其形狀不限于圖1所示的直線形，也可以是線圈形。包封體2呈圓筒狀，一端開口，另一端由絕緣構件4不透氣地密封。細絲1大致平行于包封體2的軸向地配設在包封體2的軸中心或其附近位置。
包封體2的開口端側伸入真空槽11內部的被測量空間s內，且包封體2的內部面向被測量空間s，細絲1和被測量空間s內的氣體形成接觸狀態。包封體2起到作為被測量空間s和真空槽11外部的大氣之間的隔壁的作用。
細絲1的一端連接在導電端子5b的一端，該導電端子5b不透氣地貫通絕緣構件4且位于包封體2內部。細絲1的另一端連接在導電性細絲支撐件6的一端，該導電性細絲支撐件6位于包封體2的內部。細絲支撐件6的另一端連接在導電端子5a的一端，該導電端子5a不透氣地貫通絕緣構件4且位于包封體2內部。因而，細絲1的兩端分別和導電端子5a、5b電連接。導電端子5a、5b連接于未圖示的控制電路，該控制電路在包封體2的外部設置在大氣壓下，經由這些導電端子5a、5b向細絲1供電。
在細絲1的周圍以包圍細絲1的方式配設兩端開口的筒7，細絲1系通過該筒7內部的軸中心位置或其附近位置。筒7不與細絲1接觸。筒7的內部通過筒7的兩端開口而與包封體2內部及被測量空間s連通。
筒7的靠近絕緣構件4一端側的外壁面固定在筒支撐件8，筒7以軸方向大致平行于細絲1的延伸方向及包封體2的軸方向的狀態支持在筒支撐件8。筒支撐件8安裝在貫通絕緣構件4的端子5c的位于包封體2內部的部分。筒7不與細絲支撐件6接觸。
筒7為圓筒，其內徑在6mm以內。而且，筒7覆蓋細絲長度的80％以上。為了防止來自已加熱的細絲1的熱籠罩在筒7內部，造成筒7內的氣體溫度上升而影響到細絲1的溫度變動，因此，最好以熱傳導性優良的例如金屬材料所構成筒7。
細絲1組入在未圖示的電橋電路的局部，用以檢測隨著細絲1的溫度變動而產生的電阻變化。例如以恒溫型皮拉尼真空計來說明，以如下方式進行動作，即自動控制施加的電力以補償因氣體奪走的熱量，使細絲溫度常時保持一定，從而可從其施加的電力得知氣體壓力。
根據第1實施方式制作皮拉尼真空計，并進行各種性能評估。
細絲1使用直徑25μm、長度56mm的白金線。筒7使用圓筒形狀且厚度為60μm的不銹鋼制造，內徑和長度可進行各種變更。包封體2、支持件6、8為不銹鋼制。
圖4表示將橫軸所示的筒7內徑和縱軸所示的筒/細絲長度比例(筒7的長度相對于細絲1的長度之比例)進行各種變更，測量1×105Pa氣體(氮)壓力時，因細絲1的安裝姿勢(水平或垂直)不同所造成的壓力指示值(顯示部所顯示的值)的差。
從圖4可知，若將筒7的內徑設定成6mm以內，且將筒/細絲長度比例設定成80％以上(即，若筒7覆蓋細絲1長度的80％以上)，則可將因細絲1的安裝姿勢不同所造成的壓力指示值的差抑制在40％以下，而在采用現有的未設筒7的情況下則達50％以上，因此，可降低因安裝姿勢的不同所造成的測量不均。
再者，若將筒7的內徑設定在5mm以內，且將筒/細絲長度比例設定在80％以上，則因安裝姿勢不同所造成的壓力指示值的差達到30％以下，可確保皮拉尼真空計通常容許的測量精度。
圖3表示將細絲1和筒7的長度設定成相同(56mm)時，筒7的內徑(橫軸)和因細絲1的安裝姿勢不同所造成的壓力指示值之差(縱軸)之間的關系。表示將被測量空間s內的氣體(氮)壓力分別設為6×103Pa、1×104Pa、1×105Pa的情況。
從該圖3的結果亦可知，藉由將筒7的內徑設于6mm以內，且將筒/細絲長度比例設于80％以上(圖3中筒/細絲長度比例＝100％)，可在氣體壓力為1×105Pa以下的情況下，將因安裝姿勢不同所造成的壓力指示值之差抑制在大約30％以下。再者，通過將筒7的內徑設定在4mm以內，可將在氣體壓力為1×105Pa以下時因安裝姿勢不同所造成的壓力指示值之差抑制在大約10％以下，而且通過將筒7的內徑設于3mm以內，可將在氣體壓力為1×105Pa以下時因安裝姿勢不同所造成的壓力指示值之差抑制在百分之幾以下。
圖5表示筒/細絲長度比例對因安裝姿勢不同所造成的壓力指示值之差的影響，因此，從圖4的所得數據，將橫軸作為筒/細絲長度比例、將縱軸作為因安裝姿勢不同所造成的壓力指示值。筒7的內徑系設定成3mm。從該圖5可知，若筒7覆蓋細絲1長度的80％以上，則因安裝姿勢不同所造成的壓力指示值之差被抑制在10％以下，極為優良。
從以上結果可知，根據本實施方式，在現有的因安裝姿勢不同所造成的壓力指示值之差容易變大的大氣壓(1×105Pa)附近的較高壓力區域，可精度良好地測量氣體壓力而不會嚴重受到因安裝姿勢不同所造成的影響。依據本實施方式，與現有的皮拉尼真空計相較，可將高精度測量的壓力測量范圍提高一位數以上。
此外，筒7的材料不限于不銹鋼。但是，從避免起因于筒7內的熱滯留所造成的細絲溫度變化的觀點來看，避免使用隔熱性材料而使用熱傳導性良好的材料為佳。
另外，筒7的厚度不限于60μm。對于筒7的厚度，只要對應筒材料的熱傳導性，設計成無損于筒7良好的熱傳導性即可。例如，對于不銹鋼和鋁合金來說，因為鋁合金的熱傳導率較大，因此可容許鋁合金的厚度范圍為更大的厚度。另外，還可舉出Mo、W、Al、Cu、Ni等作為適于筒7材料的熱傳導率高的材料。
而且，筒7的橫截面形狀不限于圓，三角形、四邊形或其它多邊形，甚至長圓形亦可。此時，將上述內徑尺寸替換成夾著細絲1相對向的內壁間的最小距離來實施即可。
接著，說明關于本發明的第2實施方式。此外，與上述第1實施方式相同的構造部分賦予同一符號，省略其詳細說明。
在現有的沒有上述筒7的情況下，尤其在104Pa以上的氣體壓力下，由來自細絲1的熱對包封體2進行加熱，并不設定包封體2的溫度。因而，包封體2內部的氣體溫度變動，容易產生起因于該變動的細絲1的溫度變化，從而存在壓力指示值對氣體壓力變化的響應性變差的問題。
因此，在第2實施方式中，如圖2所示，在筒7的外壁面安裝溫度傳感器9，根據該溫度傳感器9的輸出(即檢測溫度)進行壓力指示值的修正。溫度傳感器9經由配線10及導電端子5a、5e連接在未圖示的溫度補償電路，該溫度補償電路根據溫度傳感器9的檢測溫度，消除因筒7內的氣體溫度變動所造成的細絲溫度變動量，輸出壓力指示值。
根據該第2實施方式制作皮拉尼真空計，進行關于響應性的評估。溫度傳感器9使用白金測溫電阻體。筒7的內徑設定成3mm，筒/細絲長度比例設定成100％。其它條件和第1實施方式相同。此外，溫度成測器9也可以使用二極管等。
圖6表示從壓力1Pa以下的狀態將氣體(氮)導入被測量空間s內至大氣壓時，壓力指示值隨時間的變化。實線表示根據上述溫度傳感器9的檢測溫度進行了壓力指示值修正的情況，虛線表示未設溫度傳感器9而未進行壓力指示值的溫度修正的情況。不進行溫度修正時，壓力指示值在經過200秒以上之后穩定，而進行了溫度修正時，壓力指示值在大約經過30秒時穩定且響應性良好。
例如在半導體加工工藝中，一面監視壓力指示值，一面進行朝處理室內導入工藝氣體的閥門開閉控制。所謂壓力指示值的回應性良好是指對于處理室內的氣體壓力變動，抑制閥門開閉控制的延遲，可正確地控制處理室內的氣體壓力。
權利要求
1.一種皮拉尼真空計，其特征為，具備包封體，內部面向被測量空間；細絲，收容在所述包封體的內部；以及筒，在所述包封體內部設成包圍所述細絲，夾著所述細絲相對向的內壁間的最小距離為6mm以內，且覆蓋所述細絲長度的80％以上。
2.如權利要求1所述的皮拉尼真空計，其特征在于，所述筒具有熱傳導性。
3.如權利要求1或2所述的皮拉尼真空計，其特征在于，所述筒安裝有溫度傳感器，根據該溫度傳感器的輸出來修正壓力指示值。
4.如權利要求1至3中任一項所述的皮拉尼真空計，其特征在于，所述細絲由白金線構成，且所述筒為不銹鋼制。
5.如權利要求1至3中任一項所述的皮拉尼真空計，其特征在于，所述細絲由白金線構成，且所述筒為鎳制。
全文摘要
本發明提供一種皮拉尼真空計，可提高細絲溫度對氣體壓力變動的依存度，以良好的精度測量氣體壓力。本發明的皮拉尼真空計具備包封體(2)，內部面向被測量空間(s)；細絲(1)，收容在該包封體2內部；以及筒(7)，在包封體(2)內部包圍細絲(1)而設置，且夾著細絲(1)相對向的內壁間的最小距離為6mm以內，并覆蓋細絲(1)長度的80％以上。
文檔編號G01L21/00GK1969175SQ200580019399
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月7日 優先權日2004年11月24日
發明者宮下剛, 高橋直樹 申請人:株式會社愛發科