(57)【要約】  熱伝導真空計は、ホイートストーンブリッジ回路の１つの辺（２０）におけるフィラメント（１２）と、ブリッジ回路の斜め向かいの辺（１６）における可変デジタルポテンシオメータ（２８）と、ポテンシオメータの抵抗を調整してブリッジの電圧（ＶO）を制御し、使用中、フィラメント（１２）の温度を所定の値又は所定の値あたりに維持するための制御装置（３０）とを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイートストーンブリッジ回路の１つの辺におけるフィラメントと、
前記ブリッジ回路の斜め向かいの辺におけるデジタルポテンシオメータと、
前記ポテンシオメータの抵抗を調整して前記ブリッジの電圧を所定の値に設定し、それによって前記フィラメントの温度を所定の値に設定するための制御装置と、
を含むことを特徴とする熱伝導真空計。
【請求項２】
前記ブリッジ回路を平衡させるための比較器を含むことを特徴とする請求項１に記載の真空計。
【請求項３】
前記比較器はオペアンプからなることを特徴とする請求項２に記載の真空計。
【請求項４】
周囲温度の変化に対して前記フィラメントを通過する電流を調整するための、前記フィラメントの辺に隣接する前記回路の辺における温度補償器を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空計。
【請求項５】
前記フィラメントの近傍の気体圧力を表す電気出力信号を発生するように設計されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導真空計に関する。本発明は、大気圧よりも低い圧力の測定に使用するための圧力計として特に用途が見出される。
【背景技術】
【０００２】
よく知られた１つの熱伝導圧力計の種類は、ピラニ真空計である。その真空計は、その温度が電気抵抗に関して測定される、加熱されたフィラメントを用いて、気体の圧力を測定するために使用される。ピラニ真空計のフィラメントは通常、伝導による電線からの熱損失を最小とするために適切な支持体に支持された電線を含む。例えば、ＢＯＣエドワーズＡＰＧ−ＭＰピラニ真空計は、プラチナ／ロジウム合金から形成されたフィラメントを含む。プラチナ又はＰｔ／Ｒｈ合金といった電線材料を使用することによって、真空計は、半導体加工用途において遭遇する腐食性環境において、１０-3ｍｂａｒの圧力まで測定することができる。
【０００３】
フィラメントがその周囲に熱を失う速度は、気体圧力の関数であるので、真空計が真空を測定するのを可能とするために使用することができる。
【０００４】
ピラニ真空計において、フィラメントは、ホイートストーンブリッジ回路の１つの辺を提供する。真空計は、定温度モード又は定電圧モードのいずれかで動作することができる。前者のモードにおいて、フィラメントを定温に保つために供給される電力は、気体圧力の変化に応じて変化するので、この電力が真空度として機能する。後者のモードにおいて、ブリッジの電気的不平衡である気体圧力の変化が、真空度として機能する。
【０００５】
定温度モードで動作する既知のピラニ真空計のホイートストーンブリッジ回路が図１に示される。ブリッジ回路１００は、通常の４つの抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4を有し、その各々は、ブリッジ回路１００のそれぞれの辺に設けられ、Ｒ1、Ｒ3及びＲ4は固定抵抗であり、Ｒ2は、ピラニ真空計のフィラメントの抵抗である。ブリッジ回路１００の平衡条件は、式Ｒ2＝Ｒ1・Ｒ4／Ｒ3で与えられる。
【０００６】
使用中、オペアンプ１０２は、ブリッジ回路１００の上端に電圧ＶOを印加する。ブリッジ回路１００が、ある圧力において最初に平衡であったとすると、フィラメントの抵抗の変化は、フィラメントがその周囲へ熱を失う速度の変化により温度の低下が生じるために、ブリッジ回路１００が不平衡となることを生じさせる。このフィラメントの抵抗の変化は、アンプ１０２の入力において正の誤差電圧を生じさせる。この電圧の増幅後、アンプ１０２からの信号は、ブリッジの電圧ＶO、それ故フィラメントを通る電流も又調整し、フィラメントの温度が調整され、ブリッジの平衡が回復される。この動作モードにおいて、真空計の較正によって、ブリッジの電圧ＶOから圧力への変換が可能となる。
【０００７】
したがって、定温度モードにおいて、フィラメントは、その熱抵抗(hot resistance)がブリッジを平衡とするまで加熱される。フィラメントの製造に対する製造公差が比較的低い、例えば約±２％である場合には、フィラメントの変わり得る抵抗は、動作温度がフィラメントの間で、通常４０℃まで変わり得ることを意味する。フィラメントの間での動作温度の変動は、圧力変化に対するフィラメントの感度の変動を招き、真空計間での真空測定の正確度の変動を招き得る。
【０００８】
製造されたすべての真空計にわたって一定の動作温度を達成するためには、フィラメントは、非常に厳しい抵抗公差、通常±０．５％未満で製造される必要がある。このことは、フィラメントの製造を特に労働集約的なものとし、真空計の総コストを増加させ得る。
【発明の開示】
【０００９】
この問題に対処するために、本発明は、ホイートストーンブリッジ回路の１つの辺におけるフィラメントと、そのブリッジ回路の斜め向かいの辺の抵抗を変化させ、ブリッジの電圧を所定の値に設定し、それによってフィラメントの温度を所定の値に設定するための手段、好ましくはポテンシオメータとを含む熱伝導真空計を提供する。
【００１０】
このようにブリッジの電圧を制御することにより、フィラメントの温度は、フィラメントの抵抗にかかわらず、所定の値又は所定の値あたりに維持することができる。その結果、フィラメントの製造公差は緩和されることができ、それによって、これまで要求された厳しい公差でフィラメントを製造するのに要求された労働技術のレベルを下げることができ、それにより、真空計の総コストを減少させることができる。
【００１１】
１つの装置において、ポテンシオメータは、手動可変ポテンシオメータであり、ブリッジ回路の可変抵抗を提供するためのアナログ回路の一部を形成することができる。別の装置において、ポテンシオメータは、デジタルポテンシオメータであり、真空計は、ポテンシオメータを調整してブリッジの電圧を制御し、それによってフィラメントの動作温度を制御する制御装置を含む。従って、本発明は又、ホイートストーンブリッジ回路の１つの辺におけるフィラメントと、そのブリッジ回路の斜め向かいの辺におけるデジタルポテンシオメータと、ポテンシオメータの抵抗を調整してブリッジの電圧を所定の値に設定し、それによってフィラメントの温度を所定の値に設定するための制御装置を含む熱伝導真空計を提供する。
【００１２】
真空計は、ブリッジ回路を平衡させるための比較器、例えばオペアンプを含むことが好ましい。
【００１３】
真空計は、周囲温度の変化に対してフィラメントを通過する電流を調整するための、フィラメントの辺に隣接する回路の辺における温度補償器を含むことが好ましい。
【００１４】
真空計は、フィラメントの近傍の気体圧力を表す電気出力信号を発生するように設計されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
一例として、本発明の好ましい実施形態が、以下の図面を参照して、これから更に説明される。
【００１６】
まず図２を参照すると、熱伝導真空計の第１の実施形態は、固定抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３、並びにフィラメント１２を含むホイートストーンブリッジ回路１０を含み、固定抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３、並びにフィラメント１２の各々は、ブリッジ回路１０のそれぞれの辺１４、１６、１８、２０に配置される。既に知られているように、フィラメント１２は、多くの異なる構成、例えば、単直線電線又は二重直線電線、単コイル電線又は二重コイル電線で形成することができ、且つ様々な材料、例えば、タングステン、プラチナ及びプラチナ合金、ニッケル及びニッケル合金で形成することができる。ブリッジ回路１０は更に、フィラメント１２が配置される辺２０に対して斜め向かいにある、ブリッジ回路１０の辺１６に可変ポテンシオメータ２２を含む。本実施形態において、ポテンシオメータ２２は、抵抗Ｒ２と共に、ブリッジ回路１０の可変抵抗を提供するためのアナログ回路を提供する手動調整可能なポテンシオメータである。温度補償器２４は、ブリッジ回路１０の辺１６及び２０に隣接するブリッジ回路１０の辺１８に配置される。
【００１７】
比較器すなわちオペアンプ２６は、供給電圧ＶSUPPLYを受け、ブリッジの電圧ＶOを調整することによりブリッジの平衡を保つように働き、フィラメント１２を一定の抵抗に維持する。
【００１８】
ブリッジ回路１０は、フィラメント１２を既知の圧力に曝すことにより較正される。ポテンシオメータ２２は、ブリッジの電圧ＶOを所定の値に設定するように調整される。その結果、フィラメント１２の抵抗にかかわらず、フィラメント１２の温度は、所定の動作温度ＴOPに設定される。フィラメント１２が曝される圧力が変化すると、オペアンプ２６は、フィラメント１２をＴOP又はＴOPあたりに維持するために、ブリッジの電圧ＶOをその所定の値から調整する。ＶOの変化により、フィラメント１２が曝されている大気の圧力を測定することができる。温度補償器２４は、周囲温度に対応してブリッジ回路１０の辺１８の抵抗を変化させるように働き、フィラメントの動作温度は、周囲温度よりも高い固定温度に維持されることができる。
【００１９】
真空計の第２の実施形態は、図３に示されるホイートストーンブリッジ回路１０’を含む。第２の実施形態は、第１の実施形態の手動調整可能なポテンシオメータ２２が、制御装置３０により制御されるデジタルポテンシオメータ２８で置き換えられている点で第１の実施形態と異なる。較正中、制御装置３０は、ブリッジの電圧ＶOをモニタし、ブリッジの電圧が所定の値に設定されるように、デジタルポテンシオメータ２８を調整する。既に知られているように、デジタルポテンシオメータは一般に、それぞれの抵抗に各々が連結することができるスイッチのアレイを含む。制御装置３０から受信した信号に応じて、デジタルポテンシオメータは、選択されたスイッチのを作動させ、デジタルポテンシオメータは所望の抵抗となる。
【００２０】
図４は、一定圧力における熱伝導真空計のフィラメントの動作温度の、製造公差に対する変化を示すグラフである。トレース３２は、図１の従来の熱伝導真空計の、製造公差に対するフィラメントの動作温度の変化を示すのに対し、トレース３４は、図２又は図３の真空計のフィラメントの動作温度の変化を示す。グラフに示されるように、真空計の第１及び第２の実施形態は、フィラメント１２の製造変動にかかわらず、フィラメントの動作温度を所定の値、この例ではちょうど１００℃の下に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】既知の熱伝導真空計の回路を示す。
【図２】熱伝導真空計の回路の第１の実施形態を示す。
【図３】熱伝導真空計の回路の第２の実施形態を示す。
【図４】一定圧力における熱伝導真空計のフィラメントの動作温度の、製造公差に対する変化を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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