特許 5806145 絶対圧測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5806145

(24)【登録日】2015年9月11日

(45)【発行日】2015年11月10日

(54)【発明の名称】絶対圧測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 7/00 20060101AFI20151021BHJP

   G01L 7/14 20060101ALI20151021BHJP

【ＦＩ】

   G01L7/00 J

   G01L7/14

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-41929(P2012-41929)

(22)【出願日】2012年2月28日

(65)【公開番号】特開2013-178154(P2013-178154A)

(43)【公開日】2013年9月9日

【審査請求日】2015年1月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】596157780

【氏名又は名称】横河メータ＆インスツルメンツ株式会社

(74)【上記1名の代理人】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】永嶋 裕和

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５９−１３１０３６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−１６９６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５２５３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２０３３８０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ７／００−２３／３２

Ｇ０１Ｌ２７／００−２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

封入液が封入された本体カプセルと、
この本体カプセルの一方の側面に設けられ真空圧が封入された真空室と、
前記本体カプセルの他方の側面に設けられ測定圧が受圧される測定室と、
を具備する絶対圧測定装置において、
前記絶対圧測定装置が時間の経過と共に真空度が低下してゼロドリフトを生ずる真空度ゼロドリフト予測曲線と、前記絶対圧測定装置を傾けたことにより前記封入液に基づき生ずる傾斜角度ゼロドリフト曲線とから、時間の経過と共に連続的に前記真空度ゼロドリフト値を前記傾斜角度ゼロドリフト値により補正出来る前記絶対圧測定装置の傾斜角度値を演算する補正演算回路と、
この補正演算回路からの信号に基づき前記絶対圧測定装置を時間の経過と共に連続的に傾ける絶対圧測定装置回動手段と、
を具備したことを特徴とする絶対圧測定装置。

【請求項2】

絶対圧測定装置回動手段は、絶対圧測定装置を載置する載置ステージと、
この載置ステージの傾斜を検知する傾斜センサと、
前記載置ステージの傾斜を駆動するモータと、
前記傾斜センサの信号に基づき前記モータを制御する制御回路と、
を具備したことを特徴とする請求項１記載の絶対圧測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、絶対圧測定装置に関するものである。
更に詳述すれば、ゼロドリフトの数値を予測して、その数値をもとに連続的に補正することで、測定誤差を小さく出来、測定精度が向上出来る絶対圧測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

図３は従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図、図４〜図６は図３の動作説明図である。
図において、１は本体ボディで、円柱状の首部１Ａと、首部１Ａの端部外周縁部１Ｃにおいて溶接接続されたブロック状の受圧部１Ｂとよりなる。首部１Ａと受圧部１Ｂとは、この場合は、ステンレス材よりなる。
本体ボディ１の両側に、高圧側フランジ２、低圧側フランジ３が溶接等によって固定されており、両フランジ２，３には測定せんとする高圧側圧力ＰＨの高圧流体の導入口４、低圧側圧力ＰＬの低圧流体の導入口５が設けられている。

【0003】

本体ボディ１内に圧力測定室６が形成されており、この圧力測定室６内にセンタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８が設けられている。
センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８は、それぞれ別個に圧力測定室６の壁に固定されており、センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８の両者でもって圧力測定室６を２分している。

【0004】

センタダイアフラム７と対向する圧力測定室６の壁には、バックプレ―ト６Ａ，６Ｂが形成されている。センタダイアフラム７は周縁部を本体ボディ１に溶接されている。
シリコンダイアフラム８は全体が単結晶のシリコン基板から形成されている。
シリコン基板の一方の面にボロン等の不純物を選択拡散して４個のストレインゲ―ジ８０を形成し、他方の面を機械加工、エッチングし、全体が凹形のダイアフラム８を形成する。

【0005】

４個のストレインゲ―ジ８０は、シリコンダイアフラム８が差圧ΔＰを受けてたわむ時、２個が引張り、２個が圧縮を受けるようになっており、これらがホイ―トストン・ブリッジ回路に接続され、抵抗変化が差圧ΔＰの変化として検出される。
シリコンダイアフラム８は、首部１Ａを２個のセンサ室８１，８２に分ける。
支持体９の圧力測定室６側端面に、低融点ガラス接続等の方法でシリコンダイアフラム８が接着固定されている。

【0006】

本体ボディ１と高圧側フランジ２、および低圧側フランジ３との間に、圧力導入室１０，１１が形成されている。
この圧力導入室１０，１１内に高圧側，低圧側シールダイアフラム１２，１３を設け、このシールダイアフラム１２，１３と対向する本体ボディ１の壁にシールダイアフラム１２，１３と類似の形状のバックプレ―ト１０Ａ，１１Ａが形成されている。
シールダイアフラム１２，１３と高圧側，低圧側バックプレ―ト１０Ａ，１１Ａとにより、高圧側，低圧側シールダイアフラム室１２Ａ，１３Ａが構成される。

【0007】

シールダイアフラム１２，１３は、受圧部１Ｂに、シールリング１２１，１３１により周縁部が溶接されている。
この場合は、シールダイアフラム１２，１３と、シールリング１２１，１３１とは、ステンレス材よりなる。
シールダイアフラム室１２Ａ，１３Ａと圧力測定室６とは、連通孔１４，１５を介して導通されている。

【0008】

そして、シールダイアフラム室１２Ａ，１３Ａにシリコンオイル等の封入液１０１，１０２が満たされ、この封入液１０１，１０２が高圧側，低圧側伝導穴１６，１７を介してシリコンダイアフラム８の上下面にまで至っている。
封入液１０１，１０２は、センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８とによって２分されているが、その量が、ほぼ均等になるように配慮されている。

【0009】

ここで、絶対圧測定装置２０においては、圧力導入室１０，１１のいずれか一方に真空が封入されて絶対圧測定装置２０として使用される。
この場合は、圧力導入室１１に真空が封入され、圧力導入室１０に測定圧が導入される。

【0010】

以上の構成において、圧力導入室１０に測定圧が導入されると、高圧側シールダイアフラム１２に作用する圧力が封入液１０１によってシリコンダイアフラム８に伝達される。
一方、圧力導入室１１の真空の圧力は、低圧側シールダイアフラム１３に作用し封入液１０２によってシリコンダイアフラム８に伝達される。
この結果、真空の圧力と測定圧との圧力差に応じてシリコンダイアフラム８が歪み、この歪み量がストレインゲ―ジ８０によって電気的に取出され、絶対圧の測定が行なわれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開平０５−１７２６７６号公報

【特許文献2】特開２００５−０４９２４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

このような装置においては、以下の問題点がある。
真空基準室である圧力導入室１１の真空の圧力は、真空状態で維持できるよう設計されているが、使用している間に、真空度が低下し、図４に示す如く、圧力導入室１１の真空度の低下によるゼロ点がドリフトする。
図４に示す如き、このドリフトを補正するために、定期的あるいは測定毎にゼロ点の調整を行う必要がある。

【0013】

なお、図４は、絶対圧測定装置２０の圧力導入室１１の真空度の低下によるゼロ点のドリフトを示すグラフである。
ゼロ点の調整は、真空ポンプと真空計等の大掛かりな装置が必要となり、調整に時間がかかる。
また、ゼロ調整直後と次のゼロ調整までの間においては、真空基準室１１内の真空劣化から、測定誤差がどうしても発生する。

【0014】

本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、ゼロドリフトの数値を予測して、その数値をもとに連続的に補正することで、測定誤差を小さく出来、測定精度が向上出来る絶対圧測定装置を提供することにある。

【0015】

所で、封入液１０１，１０２が封入された絶対圧測定装置２０においては、封入液１０１，１０２の影響により、図５に示す矢印Ｂ１の如く、絶対圧測定装置２０を傾けると、図６に示すＢ２の範囲に示す如く、ゼロ点が変化する。
図５に示す矢印Ｃ１の如く、絶対圧測定装置２０を傾けると、図６に示すＣ２の範囲に示す如く、ゼロ点が変化する。
なお、図６は、絶対圧測定装置２０の姿勢角度の影響によるゼロ点のドリフトを示すグラフである。

【0016】

本発明は、この絶対圧測定装置２０の姿勢の影響を利用して、真空度の低下によるゼロ点がドリフトする方向と逆に、絶対圧測定装置の姿勢を変化させることでゼロ点の補正をかけるようにしたものである。

【課題を解決するための手段】

【0017】

このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の絶対圧測定装置においては、
封入液が封入された本体カプセルと、この本体カプセルの一方の側面に設けられ真空圧が封入された真空室と、前記本体カプセルの他方の側面に設けられ測定圧が受圧される測定室と、を具備する絶対圧測定装置において、前記絶対圧測定装置が時間の経過と共に真空度が低下してゼロドリフトを生ずる真空度ゼロドリフト予測曲線と、前記絶対圧測定装置を傾けたことにより前記封入液に基づき生ずる傾斜角度ゼロドリフト曲線とから、時間の経過と共に連続的に前記真空度ゼロドリフト値を前記傾斜角度ゼロドリフト値により補正出来る前記絶対圧測定装置の傾斜角度値を演算する補正演算回路と、この補正演算回路からの信号に基づき前記絶対圧測定装置を時間の経過と共に連続的に傾ける絶対圧測定装置回動手段と、を具備したことを特徴とする。

【0018】

本発明の請求項２の絶対圧測定装置においては、請求項１記載の絶対圧測定装置において、
絶対圧測定装置回動手段は、絶対圧測定装置を載置する載置ステージと、この載置ステージの傾斜を検知する傾斜センサと、前記載置ステージの傾斜を駆動するモータと、前記傾斜センサの信号に基づき前記モータを制御する制御回路と、を具備したことを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
ゼロ調整直後から次のゼロ調整までの間において、ゼロドリフトの変化を予測し、補正を連続的にかけることで、真空劣化によるドリフト要因がキャンセルされ、より正確な測定が実現できる絶対圧測定装置が得られる。
ゼロ調整を繰り返す中で、変化予測の精度が高まる中で、調整期間を長く設定できる絶対圧測定装置が得られる。
調整期間を長く設定した場合でも、測定結果の信頼性が維持できる絶対圧測定装置が得られる。
ゼロ調整に伴う、作業負担が軽減できる絶対圧測定装置が得られる。

【0020】

本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
絶対圧測定装置回動手段は、絶対圧測定装置を載置する載置ステージと、載置ステージの傾斜を検知する傾斜センサと、載置ステージの傾斜を駆動するモータと、傾斜センサの信号に基づきモータを制御する制御回路とが設けられたので、精度が高いゼロドリフト補正が出来る絶対圧測定装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施例の要部構成説明図である。

【図2】図１の動作説明図である。

【図3】従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。

【図4】図３の動作説明図である。

【図5】図３の動作説明図である。

【図6】図３の動作説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の動作説明図である。
図において、図３と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図３との相違部分のみ説明する。

【0023】

図１において、補正演算回路２１は、絶対圧測定装置２０が時間の経過と共に真空度が低下してゼロドリフトを生ずる真空度ゼロドリフト予測曲線と、絶対圧測定装置２０を傾けたことにより、封入液１０１，１０２に基づき生ずる傾斜角度ゼロドリフト曲線とから、時間の経過と共に連続的に、真空度ゼロドリフト値を傾斜角度ゼロドリフト値により補正する絶対圧測定装置２０の傾斜角度値を演算する。

【0024】

絶対圧測定装置回動手段２２は、この補正演算回路２１からの信号に基づき、絶対圧測定装置２０を時間の経過と共に連続的に傾ける。
この場合は、絶対圧測定装置回動手段２２は、絶対圧測定装置２０を載置する載置ステージ２２１と、この載置ステージの傾斜を検知する傾斜センサ２２２と、載置ステージの傾斜を駆動するモータ２２３と、傾斜センサ２２２の信号に基づき、モータ２２３を制御する制御回路２２４と、を有する。

【0025】

以上の構成において、
経過時間を含めた場合、以下のようにして計算できる。
いま、
Ｐ１：Ｔ１の日時におけるゼロ点のオフセット
Ｐ２：Ｔ２の日時におけるゼロ点のオフセット
この変化は、リニアであると仮定できるので、
傾きの変化率αは、α＝（Ｐ２−Ｐ１）／（Ｔ２−Ｔ１）となる。

【0026】

この式は、直線近似に拘っているわけではなく、ゼロ点の変化を予測するための近似式である。
ゼロ点の調整を繰り返すことにより、最良の近似式で、補正することが、可能となり、予測精度も高まると考えられる。

Ｔ１の日時での初期オフセット値をＰ０とすると、あるＴ３の日時でのゼロ点オフセット値Ｐｚは、
以下のように推測できる。
Ｐｚ＝Ｐ０＋α・（Ｔ３−Ｔ１）

【0027】

一方、ゼロ点における姿勢変化は、傾斜であるので、ｓｉｎ近似として仮定し、姿勢傾斜における、ゼロ点の変化量を求める。

傾斜角θ度傾斜したときのゼロ点のオフセット値をＰｃとすると、ゼロ点のオフセット値Ｐｃは、以下のように変化する。
Ｐｃ＝Ｐ０＋Ｐｍ・ｓｉｎθ
Ｐ０:初期状態でのオフセット値、
Ｐｍ:９０度傾けたとき、姿勢誤差が最大となり、そのときのゼロ点のオフセット値
θ：傾斜角度

【0028】

センサの姿勢を、真空劣化によるゼロ点変化に対し、逆相に変化させ補正する。
その時の傾斜角θは、以下のようになる。
Ｐｚ−Ｐｃ＝０
α・（Ｔ３−Ｔ１）−Ｐｍ・ｓｉｎθ＝０
θ＝ｓｉｎ^-1（α・（Ｔ３−Ｔ１）／Ｐｍ）

【0029】

より具体的には、図２に示す如く、例えば、
姿勢特性１０Ｐａ／１．５ｄｅｇ、ゼロドリフトが約１２Ｐａの場合。
リニア変化として想定すると、絶対圧測定装置２０を１．８ｄｅｇ回動傾斜させるとゼロ点のドリフトがキャンセル出来る。
図１に、矢印Ｄに示す如く、回動方向を示す。なお、
図２は、絶対圧測定装置２０の圧力導入室１１の真空度の低下によるゼロ点のドリフトを示すグラフである。

【0030】

この結果、
ゼロ調整直後から次のゼロ調整までの間において、ゼロドリフトの変化を予測し、補正を連続的にかけることで、真空劣化によるドリフト要因がキャンセルされ、より正確な測定が実現できる絶対圧測定装置が得られる。
ゼロ調整を繰り返す中で、変化予測の精度が高まる中で、調整期間を長く設定できる絶対圧測定装置が得られる。
調整期間を長く設定した場合でも、測定結果の信頼性が維持できる絶対圧測定装置が得られる。
ゼロ調整に伴う、作業負担が軽減できる絶対圧測定装置が得られる。

【0031】

絶対圧測定装置回動手段２２は、絶対圧測定装置２０を載置する載置ステージ２２１と、載置ステージ２２１の傾斜を検知する傾斜センサ２２２と、載置ステージ２２１の傾斜を駆動するモータ２２３と、傾斜センサ２２２の信号に基づきモータ２２３を制御する制御回路２２４とが設けられたので、精度が高いゼロドリフト補正が出来る絶対圧測定装置が得られる。

【0032】

なお、本発明は、高精度気圧計に使用されて、特に有効である。
また、本発明は、図３従来例に示す絶対圧測定装置に付いて説明したが、封入液が封入された絶対圧測定装置であれば、適用できることは勿論である。
また、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。

【符号の説明】

【0033】

１ 本体ボディ
２ 高圧側フランジ
３ 低圧側フランジ
１０ 圧力導入室
１１ 圧力導入室
２０ 絶対圧測定装置
２１ 補正演算回路
２２ 絶対圧測定装置回動手段
２２１ 載置ステージ
２２２ 傾斜センサ
２２３ モータ
２２４ 制御回路

【図2】

【図3】

【図1】

【図4】

【図5】

【図6】