JPH09178590A

JPH09178590A - 圧力センサーの良否判定方法

Info

Publication number: JPH09178590A
Application number: JP35094895A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ueda; 上田正紘; Atsuo Irisa; 入佐厚生; Tomio Matsui; 松井富雄
Original assignee: Hokkei Kogyo KK
Current assignee: Hokkei Kogyo KK
Priority date: 1995-12-25
Filing date: 1995-12-25
Publication date: 1997-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】真空センサーとして用いられる歪みゲージ式
の圧力センサーについて、放射能を利用せず安全、正確
かつ無公害で、真空漏れ及び電気回路的な欠陥について
放電と電気出力特性の両者から広範囲にわたって推定で
きる方法を提供する。【解決手段】先ずセンサー製造日から１０日程度後
に、金属ケース６とすべての電極２を短絡した端子間に
６００Ｖの直流電圧を印加し、放電電流が流れれば、最
大許容真空漏れ率以上の速さで真空漏れが生じているか
ら不良品として取り除き、放電が生じなければ電極２に
６Ｖの直流電圧を印加してその出力電圧を記録してお
き、さらに１０日間程度放置後に出力電圧を測定し、そ
の電圧差が数ｍＶ以上であれば、最大許容真空漏れ率大
幅に上回る速さで漏れていて不良品であると判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歪みゲージ式の圧
力センサーの真空漏れについての良否判定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】歪みゲ
ージ式の圧力センサーは、例えば自動車用のエンジンの
高効率化等のための真空センサーとして必要不可欠のも
のである。通常のこの種の圧力センサーは、内部の高真
空領域と外部からの圧力導入管との間の圧力差を、両者
の間に真空的に絶縁して設置した圧電素子により検出
し、検出値を電気信号として増幅して取り出している。
製造時の内部真空度は通常６．７Ｐａ（０．０５Ｔｏｒ
ｒ）以下であり、真空センサーとしての耐久年数は２０
年以上である。即ち、実用化されているこの種の圧力セ
ンサーの最大許容真空漏れ率としては、１．０×１０^-5
Ｐａ・ｃｃ／ｓｅｃ以下が必要であるといわれている。

【０００３】このセンサー構造では、内部の真空度があ
る値まで低下すると圧電素子の出力電気信号が外部から
の圧力変化に比例しなくなるので、真空漏れは圧力セン
サーとしては致命傷となる。このため種々の検査が行わ
れているが、現行の一般的な検査方法は、圧力センサー
を放射性物質の加圧釜中に数日間封入し、真空漏れが生
じていれば放射能ガスを吸引してしまうので、それを取
り出して放射能強度をガイガーカウンター等で測定し、
良否や真空漏れ率を判定するというものである。

【０００４】しかしながら上述の従来の良否判定方法で
は放射能汚染による公害という問題が付きまとうという
問題がある。即ち、放射能物質の取り扱いが大変困難
で、作業環境、作業者の就労性が大変に悪い。本発明は
このような従来の問題点に鑑み、簡易かつ安全で、しか
も正確、無公害かつ経済的な圧力センサーの良否判定方
法を提供することを目的とする。

【０００５】また、たとえ圧力センサー内部の真空度が
保たれていても、電気回路的な欠陥が存在していて不良
品である場合もある。従って本発明は、電気回路に欠陥
があるか否かを簡易かつ早く検査できる圧力センサーの
良否判定方法を提供することをも目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は真空の漏れ率の
ごく小さい領域では放電現象によって、それ以上の漏れ
率の大きい領域では電気的な出力信号から推定する方法
を提案する。

【０００７】本発明に係る圧力センサーの良否判定方法
は、上記目的を達成するために、ケース内の真空度と圧
力導入部に印加される圧力との差から生じる歪電圧によ
って圧力を測定する歪みゲージ式の圧力センサーについ
て真空漏れの良否を判定する方法であって、センサー製
造日から所定時間経過後に、すべての電極を短絡した端
子と上記ケースとの間に所定値の直流高電圧を印加し、
放電電流が流れれば真空漏れが生じているものとして不
良品と判断し、放電が生じない場合には、上記電極に所
定値の直流バイアス電圧を印加してその出力電圧を記録
しておき、さらに所定時間経過後に再び全く同じ値の直
流バイアス電圧を印加して出力電圧を測定し、測定した
電圧差が所定値以上であれば真空漏れが生じているもの
として不良品と判断することを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】まず本発明の原理を説明すると、
放電現象を利用する真空漏れ率の測定について説明す
る。電場が一様で気体の温度、湿度が一定ならば、火花
放電を起こすのに必要な最小電圧を、電極間距離と気体
の圧力との積の関数として定められるというパッシェン
の法則（Paschen's Law ）によって、真空圧の違いによ
って生じる放電開始電圧または放電電流からその真空圧
Ｐ１が推定できるので、圧力センサーに封じ込んだとき
の真空圧Ｐ０との差がわかり、したがって封じ込み時か
ら測定時までの時間Ｔからその期間における平均的な真
空漏れ率Ｒが下記の数式１により概算できる。

【数１】Ｒ＝（Ｐ１−Ｐ０）・ｖ／Ｔ［Ｐａ・
ｃｃ／ｓｅｃ］式中のｖは圧力センサーの内部容積である。

【０００９】真空封じ込み時の内部圧力は、上述のよう
に例えば６．７Ｐａとかなりの高真空になっているの
で、センサーの金属ケース間と各電極間に適当な電圧、
たとえば数百Ｖを印加しても放電は生じないが、真空漏
れが生じて真空度が適度に低下しているとパッシェンの
法則に従った放電が生じる。この時の放電電圧または放
電電流から真空度が推定できる。

【００１０】もちろん実際の圧力センサ−内の真空度を
直接測定することは出来ないので、図１（Ａ）、（Ｂ）
に示す構造の圧力センサー１について、図２に示すよう
な真空装置及び電圧印加系を接続して測定を行う。

【００１１】まず圧力センサー１は、ベース１ａに複数
本の電極２・・・と圧力導入管３を互いに電気的に絶縁
して設け、圧力導入管３の先端に金属ダイアフラム４を
取り付け、ダイアフラム面上の圧電素子５・・・を設
け、圧電素子５と電極２との間に配線し、それらの上部
を金属ケース６で覆って構成してある。そして、このよ
うな圧力センサー１の圧力導入管３とロータリーポンプ
７との間に配管８を配して圧力を印加可能とし、配管８
の途中にピラニー真空計９と圧力調整弁１０を接続する
とともに、圧力センサー１の複数のすべての電極２の端
子を短絡し、電圧印加用の電源１１と電圧計１２を接続
する。

【００１２】このような系において、電源１１によって
数百ボルト程度の適当な値の放電電圧を印加すると、圧
力センサー１内の真空度がある適当な範囲内では適度の
大きさの放電電圧で放電が生じ、その放電電流から真空
度が推定できる。しかし、上記範囲よりも高真空度側あ
るいは低真空度側では放電が生じないため、圧力センサ
ー１の内の真空度を判定できない。

【００１３】即ち、放電が生じないのはその圧力センサ
ー１が良品であって内部が所定の真空度に保たれている
か、あるいは放電が生じなくても所定の真空漏れ率範囲
を超える速さで真空漏れが生じているかである。そこ
で、圧力センサー１の電極２・・・に数Ｖ程度の直流電
圧を印加してその出力電圧を記録しておき、さらに１０
日間程度放置した後に再び出力電圧を測定し、その電圧
差が数ｍＶ以上あれば、最大許容真空漏れ率を大きく超
える速さで漏れており不良品であると判断できる。この
場合の出力電圧は、図４のごとく、圧力センサー１の内
部と外部の圧力差（外部圧−内部圧）に比例するので、
圧力導入管３から印加する圧力はこの差が常に正となる
ように設定する。

【００１４】

【実施例】次に本発明の実施例を、圧力センサー１内の
圧力Ｐ１を変化させたときの放電開始電圧Ｖｄおよび放
電電流Ｉｄの測定結果を示す図３と、再び図２をも参照
して説明する。放電電圧の最大値を６００Ｖとし（別途
の試験により圧力センサー１内に内蔵する歪電圧増幅用
のＩＣ回路が破壊されるのは放電電圧が１０００Ｖ程度
であったので、安全性を見込んでこのように設定し
た。）、本発明を実施したところ、放電が生じる圧力範
囲は約２０Ｐａ〜８００Ｐａであった。この範囲では放
電電流値からそのときの圧力Ｐ１がほぼ正確にわかり、
既に述べたようにパッシェンの法則に基づいて圧力セン
サー１内の真空度を推定できた。

【００１５】たとえば圧力センサー１の真空封じ込み時
圧力Ｐ０＝６．７Ｐａ、封じ込み時から１０日後の圧力
Ｐ１＝２０Ｐａ、センサー内部容積ｖ＝０．５ｃｃとす
れば、上述の数式１より、真空漏れ率はＲ＝０．７７×
１０^-5（Ｐａ・ｃｃ／ｓｅｃ）となり、この場合は辛う
じて最大許容真空漏れ率Ｒｍ以下となる。逆に、Ｐ１＝
８００ＰａとすればＲ＝４．６×１０^-4（Ｐａ・ｃｃ／
ｓｅｃ）となり、最大許容真空漏れ率Ｒｍの約５０倍の
速さで真空漏れが生じていることになる。

【００１６】一方、上述のように２０Ｐａ以下の圧力及
び８００Ｐａ以上の圧力範囲では放電が生じないので、
圧力センサー１内の真空度が推定できない。そこで、図
２のシステムにおいて電源１１により直流バイアス電圧
Ｖｃｃ＝６Ｖを印加してピラニー真空計９の測定端子圧
Ｐｘを徐々に増加させながら電圧計１２により出力電圧
Ｖｏを測定した。図４にその測定結果を示す。同図には
良品の圧力センサーにおいて測定端子圧力Ｐｘを変化さ
せたときの電気出力を示す。

【００１７】不良品の圧力センサーの出力は、圧力Ｐｘ
の変化にかかわらず直流バイアス電圧に近い一定値とな
っているのに対し、良品の圧力センサー出力は、大気圧
近く（４×１０⁴ Ｐａ）まではバイアス電圧の１〜２割
程度の小さい値ながら、圧力増加とともに僅かに増加
し、大気圧に近付くと急激に直流バイアス電圧値まで増
加している。この圧力増加は圧力センサーの内部圧Ｐ１
が高真空となっているので、実際には圧力差（Ｐｘ−Ｐ
１）の増加である。外部からの圧力導入パイプ３に加え
る圧力Ｐｘを一定にしておけば、この僅かな電圧変化は
センサー内部の圧力変化Ｐ１によって生じるので、上述
の数式１から真空漏れ率が推定できる。前述のように、
真空漏れが大きくて放電が生じないとすれば、それは少
なくても最大許容真空漏れ率の５０倍程度以上で、１０
日間も放置すれば１０００Ｐａ以上の圧力増加があり
（たとえば５０倍の速さで漏れているとすると、１０日
後の圧力は１６００Ｐａ（＝１２Ｔｏｒｒ）とな
る。）、この圧力増加に対する電圧変化は数ｍＶとなっ
て十分に読み取れ、この電圧増加を測定することによっ
てその間での圧力変化、即ち真空漏れ率を数式１で概算
することができる。

【００１８】以上の結果から圧力センサーの実用的な真
空漏れ検査システムを考えれば、先ずセンサー製造日か
ら１０日程度後に、外壁となる金属ケース６とすべての
電極２を短絡した端子間に６００Ｖの直流電圧を印加
し、放電電流が流れれば、少なくとも０．７７×１０^-5
Ｐａ・ｃｃ／ｓｅｃ以上の速さで真空漏れが生じている
から不良品として取り除き、つぎに、たとえ放電が生じ
なくても４．６×１０^-4Ｐａ・ｃｃ／ｓｅｃ以上の速さ
で真空漏れが生じている可能性があるので、圧力センサ
ー１の電極２に６Ｖの直流電圧を印加してその出力電圧
を記録しておき、さらに１０日間程度放置後に出力電圧
を測定し、その電圧差が数ｍＶ以上であれば、これは最
大許容真空漏れ率の５０倍以上の速さで漏れており不良
品ということになる。この場合、出力電圧は圧力センサ
ー１の内部と外部の圧力差（Ｐｘ−Ｐ１）に比例するの
で、圧力導入パイプ３にはこの差（Ｐｘ−Ｐ１）が常に
正となるように、即ちＰｘとしてその最大値４×１０⁴
Ｐａを設定すれば良い。

【００１９】

【発明の効果】本発明に係る圧力センサーの良否判定方
法は以上説明してきたようなものなので、従来の放射能
利用による方法に代わって、真空漏れ及び電気回路的な
欠陥について放電と電気出力特性の両者から広範囲にわ
たって実用的に推定でき、しかも簡易かつ安全で、かつ
正確、無公害、経済的なものとなるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】測定対象となる圧力センサーの構造を示す平面
断面図（Ａ）及び側面部分断面図（Ｂ）である。

【図２】図１の圧力センサーの測定系を示す概念図であ
る。

【図３】図２の装置での放電電圧印加による放電結果を
示す図である。

【図４】図２の装置での直流バイアス電圧印加による測
定結果を示す図である。

【符号の説明】

１圧力センサー１ａベース２電極３圧力導入管４金属ダイアフラム５圧電素子６金属ケース７ロータリーポンプ８配管９ピラニー真空計１０圧力調整弁１１電源１２電圧計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケース内の真空度と圧力導入部に印加さ
れる圧力との差から生じる歪電圧によって圧力を測定す
る歪みゲージ式の圧力センサーについて真空漏れの良否
を判定する方法であって、センサー製造日から所定時間
経過後に、すべての電極を短絡した端子と上記ケースと
の間に所定値の直流高電圧を印加し、放電電流が流れれ
ば真空漏れが生じているものとして不良品と判断し、放
電が生じない場合には、上記電極に所定値の直流バイア
ス電圧を印加してその出力電圧を記録しておき、さらに
所定時間経過後に再び同じ値の直流バイアス電圧を印加
して出力電圧を測定し、測定した電圧差が所定値以上で
あれば真空漏れが生じているものとして不良品と判断す
ることを特徴とする圧力センサーの良否判定方法。