(57)【要約】【課題】本発明は、ダイヤフラムを用いた静電容量型圧力測定装置に関する。【解決手段】内部にダイヤフラムが設けられるセンサーハウジングに、圧力可変容器を固定設置することにより、ゲッターポンプ無しで、大気圧以下の圧力を測定できるだけではなく、大気圧以上の圧力も測定可能な、ダイヤフラムを用いた圧力測定装置に関するものである。【選択図】図２
2009258109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の開放口と第２の開放口とが形成されるセンサーハウジングと、前記第１の開放口と第２の開放口とが空間的に相互遮断されるように、前記第１の開放口と第２の開放口との間に設けられ、導電部が備えられるダイヤフラムと、前記第２の開放口とダイヤフラムとの間に流路が形成されるように貫通孔が形成され、前記第２の開放口とダイヤフラムとの間に設けられる電極基板と、前記ダイヤフラムに直面するように、前記電極基板に付着される電極とを含むダイヤフラムセンサーと、
第３の開放口及び第４の開放口が形成されて、前記第２の開放口が前記第３の開放口に連通するように、前記センサーハウジングが固定される圧力可変容器と、
を含むことを特徴とする、ダイヤフラムを用いた圧力測定装置。
【請求項２】
前記第４の開放口を開閉するゲートバルブと、
前記圧力可変容器に流入されるガス量を調節するためのガス流量調節バルブが備えられ、前記圧力可変容器に連結されるガス流入管と、
前記ゲートバルブによる前記圧力可変容器の閉鎖時、前記圧力可変容器の内部の圧力測定のための容器圧力測定ゲージと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載のダイヤフラムを用いた圧力測定装置。
【請求項３】
前記ダイヤフラムが、前記第１の開放口に接触することなく、前記第１の開放口に向かって凸状に撓むように、前記ダイヤフラムは、前記第１の開放口から所定距離離隔して設けられることを特徴とする、請求項１に記載のダイヤフラムを用いた圧力測定装置。
【請求項４】
前記センサーハウジングは、前記圧力可変容器に密着固定されるように、フランジ部が形成されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一つの項に記載のダイヤフラムを用いた圧力測定装置。
【請求項５】
前記ゲートバルブの作動により前記第４の開放口を閉鎖する段階と、
前記ガス流入管を通じて前記圧力可変容器にガスを流入する段階と、
前記ガス流量調節バルブを利用して、前記圧力可変容器の内部を一定圧力に調節する圧力調節段階と、
前記第１の開放口を、前記圧力調節段階で調節された圧力可変容器の内部圧力より高い圧力測定空間に位置させる段階と、
を含むことを特徴とする、請求項２に記載の圧力測定装置を用いた圧力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤフラムを用いた静電容量型圧力測定装置に関するもので、より詳細には、内部にダイヤフラムが設けられるセンサーハウジングに、圧力可変容器を固定設置することにより、ゲッターポンプ無しで、大気圧以下の圧力を測定できるだけではなく、大気圧以上の圧力も測定可能な、ダイヤフラムを用いた圧力測定装置に関するものである。
【０００２】
また、本発明は、前記圧力測定装置を用いた圧力測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
図１は、従来のダイヤフラムを用いた静電容量型圧力測定装置に係る構成図である。
【０００４】
図１を参照すると、従来技術は、センサーハウジング１２を有する。センサーハウジング１２には、第１の開放管１２−１と第２の開放管１２−２とが形成される。
【０００５】
図１を参照すると、センサーハウジング１２には電極基板１４が形成されて、電極基板１４には電極１４Ｔが付着される。第１の開放管１２−１と第２の開放管１２−２とが相互連通するように、電極基板１４には貫通孔(図示せず)が形成される。また、電極基板１４と第１の開放管１２−１との間には、電極基板１４と第１の開放管１２−１を空間的に遮断するように、ダイヤフラム１６が固定設置される。ダイヤフラム１６は、外周面がセンサーハウジング１２の内側壁に固定設置される。ダイヤフラム１６は、弾性物質の導体である。
【０００６】
図１を参照すると、第２の開放管１２−２には、ゲッターポンプ１８が設けられ、ダイヤフラム１６と第２の開放管との間の空間を真空状態にする。ゲッターポンプ１８は、事実上、ポンプというよりは、化学反応を通じてガスを吸着及び除去することにより、圧力を落とすガス除去剤であって、Ｚｒ(Zirconium)、Ｔｉ(Thallium)などが挙げられる。
【０００７】
従来技術は、第１の開放管１２−１が、真空圧力より高い測定対象領域に位置する場合、ダイヤフラム１６が電極１４Ｔに向かって凸状に撓むことにより、電極１４Ｔとダイヤフラム１６との間の静電容量が変わって、このような静電容量の変化を通じて、第１の開放管１２−１の位置した測定対象領域の圧力を測定していた。
【０００８】
しかしながら、従来技術は、ゲッターポンプ１８を構成するガス除去剤が使いきられた場合、その入れ替えに不便がある。
【０００９】
また、従来技術は、測定対象領域の圧力が、ゲッターポンプ１８が位置した側の真空圧力より遥かに高い常圧である場合、ダイヤフラム１６の弾性変形量に係る限界点により、測定対象領域の圧力を測定し難いという短所があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、ゲッターポンプ無しで、真空圧力及び大気圧より高い常圧の圧力を容易に測定できる、ダイヤフラムを用いた圧力測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、第１の開放口と第２の開放口とが形成されるセンサーハウジングと、前記第１の開放口と第２の開放口とが 空間的に相互遮断されるように、前記第１の開放口と第２の開放口との間に設けられ、導電部が備えられるダイヤフラムと、前記第２の開放口とダイヤフラムとの間に流路が形成されるように貫通孔が形成され、前記第２の開放口とダイヤフラムとの間に設けられる電極基板と、前記ダイヤフラムに直面するように、前記電極基板に付着される電極とを含むダイヤフラムセンサー；及び、第３の開放口及び第４の開放口が形成されて、前記第２の開放口が前記第３の開放口に連通するように、前記センサーハウジングが固定される圧力可変容器；を含むことを特徴とする、ダイヤフラムを用いた圧力測定装置に関する。
【００１２】
本発明は、前記第４の開放口を開閉するゲートバルブ；前記圧力可変容器に流入されるガス量を調節するためのガス流量調節バルブが備えられ、前記圧力可変容器に連結されるガス流入管；前記ゲートバルブによる前記圧力可変容器の閉鎖時、前記圧力可変容器の内部の圧力測定のための容器圧力測定ゲージ；を含むことができ、前記ダイヤフラムが、前記第１の開放口に接触することなく、前記第１の開放口に向かって凸状に撓むように、前記ダイヤフラムは、前記第１の開放口から所定距離離隔して設けられる。
【００１３】
本発明において、前記センサーハウジングは、前記圧力可変容器に密着固定されるように、フランジ部が形成されてもよい。
【００１４】
また、本発明は、前記圧力測定装置を用いた圧力測定方法として、前記ゲートバルブの作動により前記第４の開放口を閉鎖する段階；前記ガス流入管を通じて前記圧力可変容器にガスを流入する段階；前記ガス流量調節バルブを利用して、前記圧力可変容器の内部を一定圧力に調節する圧力調節段階；前記第１の開放口を、前記圧力調節段階で調節された圧力可変容器の内部圧力より高い圧力測定空間に位置させる段階；を含むことを特徴とする圧力測定方法に関する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるダイヤフラムを用いた圧力測定装置は、ゲッターポンプ無しで、真空圧力及び大気圧より高い圧力を容易に測定できる長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のダイヤフラムを用いた静電容量型圧力測定装置に係る構成図である。
【図２】実施例１の概略的構成図である。
【図３】図１のダイヤフラムセンサーの詳細図である。
【図４】図３の電極基板の詳細図である。
【図５】実施例２のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照し、本発明の一実施例について詳細に説明する。
【００１８】
（実施例１）
実施例１は、本発明によるダイヤフラムを用いた圧力測定装置に係るものである。図２は、実施例１の概略的構成図を、図３は、図１のダイヤフラムセンサーの詳細図を、図４は、図３の電極基板の詳細図を示す。
【００１９】
図２を参照すると、実施例１は、ダイヤフラムセンサー１１０と圧力可変容器１２２を有する。
【００２０】
図２及び図３を参照すると、ダイヤフラムセンサー１１０は、センサーハウジング１１２、電極基板１１４、電極１１４Ｔ、電極ライン１１４Ｌ、ダイヤフラム１１６、及び信号処理部１１８を含む。
【００２１】
図２及び図３を参照すると、センサーハウジング１１２には、第１の開放口(図面符号無し)に連通する第１の開放管１１２−１が形成されて、第２の開放口(図面符号無し)に連通する第２の開放管１１２−２が形成される。
【００２２】
図３を参照すると、ダイヤフラム１１６は、第１の開放口と第２の開放口との間に設けられるが、第１の開放口と第２の開放口が空間的に相互遮断されるよう、その外側面がセンサーハウジング１１２の内側面に固着される。ダイヤフラム１１６は、第２の開放口側にのみ弾性変形されるよう、第１の開放口が形成される側壁に接触して固定される。この際、溶接により、ダイヤフラム１１６の外側面をセンサーハウジング１１２の内側面に固着できる。一方、本発明の場合、ダイヤフラム１１６には、導電体が備えられるが、実施例１の場合、ダイヤフラム１１６自体が弾性材質の金属箔板から形成される。
【００２３】
図３を参照すると、電極基板１１４は、第２の開放口とダイヤフラム１１６との間に設けられる。図４を共に参照すると、電極基板１１４には、左右側を貫通する多数個の貫通孔１１４Ｈが形成される。貫通孔１１４Ｈは、第２の開放口と電極基板１１４との間の空間及び電極基板１１４とダイヤフラム１１６との間の空間が相互連通されるようにするためのものである。
【００２４】
図３及び図４を参照すると、電極基板１１４には、電極１１４Ｔが付着される。電極１１４Ｔは、電極基板１１４の中央部に付着されるが、電極基板１１４の、ダイヤフラム１１６に直面する面に付着される。電極基板１１４は、絶縁性物質から形成される。
【００２５】
図３を参照すると、電極１１４Ｔには、電極ライン１１４Ｌが連結される。電極ライン１１４Ｌは、信号処理部１１８に連結される。信号処理部１１８は、電極ライン１１４Ｌから入力される信号によって圧力を表示するための装置である。
【００２６】
図２を参照すると、圧力可変容器１２２には、センサーハウジング１１２の第２の開放管１１２−２が挿入される第３の開放口(図面符号無し)が形成される。即ち、センサーハウジング１１２は、第２の開放管１１２−２が第３の開放口に挿入されることにより、ダイヤフラム１１６の左側空間が圧力可変容器１２２に連通される。一方、圧力可変容器１２２と第２の開放管１１２−２との間の密封のために、第２の開放管１１２−２の外周面と第３の開放口の内側面との間には、シリコンなどのような密封材を施してもよい。また、センサーハウジング１１２には、圧力可変容器１２２と第２の開放管１１２−２との間の密封を助けると共に、センサーハウジング１１２を圧力可変容器１２２に付着するために、フランジ部１１２Ｆ(図３参照)が形成される。
【００２７】
図２を参照すると、圧力可変容器１２２には、第４の開放口(図面符号無し)に連通する第４の開放管１２２−４が形成される。第４の開放管１２２−４には、第４の開放口を開閉するゲートバルブ１２２−４Ｖが備えられる。
【００２８】
図２を参照すると、圧力可変容器１２２には、ガス流入管１２２−５が連結される。ガス流入管１２２−５は、圧力可変容器１２２にガスを流入するための流入管である。ガス流入管１２２−５には、圧力可変容器１２２に流入されるガス量を調節するためのガス流量調節バルブ１２２−５Ｖが備えられる。一方、ガス流入管１２２−５には、ガス貯蔵槽１３０が連結される。
【００２９】
図１を参照すると、圧力可変容器１２２には、容器圧力測定ゲージ１４０が設けられる。容器圧力測定ゲージ１４０を利用して、ゲートバルブ１２２−４Ｖによる圧力可変容器１２２の閉鎖時、圧力可変容器１２２の内部圧力を測定することができる。
【００３０】
以下、上記の一実施例の作動について説明する。
【００３１】
図３を参照すると、電極１１４Ｔは、ダイヤフラム１１６との間に静電容量Ｃを帯びる。静電容量Ｃは、電極１１４Ｔとダイヤフラム１１６との間の距離によって変わる。電極１１４Ｔとダイヤフラム１１６との間の距離による静電容量Ｃは、下記の数学式１のようである。
【００３２】
［数１］
Ｃ＝εＡ/Ｄ
ここで、Ｃは、電極１１４Ｔとダイヤフラム１１６との間の静電容量、εは、誘電率、Ａは、電極の面積、Ｄは、電極１１４Ｔとダイヤフラム１１６との間の距離である。
【００３３】
ダイヤフラム１１６は、弾性物質であるため、第１の開放管１１２−１が位置した領域の圧力が、圧力可変容器１２２内部の圧力より大きいと、電極基板１１４側に撓むようになる。図１には、このような状態が表示されている。一方、電極ライン１１４Ｌに連結された信号処理部１１８を通じて、電極１１４Ｔとダイヤフラム１１６との間の距離の変化による静電容量Ｃの変化、及び測定対象となる領域の圧力を測定することができる。
【００３４】
(1)測定対象となる領域の圧力が大気圧以下である場合
第１の開放管１１２−１を大気圧の領域下に位置させて、ゲートバルブ１２２−４Ｖを開けて、第４の開放管１２２−４を測定対象となる領域に位置させる。この際、第１の開放管１１２−１が位置した領域の圧力をＰ１、測定対象となる領域の圧力をＰ４とすると、Ｐ１＞Ｐ４であるため、ダイヤフラム１１６は、電極基板１１４側に向かって凸状に撓むようになり、それによって電極１１４Ｔとダイヤフラム１１６との間の静電容量Ｃが変わるようになるため、信号処理部１１８を通じて圧力Ｐ４を測定することができる。
【００３５】
(2)測定対象となる領域の圧力が大気圧以上である場合
第１の開放管１１２−１を測定対象の領域下に位置させて、ゲートバルブ１２２−４Ｖを閉める。次いで、ガス流入管１２２−５を通じて、圧力可変容器１２２にガスを注入する。その後、容器圧力測定ゲージ１４０を通じて、圧力可変容器１２２内の圧力が大気圧の状態に達すると、ガス流量調節バルブ１２２−５を閉める。もし、圧力可変容器１２２内の圧力が大気圧超過状態に達すると、ゲートバルブ１２２−４Ｖを開けて、圧力可変容器１２２内の圧力を大気圧状態になるようにする。この際、測定対象となる領域の圧力をＰ１、圧力可変容器１２２内の圧力をＰ４とすると、Ｐ１＞Ｐ４であるため、ダイヤフラム１１６は、電極基板１１４側に向かって凸状に撓むようになり、それによって電極１１４Ｔとダイヤフラム１１６との間の静電容量Ｃが変わるようになるため、信号処理部１１８を通じて圧力Ｐ１を測定することができる。
【００３６】
実施例１は、センサーハウジング１１２の第１の開放管１１２−１を大気圧下に位置させて、圧力可変容器１２２の第４の開放管１２２−４を圧力測定対象領域に位置させることにより、大気圧より低い圧力を測定することができる。一方、圧力可変容器１２２の内部圧力を大気圧に維持した状態で、センサーハウジング１１２の第１の開放管１１２−１を圧力測定対象領域に位置させることにより、大気圧より高い圧力を測定することができる。
【００３７】
一方、実施例１は、これに限定されるものではない。実施例１は、ダイヤフラム１１６がセンサーハウジング１１２の第１の開放口側にも凸状に撓むことができるように、ダイヤフラム１１６をセンサーハウジング１１２の第１の開放口から所定距離離隔して設けることができる。この場合、センサーハウジング１１２の第１の開放管１１２−１を大気圧下に位置させて、圧力可変容器１２２の第４の開放管１２２−４を圧力測定対象領域に位置させることにより、大気圧より高い圧力を測定することができる。このガス流入管１２２−５及び容器圧力測定ゲージ１４０は、設けなくてもよい。
【００３８】
（実施例２）
実施例２は、実施例１を利用した圧力測定方法に関する。図５は、実施例２のフローチャートを示す。
【００３９】
図５を参照すると、実施例２は、第４の開放口閉鎖段階Ｓ１０、ガス注入段階Ｓ２０、圧力可変容器圧力調節段階Ｓ３０、及び圧力測定段階Ｓ４０を有する。
【００４０】
図５を参照すると、第４の開放口閉鎖段階Ｓ１０では、ゲートバルブ１２２−４Ｖを作動し、第４の開放口(図示せず)を閉鎖する。
【００４１】
図５を参照すると、ガス注入段階Ｓ２０では、ガス流入管１２２−５を通じて、圧力可変容器１２２にガスを流入させる。ガス注入段階Ｓ２０では、ガス流量調節バルブ１２２−５Ｖが開放される。
【００４２】
図５を参照すると、圧力可変容器圧力調節段階Ｓ３０では、圧力可変容器１２２の内部圧力が一定の圧力、例えば大気圧に維持される。圧力可変容器１２２の内部圧力が予め設定された一定圧力、例えば大気圧に達すると、ガス流量調節バルブ１２２−５Ｖを閉鎖させる。
【００４３】
図５及び図２を参照すると、圧力測定段階Ｓ４０では、第１の開放管１１２−１を圧力測定空間に位置させて、信号処理部１１８を通じて圧力測定領域の圧力Ｐ１を測定する。この際、圧力測定領域の圧力Ｐ１は、圧力可変容器圧力調節段階Ｓ３０で調節された圧力可変容器１２２の内部圧力Ｐ４より高い。
【符号の説明】
【００４４】
１１０    ダイヤフラムセンサー
１１２    センサーハウジング
１１２−１    第１の開放管
１１２−２    第２の開放管
１１２Ｆ    フランジ部
１１４    電極基板
１１４Ｔ    電極
１１４Ｌ    電極ライン
１１４Ｈ    貫通孔
１１６    ダイヤフラム
１１８    信号処理部
１２２    圧力可変容器
１２２−４    第４の開放管
１２２−４Ｖ    ゲートバルブ
１２２−５    ガス流入管
１２２−５Ｖ    ガス流量調節バルブ
１３０    ガス貯蔵槽
１４０    容器圧力測定ゲージ
【図１】
2009258109.tif 000003
【図２】
2009258109.tif 000004
【図３】
2009258109.tif 000005
【図４】
2009258109.tif 000006
【図５】
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