JPH07209122A - ２つの圧力センサの出力信号を評価するための方法、及び２つの圧力測定センサを有する圧力測定装置、並びにこの装置を備えた圧力測定ヘッド - Google Patents

２つの圧力センサの出力信号を評価するための方法、及び２つの圧力測定センサを有する圧力測定装置、並びにこの装置を備えた圧力測定ヘッド

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JPH07209122A
JPH07209122A JP6311837A JP31183794A JPH07209122A JP H07209122 A JPH07209122 A JP H07209122A JP 6311837 A JP6311837 A JP 6311837A JP 31183794 A JP31183794 A JP 31183794A JP H07209122 A JPH07209122 A JP H07209122A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力測定装置に関し、複数の圧力センサを組
み合わせて個々のセンサの測定範囲より広い測定範囲を
正確且つ連続的に測定することを目的とする。 【構成】 例えば、冷陰極電離センサとピラニセンサと
を組合わせ、各センサによる各測定範囲がオーバーラッ
プする過渡域（ΔＰ）に重み付け技術を適用し、各セン
サ特性曲線を明確に且つ連続的に移行させる（ＵA ）。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の前提部分に
記載されているような、２つの圧力センサの出力信号を
評価する方法，及び、請求項６の前提部分に記載されて
いるような圧力測定装置、並びに請求項１４又は１５の
前提部分に記載されているような圧力測定ヘッドに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】絶対圧力１バールから超高真空までの範
囲における圧力を測定するための種々の測定原理が知ら
れている。しかし、今日知られている真空測定原理に
は、いずれも欠点があり、その主なものは下記の通りで
ある。 −限られた測定範囲、 −ガスの種類に左右されること、 −温度，汚染，劣化のような撹乱要因に影響されるこ
と、及び、 −コスト的要因、が挙げられる。
【０００３】特に、制約される測定範囲に関して、上記
問題を解決するための手がかりは、圧力媒体の作用を受
けるそれぞれ異なる測定原理に基づいた複数の圧力セン
サを使用し、これらを組合わせることにある。この目的
を達成するためには、下記の解決策が知られている。
【０００４】１．それぞれが異なる測定原理に従って作
用する少なくとも２つの別々に構成されたセンサからの
測定信号を共通の評価装置において処理する。一方のセ
ンサの信号に呼応して、即ち、このセンサに割当てられ
ている圧力範囲の限界圧力値に達すると、第２のセンサ
にスイッチされる。圧力範囲に応じて一方又は他方のセ
ンサの信号が評価測定装置に於いて表示される。尚、こ
の技術の一例としては、Ｂａｌｚｅｒｓの装置ＰＫＧ１
００，ＴＲＧ３００，ＩＭＧ３００や、Ｌｅｙｂｏｌｄ
社の装置ＣＯＭＢＩＶＡＣ，ＣＯＭＢＩＴＲＯＮのピラ
ニセンサ／冷陰極又は熱陰極電離センサの組合わせを挙
げることができる。
【０００５】このアプローチの利点は、その測定範囲が
広いことであるが、特に２つの別々のセンサ装置を必要
とすること、及び、例えば２つの継手フランジのような
取付け手段を設けねばならないことからコストが高くな
り、更に、一方のセンサから他方のセンサへの切換えに
伴ない、圧力範囲に於いて現われる出力信号が連続的で
はなく、且つ明確でもないことにある。ガスの種類に依
存する等の撹乱要因は、利用される測定原理が多様であ
るだけに極めて複雑になり、上記切換えに伴なう飛越し
も極めて大きくなる恐れがある。例えば、上記切換え範
囲における安定した圧力調整は不可能である。
【０００６】２．コスト及びスペース需要を軽減するた
め、異なる測定原理に従って作用する異なる測定センサ
を共通のフランジに一体的に設けることも知られてい
る。又、上記項目１で述べたようなセンサ信号の評価に
関する問題を解決する試みも知られている。例えば、Ｔ
ｈｙｒａｃｏｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ社（Ｐａｓｓ
ａｕ）の装置ＶＳＫＰ４５Ｍでは、圧電抵抗膜センサと
ピラニセンサとを組合わせて１つのフランジに組込んで
いる。熱陰極電離マノメータとピラニセンサとを組合わ
せて１つのフランジに組込むことも、例えば、Ｃ．Ｅｄ
ｅｌｍａｎｎ等の論文「Feingeraetetechnik 24 」，S.
408-411 (1975)や、ヨーロッパ特許第０２３３７８４
号、及び米国特許第４７５５６６９号、並びに、ＡＭＬ
社の測定管ＡＩＧ１７Ｐ等から公知である。
【０００７】上記問題に対して、ガス摩擦マノメータと
熱陰極電離マノメータとを組合わせて１つのフランジに
組込むことも、例えば、米国特許第４７４７３１１号に
於いて知られている。上述のように、これら公知例で
は、いずれの場合にも範囲の限界に達するとセンサ信号
が切換わり、その出力信号が交互に表示されるだけであ
る。しかし、上記項目１に述べたアプローチよりはコス
トが節減される。
【０００８】３．ガス摩擦マノメータとピラニセンサと
を組合わせて１つのフランジに組込み、両方のセンサの
出力信号が広い圧力範囲にわたり切換えに伴なう飛越し
をもつことなく連続的な圧力信号を生成するように処理
することもヨーロッパ特許第０３４７１４４号に於いて
知られている。
【０００９】４．ガス摩擦マノメータとピラニセンサと
を組合わせて１つのフランジに組込むと共に、両方のセ
ンサの信号を組合わせることにより、ガスの種類に殆ど
関係なく出力信号を生成することもヨーロッパ特許第０
３７９８４１号（米国特許第４９９５２６４号）にて知
られている。
【００１０】５．広範囲に亘って高感度を示す高度計を
開発するために、膜圧力センサと、ピラニセンサに相当
する熱伝導センサとを組合わせることも米国特許第３０
６４４７８号に於いて知られている。
【００１１】本発明は、ヨーロッパ特許第０３４７１４
４号に於いて公知の上記技術を起点にしている。上記特
許に於けるものは、真空中に水晶発振器を配置し、ピラ
ニセンサのように、ヒーターコイルから周囲への熱伝導
を水晶発振器に対する加熱効果によって感知するもので
ある。この場合、圧力が変化しても水晶発振器の共振周
波数が一定に保たれるようにコイルの加熱電流を制御す
る。制御部材としてのヒーターコイルに供給される電気
的加熱エネルギーは、第１のセンサ出力信号の形で測定
され、水晶発振器の共振周波数は、第２のセンサ出力信
号の形で測定される。共振周波数を一定に保つためヒー
ターコイルに供給すべき電力の圧力依存度は、低圧範囲
に於いて低下し、一定の最小電力値で充分となり、共振
電圧は高圧範囲において低下し始めるという所見に基づ
き、センサ出力信号の形を取る双方の量、即ち、加熱エ
ネルギーと共振電圧を総合することにより７圧力デカー
ドに亘る圧力識別を可能にする圧力識別特性曲線が得ら
れる。
【００１２】ヨーロッパ特許第０３４７１４４号に開示
されている技術では、広い圧力範囲を測定できるが、そ
こに開示されている信号オーバーレイ技術は、水晶発振
器の熱共振性に依存し過ぎるきらいがある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、圧力範囲の過渡域、即ち中間域において、測定信号
に飛越し又はヒステリシス効果が発生しないように、測
定すべき圧力範囲全域に亘って公知の圧力センサを各セ
ンサに特異な測定範囲と組合わせることができる冒頭に
示した方法を提供することにある。これにより、使用目
的に応じて好適なセンサの組合わせを選択することがで
き、且つ、選択したセンサの組合わせによって測定技術
的に明確に把握できる圧力範囲を上記ヨーロッパ特許第
０３４７１４４号にて公知の方法で達成できる範囲より
も一層広くでき、特に、個別センサの場合よりも一層広
い範囲を明確に測定することができる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この目的は、請求項１の
特徴部分に記載した形態によって達成される。
【００１５】特に好ましいセンサの組合わせは、ピラニ
センサと冷陰極電離センサとの組合わせである。一方の
センサから他方のセンサへの上記移行制御に関し、本発
明の好ましい組合わせは、冷陰極電離センサからの熱発
生が熱陰極電離センサよりもはるかに少ないという点
で、ピラニセンサと熱陰極電離センサとの組合わせを使
用した場合よりもはるかに有利である。これにより、一
方のセンサから他のセンサへの熱障害や排気による障害
は著しく軽減される。従ってピラニセンサと熱陰極電離
センサとを構造的に一体化する場合よりも、ピラニセン
サと冷陰極電離センサとを組合わせる場合の方が構造を
一層コンパクトにすることができる。
【００１６】ピラニセンサの有効測定範囲は、１０-3メ
ガバール以下から１００メガバール以上までであり、
又、冷陰極電離センサの有効測定範囲は、例えば、Ｍａ
ｘ Ｗｕｔｚの「Theorie und Praxis der Vakuumtechn
ik」，Friedr. Vieweg & Sohn(Braunschweig/Wiesbade
n)から公知のなように、少なくとも１０-8メガバールか
ら１０-2メガバールまでであることから、本発明に於け
る組合わせ選択では、７デカードをはるかに上回る９圧
力デカード以上の圧力範囲、即ち、例えば１０-8メガバ
ールから１００メガバールまでをカバーする。そして、
本発明が提案するセンサの出力信号の重み付けの組合わ
せにより、圧力範囲全域を明確に測定することができ
る。
【００１７】この好ましいセンサ組合わせでは、請求項
２に記載されているように、請求項１に記載の重み付け
関数をピラニセンサの出力信号によって制御する。この
ときピラニセンサは、全圧力範囲、特に１０-4メガバー
ルから１０-2メガバールまでの中間圧力範囲でも有効に
測定することができる。好ましい実施態様では、上記重
み付け関数をピラニ出力信号と、重み付けされて組合わ
される出力信号からフィードバックされた信号とを組合
わせることによって得られる。
【００１８】請求項２に言及されている実施態様に続い
て請求項３に記載されている実施態様では、特にバイポ
ーラトランジスタにおけるアナログ回路技術による重み
付け信号のオーバーレイの実現が容易になる。
【００１９】基本的には、上述のように、アナログ技術
によって、又は後述するようにパルス幅変調技術によっ
て、或いは、場合によっては請求項４に記載されるよう
にディジタル化されたセンサ出力信号の演算処理によっ
て行うことができる。
【００２０】本発明に係る好ましいピラニセンサ／冷陰
極電離センサの組合わせにも利用され、請求項１に規定
される第２の実施態様に相当する乗算的な重み付けは、
請求項５に記載されているように行うことが好ましい。
この場合、上述のように、重み付け関数がピラニ出力信
号とフィードバック信号とを組合わせることによって最
適条件に制御される。尚、このフィードバック信号は重
み付けされて組合わされた出力信号から形成される。
【００２１】更に、本発明に係る圧力測定センサは、請
求項６の特徴部分に記載した構成によって上記目的を達
成するものであり、その好ましい実施態様は、請求項７
から請求項１３までに規定されている。
【００２２】請求項１４に記載された本発明に係る圧力
測定ヘッドは、請求項６から請求項１３までのいずれか
１項に記載の圧力測定装置内に構成され、基本的には請
求項１５に記載されているように、構造的にはヘッドと
一体化されたピラニセンサ及び冷陰極電離センサの上記
好ましい組合わせ形態を含むものである。
【００２３】
【実施例】まず、図１を参照しながら本発明に係る信号
処理技術の原理を説明する。
【００２４】図１に於いては「Ｐ」型及び「Ｋ」型の２
個のセンサ１，３が設けられている。センサ１及び３
は、同一の感知物理量ｐに対応する出力信号Ｐp 及びＰ
k を生成する。その際、例えばセンサ１は、物理量ｐの
高値域において、センサ３は物理量ｐの低値域において
それぞれ領域別の各測定信号を出力する。
【００２５】センサ１，３の各出力信号は、重み付けユ
ニット５に供給される一方、測定値評価ユニット７にも
供給される。測定値評価ユニット７は、物理量ｐを表わ
す信号として出力信号Ａを生成する。中間値域ΔＰが求
められ、この中間値域内でセンサ１からセンサ３への移
行域に関する測定が行われる。
【００２６】多くの場合、重み付けユニットには測定値
評価ユニット７の出力信号Ａも供給され、センサ出力信
号及び測定値評価ユニットの出力信号に応じて重み付け
ユニット５内では、重み付け関数ｆが形成される。又、
測定値評価ユニット７内では、センサ出力信号及び重み
付け関数ｆに応じた出力信号Ａが形成される。
【００２７】以下、重み付けの詳細について説明する。
【００２８】センサ出力信号の加算的組合わせに際して
は、式(1) Ａ＝ｆｐp ＋（１−ｆ）ｐk (1) に従って、図２に示す測定値評価ユニット７の出力信号
Ａ（「算術的重み付け」）が形成される。尚、図２は、
出力特性が中間域において加算的に異なるセンサ（異な
るオフセット）に対して好ましい実施態様を示したもの
である。上記式(1) 内のｆは重み付け関数であり、中間
値域ΔＰにおいて値「０」と値「１」との間を移行し、
例えば、式（１）及び図１から明らかなように、ΔＰの
左端では重み付け関数が値「０」をとり、右端では値
「１」をとる。
【００２９】第２の信号の組合わせの態様は、乗算的組
合わせ（「幾何的重み付け」）である。この場合には式
(2) Ａ＝ｐ p f ＊ｐk (1-f) (2) に従って出力信号Ａが形成され、図３にこの形態が示さ
れている。尚、図３は、出力特性が中間域において乗算
的に異なるようなセンサ（異なる感度）に対して好適な
構成を示したものである。
【００３０】図２の場合と同様、図３に於いても測定値
評価ユニット７は破線で示されている。
【００３１】上記２通りの基本的な重み付け方法のどち
らが優れているかは、一方のセンサによる物理量ｐの測
定から他方のセンサによる測定への移行に伴なって生ず
ると考えられるエラーの影響に応じて決定される。
【００３２】冒頭にて述べたように、本発明は、その目
的に於いて、多くのレベルに亘って明確な圧力測定を可
能にするという主要な問題に取組むものである。即ち、
単一のセンサでは達成できない広い領域に亘って明確な
圧力測定を行うことができるようにすることにある。そ
のためには異なる圧力域に於いてそれぞれ領域別に測定
する異なる圧力センサを使用しなければならない。本発
明では、ピラニ圧力センサ１と冷陰極電離測定センサ３
とを使用した。従って、図１及び図２では、物理量を表
わすのに記号ｐを使用し、センサ出力信号を表わすのに
ｐ（ピラニの頭文字）及びｋ（冷陰極 [Kaltkathode]の
頭文字）を選んだ。
【００３３】本発明が使用する上記２個の圧力センサに
よる圧力測定の場合、優先するのは加算的エラー、即ち
電位点エラーではなく乗算的効果、即ち特性曲線勾配に
関するエラーである。
【００３４】そこで、もっと好ましい実施態様に於いて
は、本発明の主要課題である圧力測定の問題を解決する
ために、第２の重み付け方式、即ち、図３及び式(2) に
示されるような圧力センサ出力信号を乗算的に組合わせ
る方式を選択する。
【００３５】次に、この圧力測定の問題を更にに詳細に
説明する。
【００３６】本願にその一体的部分として添付した優先
権証明書、及び同出願人による米国出願第９３７３４号
に対応するスイス出願第０２２７８／９２号から、ピラ
ニ圧力センサを用いて圧力の対数に比例する出力信号を
得る方法は知られており、これは基本的には、バイポー
ラトランジスタのベース・エミッタ電圧とコレクタ電流
との対数依存関係を利用する方法である。センサの電気
的出力信号がバイポーラトランジスタのベース・エミッ
タ区間をトリガーすることにより、コレクタ電流に比例
する出力信号は、感知された圧力値の対数に比例するこ
とになる。
【００３７】冷陰極電離センサの出力信号でも同様の結
果が得られる。
【００３８】尚、上記関係は次のように略記することが
できる： ＵA ＝ｌｏｇ Ａ Ｕp ＝ｌｏｇ ｐp Ｕk ＝ｌｏｇ ｐk 但し、上記Ｕは、例えばボルト、ｐは例えばメガバール
を単位とする。
【００３９】従って、式(2) から、組合わせ関数又は、
出力信号ＵA は下記の式(4) で与えられる。 ＵA ＝ｆＵp ＋（１−ｆ）Ｕk (4)
【００４０】従って、図４に示すようにピラニセンサ１
の出力信号ｐp は、対数計算ユニット９p を介して伝送
され、冷陰極電離センサ３の出力信号は、対数計算ユニ
ット９k を介して伝送される。どちらのユニット９も、
例えば上記ベース・エミッタ／コレクタ依存関係利用の
原理に基づいて構成されている。
【００４１】乗算ユニット１１p 及び１１k に於いて、
信号Ｕp 及びＵk は、重み付けユニット５の出力からの
重み付け関数「ｆ」及び「１−ｆ」でそれぞれ重み付け
され、加算ユニット１３にて、例えばアナログプログラ
ミングで加算されて式(4) を形成する。
【００４２】ここで重み付け関数「ｆ」及び相補重み付
け関数「１−ｆ」の形成について更に詳細に説明する。
【００４３】本発明の重み付け技術を説明するため、シ
ステムを機能別に分離したブロック図で示す。
【００４４】自明のことであるが、このシステムに於い
てアナログプログラミング方式で行われる実施技術のほ
かに、アナログ回路技術やディジタル処理技術、又は他
の技術によって実施することも可能である。好ましい実
施技術としては、主としてアナログ技術により、及びパ
ルス幅変調方法に従って行われる実施態様について以下
に説明する。
【００４５】公知のように、冷陰極電離センサ３の測定
範囲上限を１０-2メガバールに設定し、ピラニセンサ１
の測定範囲下限を１０-4メガバールに設定する。したが
って１０-2メガバールを超える圧力に対応する測定出力
信号は、事実上もっぱらピラニセンサ１が生成し、１０
-4メガバール以下の圧力に対応する測定結果を出力する
のは、事実上もっぱら冷陰極電離センサ３である。中間
圧力、即ち１０-4メガバールと１０-2メガバールとの間
の圧力については、測定信号の妥当性が冷陰極電離セン
サ３からピラニセンサ１へ連続的かつ単調に移行する。
【００４６】従って、理想的な場合には： ｐ＞１０-2メガバールならば、ｆ＝１ (5a) ｐ＜１０-4メガバールならば、ｆ＝０ (5b) である。
【００４７】ここで関数ｆの具体的な形式について、更
には、関数ｆがいかなる量と依存関係にあるかについて
問題が起こる。
【００４８】(a) ユニット５に於いて、実際の圧力ｐ
又は測定すべき物理量によって重み付け関数ｆを制御す
ることは、関連の情報が必ずしも存在しないから多くの
場合不可能である。
【００４９】(b) ピラニセンサ１は、全ての圧力範囲
に亘って作動し続けることができ、従って全ての圧力範
囲に亘って１つの出力信号が存在するから、ピラニセン
サ１の出力信号による重み付け関数の制御は考慮に価す
る。しかし、１０-4メガバールの圧力では測定精度が低
下するから、重み付けユニット５においてピラニセンサ
の出力信号によって重み付け関数ｆを制御することが最
適とは云えない。
【００５０】(c) 冷陰極電離センサ３は、ピラニセン
サ１で測定される圧力１０-2メガバールを下回る圧力で
初めて作動できるから、冷陰極電離センサ３の出力信号
による重み付け関数ｆの制御は適当な解決法ではない。
【００５１】(d) すでに重み付けされ、組合わされた
出力信号値Ａによる重み付け関数ｆの制御は、この信号
値が両センサ出力信号を組合わせたことで既に実際の圧
力に極めて近似するから、それ自体優れた方法である。
しかし、これに伴なうプロセスとして重み付け出力信号
が自己調整のためフィードバックされると、安定性の問
題又は振動現像を招く場合がある。
【００５２】量ｐp ，ｐk ，ｐ，Ａだけによるｆの制御
だけでなく、これらの量及びその他の量の組合わせも利
用することができる。
【００５３】(e) いずれの観点についても、即ち、精
度についても実現性についても、ピラニセンサ出力信号
Ｐp と重み付き組合わせ値Ａとの組合わせによる重み付
け制御が最適の解決であることが判明した。この組合わ
せは ｆ＝ｆ（ｐp a ＊Ａb ） (6) で表わされる。
【００５４】式(3) に示した対数比例出力信号Ｕp 及び
ＵA が存在すれば、この重み付け関数は簡略化されて、 ｆ′＝ｆ′（ａＵp ＋ｂＵA ） (6a) となる。尚、上記式内のａ及びｂは任意の定数である。
【００５５】この重み付け関係は、式(5a)及び(5b)の条
件を満たし、中間域では圧力と共に単調にかつ連続的に
増大することになる。
【００５６】図５は、測定値評価ユニットと組合わせた
アナログ技術による重み付けユニットの上記（ｂ）に基
づく好ましい実施態様を示す。ここでもバイポーラトラ
ンジスタのベース・エミッタ電圧とコレクタ電流との間
の対数依存関係を利用し、重み付き関係は下記の式(7
a)，(7b)で表わされる。 ｆ＝１／〔ｅｘｐ（−λＵ）＋１〕 (7a) １−ｆ＝１／〔ｅｘｐ（λＵ）＋１〕 (7b) 但し、λ＝ｅ／ｋＴ、ｅ＝電気素量、ｋ＝ボルツマン定
数、Ｔ＝絶対温度、である。
【００５７】図５から明らかなように、信号Ｕは、下記
の式(7c)で表わされる。 Ｕ＝ｃ ＋ｄＵp (7c)
【００５８】ＵA を計算する場合と同様、特にバイポー
ラトランジスタのベース・エミッタ電圧とコレクタ電流
との上記対数依存関係に基づき、次いでＵp →０及びＵ
p →∞に関する極限値グラフで図５に示すｆ及び（１−
ｆ）の推移を求めた。グラフから明らかなように、重み
付け関数ｆは、極めてゆるやかな移行が特徴である。重
み付け関数ｆは、正確に無限大の圧力で初めて値「１」
に達し、「１」を基準に設定した任意の圧力値において
値「０」に達するから、上記式(5a),(5b) は、近値的に
満たされるだけである。
【００５９】図６には、上記原理（ｂ）に従い、パルス
幅変調に基づいて重み付け関数を求める回路構成を略示
した。Ｔが無安定マルチバイブレータ２０のパルス反復
周期を表わすとして、 ＲＣ≫Ｔ ならば ｆ＝ｔ／Ｔ (8) となる。
【００６０】パルス幅ｔ及び、更に一般的にパルスデュ
ーティ要素は、ピラニセンサの出力信号及びＵp （３）
でそれぞれ制御される。これにより、例えば図６に示す
線形重み付け関数ｆ及び１−ｆが得られる。これは、 ｔ＝ｃ′＋ｄ′Ｕp (8a) を選択して得た結果である。
【００６１】問題に適合された他の制御ｔ＝ｔ（ｐ）も
可能であることは云うまでもない（例えば、Ｕ．Ｔｉｅ
ｔｚｅ及びＣｈ．Ｓｃｈｅｎｋの著作「Halbleiter-Sch
altungstechnik」、 Springer Verlag (1988), Kap.11.
7 及び11.8を参照) 。
【００６２】図７には、上記原理（ｅ）に基づく好まし
い回路構成を示した。ピラニセンサ１を含むピラニ測定
ブリッジ回路２１の出力信号ｐp は、対数計算回路２２
において対数化されたＵp を形成する。調整可能な電源
２４に於いて、ｐ→∞に対するＵp の調整が行われ、電
位差計回路２５に於いて、ｐ→∞に対する調整が行われ
る。
【００６３】１０-2メガバールに相当する基準値Ｕref
が供給される閾値感知ユニット２６を介して、冷陰極電
離センサ３を含む冷陰極電離測定回路２８の高圧電源回
路２７は、１０-2メガバール以下の圧力値で作動され
る。出力信号Ｉk は、「対数計算回路」２９において対
数化される。「対数計算回路」２９の出力信号Ｕk 及び
出力信号Ｕp は、図６に関連して説明した原理に従って
作用し、上記（ｆ）に従って出力信号ＵA がＵp と相俟
ってパルスデューティ要素ｔ／Ｔを制御する重み付け及
び測定値評価回路５，７に供給される。
【００６４】センサは、その測定回路で測定原理に固有
の出力特性曲線Ｖp ，Ｉk を形成する。この特性曲線を
圧力と対数依存関係にある信号Ｕp ，Ｉk に変換する態
様は、ピラニ原理に関するスイス出願第０２２７８／９
２号（その優先権証明書）に詳細に記述されている。
尚、図７の冷陰極原理についても同様である。
【００６５】Ｕp 及びＵk 曲線は、例えばガスの種類が
較正ガスとは異なれば、それに応じて較正ガスの場合と
は異なる曲線を画くという仮定の下に量Ｕp 及びＵk を
破線で表わして、図７の構成で得られる測定特性曲線Ｕ
A を図８に示した。
【００６６】図９には、真空チェンバとのフランジ継手
として実施した本発明に係る組合わせ測定ヘッドを略示
した。冷陰極電離センサ３のプラズマ空間としての測定
チェンバ３３にフランジ継手３１を介して圧力が作用す
る。図中、参照番号３４は、測定電流ケーブル及び高圧
ケーブルを有する陽極端子であり、参照番号３７は陰極
壁である。フェライトマグネットリング３８によってプ
ラズマスペース３３内に必要な軸方向磁場が発生され
る。
【００６７】参照番号３９は、エッジの鋭い構造が放電
点弧を促進するように形成した陽極端子３４に設けた手
段である。
【００６８】陽極端子３４の位置に相当するフランジ軸
線Ｒに対し偏心関係の位置にヒータコイル４５を含むピ
ラニ測定装置４３が設けられる。冷陰極電離センサ３の
ための高圧電源２７（図７参照）はプリント回路板４７
に設けられ、図７の２１，２２，２９に対応する測定回
路は第２のプリント回路板４９に設けられ、重み付け及
び出力信号評価ユニットは第３のプリント回路板５１に
それぞれ設けられる。
【００６９】参照番号５３は、本発明の組合わせヘッド
の取付けプラグであり、参照番号５４は、例えば上記し
た回路が配線されている各プリント回路板間の接続を略
示している。
【００７０】本発明の目的を達成するための以上説明し
た重み付け技術は、２個以上のセンサの組合わせにも応
用することができ、これによって明確に測定できる範囲
をさらに広げることができる。即ち、 −ガス摩擦マノメータ／冷陰極電離センサ、 −ピラニ／熱陰極電離センサ、 −それぞれの測定範囲が異なる２つの膜マノメータ、の
少なくとも２組を組合わせるか、又は上述のセンサと組
合わせてセンサ組合わせを構成し、明確に測定できる圧
力範囲を広げることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧力測定装置の一実施例を示した
ブロック回路図である。
【図２】図１の実施例に於いて、出力特性が中間域で加
算的に異なるようなセンサに対して好ましいブロック回
路図である。
【図３】図１の実施例に於いて、出力特性が中間域にお
いて乗算的に異なるようなセンサに対して好ましいブロ
ック回路図である。
【図４】図３に示す構成の他の形態を示したブロック回
路図である。
【図５】ピラニセンサ及び冷陰極電離センサの各出力信
号のための重み付け及び評価ユニットの構成を示した回
路図である。
【図６】重み付け関数をパルス幅変調技術により実現す
る構成を備えた本発明に係る圧力測定装置の回路図であ
る。
【図７】重み付け関数をピラニセンサの出力信号だけで
なく、重み付けされて組合わされた測定出力信号のフィ
ードバックによっても制御する構成を備えた本発明に係
る圧力測定装置の回路図である。
【図８】図７の圧力測定装置構成で達成される測定特性
を示したグラフである。
【図９】本発明に係る測定ヘッドの簡略化した断面図で
ある。
【符号の説明】
１，３…圧力センサ ５…重み付けユニット ７…測定値評価ユニット ２１…ピラニ測定回路 ２２，２９…対数計算回路 ２６…閾値感知ユニット ２７…高圧電源 ３１…フランジ継手 ３３…測定チャンバ ３４…陽極端子 ３７…陰極壁 ３８…フェライトマグネットリング ４３…ピラニ測定装置 ４５…ヒーターコイル ４７，４９，５１…プリント基板

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高圧力範囲を対象として構成された第１
    の圧力センサと、低圧力範囲を対象として構成された第
    ２の圧力センサとの２つの圧力センサ（１，３）であっ
    て、両方の圧力測定範囲が中間域で互いにオーバラップ
    するがこの中間域では同じ圧力に対して異なる出力信号
    特性値を有するような２つの圧力センサ（１，３）の出
    力信号を評価する方法において、 ａ）ｐp ：第１のセンサ（１）の出力信号、 ｐk ：第２のセンサ（３）の出力信号、 ｆ： 圧力ｐと共に連続的にかつ単調に変化する重み付
    け関数 として、中間域に特に並列に位置ずれする出力信号特性
    が存在する場合には、 Ａ＝ｆｐp ＋（１−ｆ）ｐk で表わされる共通出力信号Ａを形成し、 ｂ）実質的に勾配の異なる外挿過程の場合には， Ａ＝ｐp f ＊ｐk (1-f) で表わされる出力信号Ａを形成し、 前記第２のセンサ（３）の圧力範囲の上限圧及びそれ以
    下の範囲では重み付関数ｆを実質的に「０」に設定し、
    第１のセンサの圧力範囲の下限圧以上の範囲では実質的
    に「１」に設定することを特徴とする２つの圧力センサ
    の出力信号を評価する方法。
  2. 【請求項２】 前記第１のセンサ（１）をピラニセンサ
    で構成すると共に、前記第２のセンサを冷陰極電離セン
    サ（３）で構成し、前記重み付け関数（ｆ）が、前記第
    １のセンサ（１）の出力信号と依存関係にある信号、又
    はこれと共通な出力信号（Ａ）と依存関係にある信号と
    の組合わせによって与えられることを特徴とする請求項
    １に記載の方法。
  3. 【請求項３】 λ＝ｅ／ｋＴ、 ｅ＝電気素量、 ｋ＝ボルツマン定数、 Ｔ＝絶対温度、 Ｕ＝ｃ＋ ｄ＊ｌｏｇｐp として、 ｆ＝１／（ｅｘｐ（−λＵ）＋１） に従って重み付け関数ｆを求めることを特徴とする請求
    項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記各信号（Ｐp ，Ｐk ，Ａ）をアナロ
    グ技術で処理することにより、又は、パルス幅変調でセ
    ンサ出力信号と依存関係の信号を共通の出力へ排除する
    ことにより、あるいはディジタル信号処理により重み付
    けを形成することを特徴とする請求項１から請求項３の
    いずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 ａ及びｂを定数とし、重み付け関数ｆを
    以下の式 ｆ＝ｆ（ｐp a ＊Ａb ） に従って形成することを特徴とする請求項１，２，４の
    いずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 高圧力範囲を対象として構成された第１
    の圧力センサと、低圧力範囲を対象として構成された第
    ２の圧力センサとの２つの圧力測定センサ（１，３）を
    具備し、両センサによる圧力範囲が中間域で互いにオー
    バラップするがこの中間域では同じ圧力に対し異なる出
    力信号特性値を有するような圧力測定装置に於いて、 Ａ：重み付け及び評価ユニットの出力信号、 ｐp ：第１のセンサ（１）の出力信号、 ｐk ：第２のセンサ（３）の出力信号、 ｆ：中間域にて「０」と「１」の間を連続的にかつ単調
    に推移する重み付け関数、 として、前記センサ（１，３）の出力を重み付け及び評
    価ユニット（５，７）に伝送し、前記ユニットの出力信
    号Ａが、少なくとも最初の近似値において、次式 Ａ＝ｆｐp ＋（１−ｆ）ｐk 又は、 Ａ＝ｐp f ＊ｐk (1-f) によって与えられるように構成したことを特徴とする圧
    力測定装置。
  7. 【請求項７】 前記重み付け及び評価ユニット（５，
    ７）にて、前記重み付け関数（ｆ）が、一方のセンサの
    出力により、又は一方のセンサの出力及び前記重み付け
    及び評価ユニット（５，７）の出力により制御されるよ
    うに構成されていることを特徴とする請求項６に記載の
    装置。
  8. 【請求項８】 前記第１のセンサがピラニセンサであ
    り、前記第２のセンサが冷陰極電離センサであることを
    特徴とする請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記第１のセンサがピラニセンサであ
    り、前記第２のセンサが冷陰極電離センサであり、前記
    重み付け及び評価ユニットが、次式 Ａ＝ｐp f ＊ｐk (1-f) に従って出力信号を形成することを特徴とする請求項６
    から８のいずれか１項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記重み付け及び評価ユニットが、前
    記両センサの出力信号をそれぞれ対数化するための対数
    計算ユニットを備えることを特徴とする請求項６から９
    のいずれか１項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記重み付け及び評価ユニットが、前
    記ピラニセンサの出力信号によって制御されるバイポー
    ラトランジスタを備え、該バイポーラトランジスタに於
    ける入力側のベース・エミッタ電圧と出力側のコレクタ
    電流との間の対数依存関係が前記重み付けに利用される
    ように構成されていることを特徴とする請求項９又は１
    ０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記重み付け及び評価ユニットが、パ
    ルス幅制御された前記両センサの出力信号をオーバーレ
    イユニットにてオーバーレイするパルス幅変調回路を備
    え、前記パルス幅変調に於けるパルスデューティ要素が
    前記ピラニセンサの出力信号、又は前記ピラニセンサの
    出力信号及びオーバーレイユニットの出力信号によって
    制御されるように構成されていることを特徴とする請求
    項９から１１のいずれか１項に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記重み付けのためにトランジスタ回
    路，パルス幅変調ユニット，又はディジタル信号処理ユ
    ニットを設けたことを特徴とする請求項６から１２のい
    ずれか１項に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 圧力媒体及び電気出力源の収容孔を有
    する圧力測定ヘッドに於いて、前記請求項６から１３の
    いずれか１項に記載の圧力測定装置を備えることを特徴
    とする圧力測定ヘッド。
  15. 【請求項１５】 ピラニセンサ及び冷陰極電離センサを
    一体構造として備えることを特徴とする請求項１４に記
    載の圧力測定ヘッド。
  16. 【請求項１６】 前記センサの内、一方のセンサ（３）
    がエッジの鋭い点弧電極を有する冷陰極電離センサであ
    ることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の圧力測
    定ヘッド。
  17. 【請求項１７】 前記ピラニ／冷陰極電離センサの組合
    わせの代りに、 ガス摩擦マノメータ／冷陰極電離センサの組合わせ、 ピラニ／熱陰極電離センサの組合わせ、 測定範囲の異なる２つの膜マノメータの組合わせ、の
    内、少なくともいすれか１つの組合わせを使用すること
    を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方
    法。
  18. 【請求項１８】 前記ピラニ／冷陰極電離センサの組合
    わせの代りに、 ガス摩擦マノメータ／冷陰極電離センサの組合わせ、 ピラニ／熱陰極電離センサの組合わせ、 測定範囲の異なる２つの膜マノメータの組合わせ、の
    内、少なくともいすれか１つの組合わせを使用すること
    を特徴とする請求項６から１３のいずれか１項に記載の
    装置。
  19. 【請求項１９】 前記ピラニ／冷陰極電離センサの組合
    わせの代りに、 ガス摩擦マノメータ／冷陰極電離センサの組合わせ、 ピラニ／熱陰極電離センサの組合わせ、 測定範囲の異なる２つの膜マノメータの組合わせ、の
    内、少なくともいすれか１つの組合わせを使用すること
    を特徴とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載
    の圧力測定ヘッド。
  20. 【請求項２０】 前記圧力測定センサとして、３つ以上
    の圧力センサを使用することを特徴とする請求項１から
    ５のいずれか１項に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記圧力測定センサとして、３つ以上
    の圧力センサを使用することを特徴とする請求項６から
    １３のいずれか１項に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 前記圧力測定センサとして、３つ以上
    の圧力センサを使用することを特徴とする請求項１４か
    ら１６のいずれか１項に記載の圧力測定ヘッド。
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