(57)【要約】【課題】雰囲気温度の影響をキャンセルするための温度補償を行う必要がない圧力測定システムおよび圧力測定方法を提供する。【解決手段】本発明に係る圧力測定システムは、温度に応じて抵抗値が変化する熱伝導型センサ１と、熱伝導型センサ１を制御する制御回路１０Ａとを備える。制御回路１０Ａは、熱伝導型センサ１に接続された、第１電圧および該第１電圧よりも高く設定された第２電圧を出力する可変電圧源１１と、可変電圧源１１の出力電圧Ｖｓが第１電圧から第２電圧に変化したときの熱伝導型センサ１の予め設定された測定時間における温度変化、および／または出力電圧Ｖｓが第２電圧から第１電圧に変化したときの上記測定時間における温度変化に基づいて、熱伝導型センサ１が配置された環境の圧力を算出する圧力算出部１４Ａ，１６Ａとを含み、上記測定時間は１ｓ以下に設定されている。【選択図】図３
2016200440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に応じて抵抗値が変化する熱伝導型センサと、前記熱伝導型センサを制御する制御回路とを備えた圧力測定システムであって、
前記制御回路は、
前記熱伝導型センサに接続された、第１電圧および該第１電圧よりも高く設定された第２電圧を出力する可変電圧源と、
前記可変電圧源から出力される電圧が前記第１電圧から前記第２電圧に変化したときの前記熱伝導型センサの予め設定された測定時間における温度変化、および／または前記可変電圧源から出力される電圧が前記第２電圧から前記第１電圧に変化したときの前記測定時間における前記温度変化に基づいて、前記熱伝導型センサが配置された環境の圧力を算出する圧力算出部と
を含み、
前記測定時間が１ｓ以下に設定されている
ことを特徴とする圧力測定システム。
【請求項２】
前記熱伝導型センサに流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、
前記圧力算出部は、
前記第１電圧が出力されているときの前記電流である第１電流、および前記第２電圧が出力され始めてから前記測定時間が経過したときの前記電流である第２電流のそれぞれを前記熱伝導型センサの温度に換算する電流−温度換算部と、
前記換算によって得られた前記第１電流に対応する前記温度と前記第２電流に対応する前記温度との差を前記測定時間で割った値を前記圧力に換算する温度−圧力換算部と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧力測定システム。
【請求項３】
前記熱伝導型センサに流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、
前記圧力算出部は、
前記第２電圧が出力されているときの前記電流である第１電流、および前記第１電圧が出力され始めてから前記測定時間が経過したときの前記電流である第２電流のそれぞれを前記熱伝導型センサの温度に換算する電流−温度換算部と、
前記換算によって得られた前記第１電流に対応する前記温度と前記第２電流に対応する前記温度との差を前記測定時間で割った値を前記圧力に換算する温度−圧力換算部と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧力測定システム。
【請求項４】
前記熱伝導型センサに流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、
前記圧力算出部は、
前記第１電圧が出力されているときの前記電流である第１電流、前記第２電圧が出力されているときの前記電流である第２電流、前記第２電圧が出力され始めてから前記測定時間が経過したときの前記電流である第３電流、および前記第１電圧が出力され始めてから前記測定時間が経過したときの前記電流である第４電流のそれぞれを前記熱伝導型センサの温度に換算する電流−温度換算部と、
前記換算によって得られた前記第１電流に対応する前記温度と前記第３電流に対応する前記温度との差を前記測定時間で割った値と、前記換算によって得られた前記第２電流に対応する前記温度と前記第４電流に対応する前記温度との差を前記測定時間で割った値との比を前記圧力に換算する温度−圧力換算部と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧力測定システム。
【請求項５】
前記第１電圧が前記熱伝導型センサの温度に実質的に影響を与えない微小電圧であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧力測定システム。
【請求項６】
前記熱伝導型センサの数が複数であり、
前記複数の熱伝導型センサと前記可変電圧源の間に設けられた切替部をさらに備え、
前記切替部を介して前記可変電圧源に接続された一の前記熱伝導型センサに前記第１電圧または前記第２電圧が印加される
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧力測定システム。
【請求項７】
圧力を測定すべき環境に配置された、温度に応じて抵抗値が変化する熱伝導型センサに第１電圧を印加する第１工程と、
前記熱伝導型センサの温度を測定する第２工程と、
前記熱伝導型センサに印加する電圧を前記第１電圧から該第１電圧とは異なる第２電圧に変化させる第３工程と、
前記第３工程を実行してから予め設定された測定時間が経過した後に、前記熱伝導型センサの温度を測定する第４工程と、
前記第２工程および前記第４工程で測定した前記温度から求めた前記測定時間における前記熱伝導型センサの温度変化に基づいて前記圧力を算出する第５工程と
を備え、
前記測定時間が１ｓ以下に設定されている
ことを特徴とする圧力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空環境に配置された熱伝導型センサを利用して該真空環境の圧力を測定する圧力測定システムおよび圧力測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱伝導型センサを利用して真空環境の圧力を測定する従来の圧力測定システムとして、例えば特許文献１に記載のものが知られている。図１２に示すように、この圧力測定システムは、熱伝導型センサ２０と該センサ２０を制御する制御回路２５とからなる。
【０００３】
熱伝導型センサ２０は、円筒状のケース２４と、ケース２４の一端を封止する絶縁体２１と、絶縁体２１を貫いてケース２４の多端近傍まで延びる端子２２ａと、絶縁体２１を貫いて延びる、端子２２ａよりも短い端子２２ｂと、端子２２ａおよび端子２２ｂの間に張られたフィラメント２３とを備えている。また、制御回路２５は、端子２２ａおよび端子２２ｂを介して電力を供給することによりフィラメント２３の温度を設定温度（一例として、２００℃）に維持するとともに、該維持に要した電力に基づいて熱伝導型センサ２０が配置された真空環境の圧力を測定する。
【０００４】
より詳しくは、従来の圧力測定システムの制御回路２５は、以下の測定原理によって圧力を測定する。
【０００５】
真空環境の圧力が低い場合は、フィラメント２３に衝突する気体分子の数が少ないので、フィラメント２３から奪われる熱量は少ない。一方、圧力が高い場合は、フィラメント２３に衝突する気体分子の数が多いので、フィラメント２３から奪われる熱量も多い。したがって、圧力が高くなると、フィラメント２３の温度を設定温度に維持するのに必要な電力も多くなる。制御回路２５は、この電力を測定し、測定した電力を圧力に換算することにより、間接的に圧力を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３１８８７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、分子熱伝導率をΛ、圧力をＰ、フィラメント２３の設定温度をＴ、雰囲気温度をＴ０としたとき、フィラメント２３から奪われる熱量Ｑは次式で表わされる。
Ｑ＝ΛＰ（Ｔ−Ｔ０）                                  ・・・（１）
上式は、実際の圧力Ｐが変動しなくても、雰囲気温度Ｔ０が変動すれば、奪われる熱量Ｑが大きくなり、フィラメント２３の温度を維持するのに必要な電力が多くなり、その結果、圧力測定値Ｐ’が揺らいでしまうことを示している。
【０００８】
つまり、図１３（Ａ）に示すように、雰囲気温度Ｔ０が変動しなければ圧力測定値Ｐ’は一定であるが、図１３（Ｂ）に示すように、雰囲気温度Ｔ０が変動すると圧力測定値Ｐ’はＴ０とは逆の方向に変動する。このため、従来の圧力測定システムでは、雰囲気温度Ｔ０の影響をキャンセルするために、雰囲気温度Ｔ０を測定するための温度センサを設けるとともに、測定した雰囲気温度Ｔ０を利用した面倒な温度補償を行う必要がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、雰囲気温度の影響をキャンセルするための温度補償を行う必要がない圧力測定システムおよび圧力測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る圧力測定システムは、温度に応じて抵抗値が変化する熱伝導型センサと、前記熱伝導型センサを制御する制御回路とを備えた圧力測定システムであって、前記制御回路は、前記熱伝導型センサに接続された、第１電圧および該第１電圧よりも高く設定された第２電圧を出力する可変電圧源と、前記可変電圧源から出力される電圧が前記第１電圧から前記第２電圧に変化したときの前記熱伝導型センサの予め設定された測定時間における温度変化、および／または前記可変電圧源から出力される電圧が前記第２電圧から前記第１電圧に変化したときの前記測定時間における前記温度変化に基づいて、前記熱伝導型センサが配置された環境の圧力を算出する圧力算出部を含み、前記測定時間が１ｓ以下に設定されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、熱伝導型センサに印加する電圧を変化させたときに生じる、熱伝導型センサのごく短時間（≦１ｓ）の間の温度変化に基づいて圧力を測定するので、雰囲気温度の影響を実質的に受けることなく、精度の高い測定を行うことができる。
【００１２】
上記圧力測定システムの具体的な構成としては、例えば、以下の３つが考えられる。
【００１３】
前記熱伝導型センサに流れる電流を検出する電流検出部をさらに備えるとともに、前記圧力算出部が、前記第１電圧が出力されているときの前記電流である第１電流、および前記第２電圧が出力され始めてから前記測定時間が経過したときの前記電流である第２電流のそれぞれを前記熱伝導型センサの温度に換算する電流−温度換算部と、前記換算によって得られた前記第１電流に対応する前記温度と前記第２電流に対応する前記温度との差を前記測定時間で割った値を前記圧力に換算する温度−圧力換算部とを含むことを特徴とする構成。
【００１４】
前記熱伝導型センサに流れる電流を検出する電流検出部をさらに備えるとともに、前記圧力算出部が、前記第２電圧が出力されているときの前記電流である第１電流、および前記第１電圧が出力され始めてから前記測定時間が経過したときの前記電流である第２電流のそれぞれを前記熱伝導型センサの温度に換算する電流−温度換算部と、前記換算によって得られた前記第１電流に対応する前記温度と前記第２電流に対応する前記温度との差を前記測定時間で割った値を前記圧力に換算する温度−圧力換算部とを含むことを特徴とする構成。
【００１５】
前記熱伝導型センサに流れる電流を検出する電流検出部をさらに備えるとともに、前記圧力算出部が、前記第１電圧が出力されているときの前記電流である第１電流、前記第２電圧が出力されているときの前記電流である第２電流、前記第２電圧が出力され始めてから前記測定時間が経過したときの前記電流である第３電流、および前記第１電圧が出力され始めてから前記測定時間が経過したときの前記電流である第４電流のそれぞれを前記熱伝導型センサの温度に換算する電流−温度換算部と、前記換算によって得られた前記第１電流に対応する前記温度と前記第３電流に対応する前記温度との差を前記測定時間で割った値と、前記換算によって得られた前記第２電流に対応する前記温度と前記第４電流に対応する前記温度との差を前記測定時間で割った値との比を前記圧力に換算する温度−圧力換算部とを含むことを特徴とする構成。
【００１６】
上記圧力測定システムにおいては、前記第１電圧を前記熱伝導型センサの温度に実質的に影響を与えない微小電圧に設定することが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、第１電圧を出力している期間の消費電力を低減することができる。
【００１８】
上記圧力測定システムは、前記熱伝導型センサの数が複数であり、前記複数の熱伝導型センサと前記可変電圧源の間に設けられた切替部をさらに備え、前記切替部を介して前記可変電圧源に接続された一の前記熱伝導型センサに前記第１電圧または前記第２電圧が印加されることを特徴とした構成とすることもできる。
【００１９】
この構成によれば、複数の熱伝導型センサを１つの制御回路で制御することができるので、製造コストの低減およびシステムの小型化を図ることができる。
【００２０】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る圧力測定方法は、圧力を測定すべき環境に配置された、温度に応じて抵抗値が変化する熱伝導型センサに第１電圧を印加する第１工程と、前記熱伝導型センサの温度を測定する第２工程と、前記熱伝導型センサに印加する電圧を前記第１電圧から該第１電圧とは異なる第２電圧に変化させる第３工程と、前記第３工程を実行してから予め設定された測定時間が経過した後に、前記熱伝導型センサの温度を測定する第４工程と、前記第２工程および前記第４工程で測定した前記温度から求めた前記測定時間における前記熱伝導型センサの温度変化に基づいて前記圧力を算出する第５工程を備え、前記測定時間が１ｓ以下に設定されていることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、熱伝導型センサに印加する電圧を変化させたときに生じる、熱伝導型センサのごく短時間（≦１ｓ）の間の温度変化に基づいて圧力を測定するので、雰囲気温度の影響を実質的に受けることなく、精度の高い測定を行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、雰囲気温度の影響をキャンセルするための温度補償を行う必要がない圧力測定システムおよび圧力測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る圧力測定システムで使用する熱伝導型センサの斜視図である。
【図２】本発明に係る圧力測定システムで使用する熱伝導型センサの、（Ａ）正面図および（Ｂ）側面図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る圧力測定システムのブロック図である。
【図４】本発明の第１実施例に係る圧力測定方法のフロー図である。
【図５】本発明の第１実施例に関する波形図である。
【図６】本発明の第２実施例に係る圧力測定システムのブロック図である。
【図７】本発明の第２実施例に係る圧力測定方法のフロー図である。
【図８】本発明の第２実施例に関する波形図である。
【図９】本発明の第３実施例に係る圧力測定システムのブロック図である。
【図１０】本発明の第３実施例に関する波形図である。
【図１１】本発明の変形例に関する波形図である。
【図１２】従来の圧力測定システムの概略構成図である。
【図１３】従来の圧力測定システムに関する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る圧力測定システムおよび圧力測定方法の第１〜第３実施例について説明する。
【００２５】
［熱伝導型センサ］
本発明の各実施例では、図１および図２に示す熱伝導型センサ１を使用する。熱伝導型センサ１は、パイプ状の基材２と、基材２の外周面に形成された感応膜３と、感応膜３の一部を覆うように形成された第１電極膜４ａと、感応膜３の別の一部を覆うように形成された第２電極膜４ｂとを備えている。
【００２６】
基材２は、無アルカリガラスからなる。図２に示すように、基材２の長さ、直径、肉厚は、それぞれ５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．０２ｍｍである。なお、図２では、感応膜３、第１電極膜４ａおよび第２電極膜４ｂが厚みを有さないものとして描かれている。
【００２７】
基材２をパイプ状としたのは、体積あたりの表面積を大きくし、かつ熱容量を小さくするためである。基材２の表面積が大きくなると、熱交換に寄与する感応膜３の表面積を大きくすることができ、感度を高めることができる。また、基材２の熱容量が小さくなると、印加される電圧の変化に対する感応膜３の温度の応答性を高めることができる。
【００２８】
上記の通り、真空装置内における取り付けの自由度を高めるために、基材２は非常にサイズが小さい。各実施例では、サイズが小さくても必要な機械的強度を担保することができ、しかも絶縁性を有するという理由から、基材２の材料を無アルカリガラスとした。無アルカリガラスに代わる材料としては、石英、アルミナ等がある。
【００２９】
感応膜３は、温度に応じて抵抗値が大きく変化することが必要とされる。この要求を満足する材料としては、式ＴａｘＡｌｙＮｚ（ただし、０．６７≦ｘ≦０．７、０．０１≦ｙ≦０．０２、０．２８≦ｚ≦０．３２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表されるタンタル−アルミニウム複合窒化物、ＮｉおよびＰｔ等がある。各実施例では、感応膜３として、厚さ１００ｎｍのＴａＡｌ−Ｎ薄膜をスパッタリングによって形成した。
【００３０】
第１電極膜４ａおよび第２電極膜４ｂは、電気伝導性が高いことが必要とされる。この要求を満足する材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等がある。各実施例では、第１電極膜４ａおよび第２電極膜４ｂとして、厚さ２００ｎｍのＡｌ薄膜をスパッタリングによって形成した。
【００３１】
感応膜３、第１電極膜４ａおよび第２電極膜４ｂは、化学気相蒸着、塗布等によって形成することもできる。また、感応膜３の膜厚は、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内で変更することができ、第１電極膜４ａおよび第２電極膜４ｂの膜厚は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内で変更することができる。
【００３２】
各実施例では、基材２の外周面の全面に感応膜３を形成した後に、基材２の一端部２ａを覆う感応膜３上に第１電極膜４ａを形成し、基材２の他端部２ｂを覆う感応膜３上に第２電極膜４ｂを形成した。図２（Ａ）に示すように、第１電極膜４ａおよび第２電極膜４ｂは３ｍｍ離間している。図示していないが、第１電極膜４ａおよび第２電極膜４ｂには、それぞれ、後述する制御回路に接続するためのリード線が半田等の導電性接合剤によって取り付けられる。
【００３３】
［圧力測定システム、圧力測定方法］
［第１実施例］
図３に示すように、本発明の第１実施例に係る圧力測定システムは、真空装置内に配置された熱伝導型センサ１と真空装置外に配置された制御回路１０Ａとを備えている。上記の通り、熱伝導型センサ１は、温度に応じて抵抗値が変化する感応膜３と、第１電極膜４ａと、第２電極膜４ｂとを備えている（図１参照）。また、制御回路１０Ａは、可変電圧源１１と、電流検出部１２と、制御部１３Ａと、電流−温度換算部１４Ａと、温度−圧力換算部１６Ａとを備えている。電流−温度換算部１４Ａおよび温度−圧力換算部１６Ａは、本発明の「圧力算出部」に相当する。
【００３４】
可変電圧源１１の正端子は、リード線を介して熱伝導型センサ１の第１電極膜４ａに接続されている。また、可変電圧源１１の負端子は、リード線を介して熱伝導型センサ１の第２電極膜４ｂに接続されている。可変電圧源１１の負端子と第２電極膜４ｂとの間には、電流検出部１２が介装されている。
【００３５】
可変電圧源１１は、電圧パルス発生器である。可変電圧源１１は、制御部１３Ａの制御下で予め設定された電圧ＶＬおよび電圧ＶＨ（ただし、ＶＨ＞ＶＬ）をとるパルス状の電圧Ｖｓを出力する（図５（Ａ）参照）。電圧ＶＬは、本発明の「第１電圧」に相当する。また、電圧ＶＨは、本発明の「第２電圧」に相当する。電圧ＶＬは、感応膜３の温度に実質的に影響を与えない程度のゼロではない微小電圧に設定されている。
【００３６】
電流検出部１２は、感応膜３に流れる電流Ｉｓ（以下、「センサ電流」という）を常時または予め定められた時間おきに検出し、検出したセンサ電流Ｉｓに関する信号を電流−温度換算部１４Ａに送出する。
【００３７】
電流−温度換算部１４Ａは、感応部３の抵抗値Ｒｓと温度Ｔｓ（以下、「センサ温度」という）との対応関係を格納した第１記憶部１５Ａを有する。第１記憶部１５Ａが格納する対応関係は、抵抗値Ｒｓに対応するセンサ温度Ｔｓを求めることができるものであれば、どのような形式でもよい。本実施例では、事前に行った実験の結果に基づいて作成した対応表を対応関係として格納した。
【００３８】
電流−温度換算部１４Ａは、制御部１３Ａからの指令を受け取ったときに、可変電圧源１１の出力電圧Ｖｓ（電圧ＶＬまたは電圧ＶＨ）と電流検出部１２が検出した最新のセンサ電流Ｉｓとに基づいて感応膜３の抵抗値Ｒｓを算出する。具体的には、電流−温度換算部１４Ａは、次式により抵抗値Ｒｓを算出する。
Ｒｓ＝Ｖｓ／Ｉｓ                                      ・・・（２）
続いて、電流−温度換算部１４Ａは、第１記憶部１５Ａを参照して、算出した抵抗値Ｒｓに対応するセンサ温度Ｔｓを求める。以上のようにして、電流−温度換算部１４Ａは、センサ電流Ｉｓをセンサ温度Ｔｓに換算する。電流−温度換算部１４Ａは、電流検出部１２と協働してセンサ温度Ｔｓを測定するとも言える。電流−温度換算部１４Ａは、この換算（測定）によって得たセンサ温度Ｔｓに関する信号を温度−圧力換算部１６Ａに送出する。
【００３９】
温度−圧力換算部１６Ａは、後述する測定時間Δｔを格納した第２記憶部１７Ａを有する。温度−圧力換算部１６Ａは、電流−温度換算部１４Ａから受け取った２つのセンサ温度Ｔｓの差ΔＴと第２記憶部１７Ａに格納された測定時間Δｔとに基づいて、次式により温度変化αを求める。
α＝ΔＴ／Δｔ                                        ・・・（３）
なお、本実施例では、測定時間Δｔが５ｍｓに設定されている。
【００４０】
第２記憶部１７Ａは、さらに、温度変化αと圧力Ｐとの対応関係を格納している。第２記憶部１７Ａが格納する対応関係は、温度変化αに対応する圧力Ｐを求めることができるものであれば、どのような形式でもよい。本実施例では、事前に行った実験の結果に基づいて作成した対応表を対応関係として格納した。
【００４１】
温度−圧力換算部１６Ａは、第２記憶部１７Ａを参照し、（３）式により求めた温度変化αに対応する圧力Ｐを求める。以上のようにして、温度−圧力換算部１６Ａは、電流−温度換算部１４Ａが送出した２つのセンサ温度Ｔｓを圧力Ｐに換算する。温度−圧力換算部１６Ａは、この換算により得た圧力Ｐに関する信号を圧力測定値として出力する。
【００４２】
続いて、図４および図５を参照しつつ、第１実施例に係る圧力測定システムによる圧力測定の具体例について説明する。
【００４３】
最初に実行されるステップＳ１Ａでは、制御部１３Ａの制御下で可変電圧源１１が微小電圧ＶＬを出力する。
【００４４】
ステップＳ１Ａの次に実行されるステップＳ２Ａでは、制御部１３Ａからの指令に基づき、電流検出部１２および電流−温度換算部１４Ａが協働してセンサ温度Ｔｓを測定する。上記の通り、微小電圧ＶＬは、感応膜３の温度に実質的に影響を与えない程度の電圧である。したがって、ステップＳ２Ａにおいて測定される温度ＴＬは、雰囲気温度Ｔ０に実質的に等しい。ステップＳ２Ａは、時刻ｔ０〜ｔ１の間の任意のタイミングで実行すればよい。
【００４５】
時刻ｔ１において実行されるステップＳ３Ａでは、制御部１３Ａの制御下で可変電圧源１１が電圧ＶＨを出力する。これにより、熱伝導型センサ１の感応膜３が加熱され、センサ温度Ｔｓが上昇し始める。図５（Ｂ）および図５（Ｃ）に示すように、センサ温度Ｔｓの上昇時の傾きは、熱伝導型センサ１が配置された真空環境の圧力Ｐによって異なる。すなわち、圧力Ｐが低い場合は、気体分子の衝突により感応膜３から奪われる熱量が少ないので、センサ温度Ｔｓの傾きは大きい。一方、圧力が高い場合は、気体分子の衝突により感応膜３から奪われる熱量が多いので、センサ温度Ｔｓの傾きは小さい。
【００４６】
時刻ｔ１から測定時間Δｔが経過した時刻ｔｄにおいて実行されるステップＳ４Ａでは、制御部１３Ａからの指令に基づき、電流検出部１２および電流−温度換算部１４Ａが協働して上昇中のセンサ温度Ｔｓを測定する。上記の通り、センサ温度Ｔｓの傾きは圧力Ｐによって異なる。したがって、ステップＳ４Ａにおいて測定される温度Ｔｄも圧力Ｐによって異なる。
【００４７】
ステップＳ４Ａの次に実行されるステップＳ５Ａでは、温度−圧力換算部１６Ａが温度差ΔＴ（＝Ｔｄ−ＴＬ）を算出する。図５（Ｂ）および図５（Ｃ）から明らかなように、圧力Ｐが低い場合に算出される温度差ΔＴは、圧力Ｐが高い場合に算出される温度差ΔＴよりも大きい。
【００４８】
ステップＳ５Ａの次に実行されるステップＳ６Ａでは、温度−圧力換算部１６Ａが温度変化α（＝ΔＴ／Δｔ）を算出するとともに、第２記憶部１７Ａを参照して、算出した温度変化αに対応する圧力Ｐを求める。
【００４９】
以上のように、第１実施例に係る圧力測定システムおよび圧力測定方法によれば、可変電圧源１１の出力電圧Ｖｓを微小電圧ＶＬから電圧ＶＨに変化させたときに生じる、１０ｍｓという極めて短い時間における熱伝導型センサ１の温度変化αに基づいて圧力Ｐを測定するので、雰囲気温度Ｔ０の影響を実質的に受けることなく、精度の高い測定を行うことができる。
【００５０】
また、第１実施例に係る圧力測定システムおよび圧力測定方法によれば、可変電圧源１１が微小電圧ＶＬを出力している期間（時刻ｔ０〜ｔ１、時刻ｔ２〜）の消費電力を低減することができる。
【００５１】
また、第１実施例に係る圧力測定システムおよび圧力測定方法によれば、従来の多くのシステムおよび方法において使用されているブリッジ回路が不要なので、応答性の高い測定を行うことができる。
【００５２】
なお、測定時間Δｔを極端に長くすると、その間の雰囲気温度Ｔ０の変化が無視できなくなり、測定誤差が生じる。このため、本発明では、測定時間Δｔを１ｓ以下に設定することが必須である。
【００５３】
［第２実施例］
図６に示すように、本発明の第２実施例に係る圧力測定システムは、真空装置内に配置された熱伝導型センサ１と真空装置外に配置された制御回路１０Ｂとを備えている。制御回路１０Ｂは、可変電圧源１１と、電流検出部１２と、制御部１３Ｂと、電流−温度換算部１４Ｂと、温度−圧力換算部１６Ｂとを備えている。本実施例では、電流−温度換算部１４Ｂおよび温度−圧力換算部１６Ｂが本発明の「圧力算出部」に相当する。
【００５４】
電流−温度換算部１４Ｂは、感応部３の抵抗値Ｒｓとセンサ温度Ｔｓとの対応関係を格納した第１記憶部１５Ｂを有する。第１実施例と同様にして、電流−温度換算部１４Ｂは、センサ電流Ｉｓをセンサ温度Ｔｓに換算する。
【００５５】
温度−圧力換算部１６Ｂは、測定時間Δｔおよび温度変化αと圧力ｐとの対応関係を格納した第２記憶部１７Ｂを有する。第１実施例と同様にして、温度−圧力換算部１６Ｂは、電流−温度換算部１４Ｂが送出した２つのセンサ温度Ｔｓを圧力Ｐに換算する。
【００５６】
続いて、図７および図８を参照しつつ、第２実施例に係る圧力測定システムによる圧力測定の具体例について説明する。
【００５７】
最初に実行されるステップＳ１Ｂでは、制御部１３Ｂの制御下で可変電圧源１１が電圧ＶＨを出力する（図８（Ａ）の時刻ｔ１−ｔ２参照）。
【００５８】
ステップＳ１Ｂの次に実行されるステップＳ２Ｂでは、制御部１３Ｂからの指令に基づき、電流検出部１２および電流−温度換算部１４Ｂが協働してセンサ温度Ｔｓを測定する。ステップＳ２Ｂは、センサ温度Ｔｓが電圧ＶＨに対応する温度ＴＨ（本実施例では、２５０℃）まで上昇した後に実行される。
【００５９】
時刻ｔ２において実行されるステップＳ３Ｂでは、制御部１３Ｂの制御下で可変電圧源１１が微小電圧ＶＬを出力する。これにより、感応膜３の加熱が停止され、センサ温度Ｔｓが下降し始める。図８（Ｂ）および図８（Ｃ）に示すように、センサ温度Ｔｓの下降時の傾きは、熱伝導型センサ１が配置された真空環境の圧力Ｐによって異なる。すなわち、圧力Ｐが低い場合は、気体分子の衝突により感応膜３から奪われる熱量が少ないので、センサ温度Ｔｓの傾きは小さい。一方、圧力が高い場合は、気体分子の衝突により感応膜３から奪われる熱量が多いので、センサ温度Ｔｓの傾きは大きい。
【００６０】
時刻ｔ２から測定時間Δｔが経過した時刻ｔｄにおいて実行されるステップＳ４Ｂでは、制御部１３Ｂからの指令に基づき、電流検出部１２および電流−温度換算部１４Ｂが協働して下降中のセンサ温度Ｔｓを測定する。上記の通り、センサ温度Ｔｓの傾きは圧力Ｐによって異なる。したがって、ステップＳ４Ｂにおいて測定される温度Ｔｄも圧力Ｐによって異なる。
【００６１】
ステップＳ４Ｂの次に実行されるステップＳ５Ｂでは、温度−圧力換算部１６Ｂが温度差ΔＴ（＝ＴＨ−Ｔｄ）を算出する。図８（Ｂ）および図８（Ｃ）から明らかなように、圧力Ｐが低い場合に算出される温度差ΔＴは、圧力Ｐが高い場合に算出される温度差ΔＴよりも小さい。
【００６２】
ステップＳ５Ｂの次に実行されるステップＳ６Ｂでは、温度−圧力換算部１６Ｂが温度変化α（＝ΔＴ／Δｔ）を算出するとともに、第２記憶部１７Ｂを参照して、算出した温度変化αに対応する圧力Ｐを求める。
【００６３】
第２実施例に係る圧力測定システムおよび圧力測定方法によれば、第１実施例と同じ作用効果が得られる。
【００６４】
［第３実施例］
図９に示すように、本発明の第３実施例に係る圧力測定システムは、真空装置内に配置された３つの熱伝導型センサ１Ａ〜１Ｃと真空装置外に配置された制御回路１０Ｃとを備えている。熱伝導型センサ１Ａ〜１Ｃは、図１に示す熱伝導型センサ１と同一の構成を有している。また、制御回路１０Ｃは、可変電圧源１１と、電流検出部１２と、制御部１３Ｃと、電流−温度換算部１４Ｃと、温度−圧力換算部１６Ｃと、切替部１８とを備えている。本実施例では、電流−温度換算部１４Ｃおよび温度−圧力換算部１６Ｃが本発明の「圧力算出部」に相当する。
【００６５】
切替部１８は、共通端子１８ａと、３つの端子１８ｃ〜１８ｅと、一端が共通端子１８ａに接続された可動片１８ｂとを有する。可動片１８ｂは、制御部１３Ｃの制御下で共通端子１８ａと端子１８ｃ〜１８ｅのいずれか１つとを接続する。
【００６６】
可変電圧源１１の正端子は、リード線によって切替部１８の共通端子１８ａに接続されている。切替部１８の端子１８ｃ〜１８ｅは、リード線によって熱伝導型センサ１Ａ〜１Ｃの第１電極膜４ａに一対一に接続されている。また、可変電圧源１１の負端子は、リード線を介して熱伝導型センサ１Ａ〜１Ｃの第２電極膜４ｂに接続されている。可変電圧源１１の負端子と第２電極膜４ｂとの間には、熱伝導型センサ１Ａ〜１Ｃのいずれかに流れるセンサ電流Ｉｓを検出する電流検出部１２が介装されている。
【００６７】
電流−温度換算部１４Ｃは、感応部３の抵抗値Ｒｓとセンサ温度Ｔｓとの対応関係を格納した第１記憶部１５Ｃを有する。第１実施例または第２実施例と同様にして、電流−温度換算部１４Ｃは、センサ電流Ｉｓをセンサ温度Ｔｓに換算する。
【００６８】
温度−圧力換算部１６Ｃは、測定時間Δｔおよび温度変化αと圧力ｐとの対応関係を格納した第２記憶部１７Ｃを有する。第１実施例または第２実施例と同様にして、温度−圧力換算部１６Ｃは、電流−温度換算部１４Ｃが送出した２つのセンサ温度Ｔｓを圧力Ｐに換算する。
【００６９】
図１０に示すように、制御部１３Ｃの制御下で切替部１８が熱伝導型センサ１Ａを選択しているときに出力電圧Ｖｓが変化すると、熱伝導型センサ１Ａのセンサ温度Ｔｓａが変化する。したがって、熱伝導型センサ１Ａが選択されているときは、熱伝導型センサ１Ａが配置された真空環境の圧力Ｐａを測定することができる。同様に、熱伝導型センサ１Ｂが選択されているときは、センサ温度Ｔｓｂの変化に基づいて熱伝導型センサ１Ｂが配置された真空環境の圧力Ｐｂを測定することができ、熱伝導型センサ１Ｃが選択されているときは、センサ温度Ｔｓｃの変化に基づいて熱伝導型センサ１Ｃが配置された真空環境の圧力Ｐｃを測定することができる。
【００７０】
第３実施例に係る圧力測定システムおよび圧力測定方法によれば、複数の熱伝導型センサ１Ａ〜１Ｃを１つの制御回路１０Ｃで制御することができるので、製造コストの低減およびシステムの小型化を図ることができる。また、第３実施例に係る圧力測定システムおよび圧力測定方法によれば、第１実施例および第２実施例と同じ作用効果もが得られる。
【００７１】
［変形例］
本発明に係る圧力測定システムおよび圧力測定方法は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形例が存在する。
【００７２】
（１）本発明では、図１および図２に示す熱伝導型センサ１に代えて、熱伝導型のあらゆるセンサを使用することができる。
【００７３】
（２）上記実施例では、出力電圧Ｖｓを変化させたときのセンサ温度Ｔｓの上昇（第１実施例）または下降（第２実施例）に基づいて圧力を測定したが、本発明は、これらを併用した手法により圧力を測定することもできる。例えば、本発明は、第１実施例の手法で求めた圧力Ｐ１と第２実施例の手法で求めた圧力Ｐ２との平均値を圧力測定値としてもよい。また、本発明は、第１実施例の手法で求めた温度変化α１と第２実施例の手法で求めた温度変化α２との比（＝α１／α２、またはα２／α１）を圧力Ｐに換算してもよい。
【００７４】
（３）上記実施例では、温度差ΔＴに基づいて算出した温度変化αを圧力Ｐに換算したが、温度差ΔＴを直接圧力Ｐに換算してもよい。
【００７５】
（４）上記第１実施例は、電圧ＶＨが調整可能であることが好ましい。これにより、広い範囲の圧力を測定することができる。
【００７６】
（５）上記実施例では、出力電圧Ｖｓを変化させてからの一定期間を測定時間Δｔとしたが、測定時間Δｔはこれに限定されない。例えば、測定時間Δｔは、図１１（Ｂ）に示すように、不連続な複数の時間Δｔ１およびΔｔ２とすることができる。この場合は、時間Δｔ１における温度変化α１（＝ΔＴ１／Δｔ１）および時間Δｔ２における温度変化α２（＝ΔＴ２／Δｔ２）に基づいて圧力Ｐが測定される。また、測定時間Δｔは、図１１（Ｃ）に示すように、連続した複数の時間Δｔ３およびΔｔ４とすることもできる。この場合は、時間Δｔ３における温度変化α３（＝ΔＴ３／Δｔ３）および時間Δｔ４における温度変化α４（＝ΔＴ４／Δｔ４）に基づいて圧力Ｐが測定される。もちろん、上記不連続な時間の数および上記連続した時間の数は、２つに限定されない。
【符号の説明】
【００７７】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ    熱伝導型センサ
２    基材
３    感応膜
４ａ    第１電極膜
４ｂ    第２電極膜
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ    制御回路
１１    可変電圧源
１２    電流検出部
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ    制御部
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ    電流−温度換算部
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ    第１記憶部
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ    温度−圧力換算部
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ    第２記憶部
１８    切替部
【図１】
2016200440.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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