JP2894845B2 - 圧力測定用ダイアフラムの重力誘発撓み - Google Patents
圧力測定用ダイアフラムの重力誘発撓みInfo
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L27/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
- G01L27/002—Calibrating, i.e. establishing true relation between transducer output value and value to be measured, zeroing, linearising or span error determination
- G01L27/005—Apparatus for calibrating pressure sensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L7/00—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements
- G01L7/16—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of pistons
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、０−1,000ミリトールの範囲の流体圧力を
測定するための装置に関し、より詳細には、約０−10ミ
リトールの範囲の気体圧力を測定するための装置に関す
る。
測定するための装置に関し、より詳細には、約０−10ミ
リトールの範囲の気体圧力を測定するための装置に関す
る。
発明の背景 1,000ミリトールよりも低い流体圧力、特に、約０−1
0ミリトールの範囲の流体圧力の測定及び較正を行う装
置が必要とされている。また、上述の圧力範囲の流体圧
力のための圧力一次標準器も必要とされている。本明細
書で使用する「ゼロ・ミリトール」という用語は、約10
-6トールより低い圧力を意味する。
0ミリトールの範囲の流体圧力の測定及び較正を行う装
置が必要とされている。また、上述の圧力範囲の流体圧
力のための圧力一次標準器も必要とされている。本明細
書で使用する「ゼロ・ミリトール」という用語は、約10
-6トールより低い圧力を意味する。
比較的低い圧力で流体圧力の測定を行う装置は周知で
ある。例えば、分銅圧力試験器は、可変重量を有するピ
ストンの上下に差圧を発生し、比較的小さな差圧を発生
するように組み合わせることができる。液体マノメータ
は、管又はカラムの中の液体の密度及び蒸気圧に基づ
き、そのような液体の高さの差として差圧を指示する。
体積膨張装置は、既知の高い圧力に維持された圧縮性流
体の膨張を調節することによって、差圧を指示する。
ある。例えば、分銅圧力試験器は、可変重量を有するピ
ストンの上下に差圧を発生し、比較的小さな差圧を発生
するように組み合わせることができる。液体マノメータ
は、管又はカラムの中の液体の密度及び蒸気圧に基づ
き、そのような液体の高さの差として差圧を指示する。
体積膨張装置は、既知の高い圧力に維持された圧縮性流
体の膨張を調節することによって、差圧を指示する。
上述の装置はいずれも、０−10ミリトールの範囲の流
体圧力を測定するのに適しておらず、あるいは、上述の
範囲の流体圧力のための圧力一次標準器を提供するのに
適していない。圧力を測定することのできる精度は、10
0ミリトールよりも低い圧力において、厳しい制約を受
ける。また、上述の装置は、一般的に、差圧を測定する
だけであって、絶対圧力を測定するものではない。液体
マノメータの使用に関しては、使用する液体の性質（例
えば、密度及び蒸気圧）は、温度と共に変化し、従っ
て、信頼性のない測定値を得ることになる。また、約10
0ミリトールよりも低い圧力においては、液柱の高さを
十分な精度で測定することは極めて困難である。更に、
膨張する流体の体積の測定は、その体積が極めて小さい
場合には、困難なものとなる。液体マノメータ及び体積
膨張装置の両方に関して、流体容器又は流体チャンバの
壁部への流体の分子吸収現象が、１トールよりも低い圧
力において大きな影響を有する。上述の範囲の圧力測定
に大きな影響を与える流体の汚染が、別の困難な問題で
ある。最後に、上述の装置を使用することによる測定の
不確実性は比較的大きく、従って、上述の装置の有用性
は制限される。その理由は、上述の装置は、上述の圧力
範囲において、正確で信頼性のある測定値を提供するこ
とができないからである。
体圧力を測定するのに適しておらず、あるいは、上述の
範囲の流体圧力のための圧力一次標準器を提供するのに
適していない。圧力を測定することのできる精度は、10
0ミリトールよりも低い圧力において、厳しい制約を受
ける。また、上述の装置は、一般的に、差圧を測定する
だけであって、絶対圧力を測定するものではない。液体
マノメータの使用に関しては、使用する液体の性質（例
えば、密度及び蒸気圧）は、温度と共に変化し、従っ
て、信頼性のない測定値を得ることになる。また、約10
0ミリトールよりも低い圧力においては、液柱の高さを
十分な精度で測定することは極めて困難である。更に、
膨張する流体の体積の測定は、その体積が極めて小さい
場合には、困難なものとなる。液体マノメータ及び体積
膨張装置の両方に関して、流体容器又は流体チャンバの
壁部への流体の分子吸収現象が、１トールよりも低い圧
力において大きな影響を有する。上述の範囲の圧力測定
に大きな影響を与える流体の汚染が、別の困難な問題で
ある。最後に、上述の装置を使用することによる測定の
不確実性は比較的大きく、従って、上述の装置の有用性
は制限される。その理由は、上述の装置は、上述の圧力
範囲において、正確で信頼性のある測定値を提供するこ
とができないからである。
発明の目的 従って、本発明の目的は、約０−1,000ミリトールの
範囲の気体圧力のための圧力測定装置を提供することで
ある。
範囲の気体圧力のための圧力測定装置を提供することで
ある。
本発明の別の目的は、約０−1,000ミリトールの範囲
の気体圧力の較正を行うための圧力一次標準器を提供す
ることである。
の気体圧力の較正を行うための圧力一次標準器を提供す
ることである。
本発明の別の目的は、約０−1,000ミリトールの範囲
の気体圧力を測定して他の圧力測定機器を較正するため
の既知圧力を発生させるために使用することのできる、
圧力測定／較正装置を提供することである。
の気体圧力を測定して他の圧力測定機器を較正するため
の既知圧力を発生させるために使用することのできる、
圧力測定／較正装置を提供することである。
本発明の別の目的は、差圧及び絶対圧力の両方を測定
することのできる気体圧力測定装置を提供することであ
る。
することのできる気体圧力測定装置を提供することであ
る。
本発明の更に別の目的は、約0.1％を超えない不確実
性で、０−1,000ミリトールの範囲の気体圧力を測定す
る圧力測定装置を提供することである。
性で、０−1,000ミリトールの範囲の気体圧力を測定す
る圧力測定装置を提供することである。
本発明の別の目的は、ガスの汚染を最小限にするため
に、そのようなガスを露呈させない圧力測定装置を提供
することである。
に、そのようなガスを露呈させない圧力測定装置を提供
することである。
本発明の更に別の目的は、自動化が比較的簡単な圧力
測定装置を提供することである。
測定装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、約０−1,000ミリトールの
範囲の気体圧力を測定して較正する方法を提供すること
である。
範囲の気体圧力を測定して較正する方法を提供すること
である。
発明の概要 本発明は、撓むことができる隔膜又はダイアフラムに
作用する重力が、十分な精度、再現性、及び、一次照合
標準に対するトレーサビリティーをもって測定すること
のできる圧力を発生し、一次標準として使用するための
十分な精度を有する圧力値を得ることができるという原
理に基づいている。本明細書で使用する「ダイアフラ
ム」という用語は、可撓性を有する、あるいは、主領域
又は主面に作用する局地的な重力に応答して撓むことの
できる、隔膜、ディスク、仕切り又は他の任意の装置を
意味する。
作用する重力が、十分な精度、再現性、及び、一次照合
標準に対するトレーサビリティーをもって測定すること
のできる圧力を発生し、一次標準として使用するための
十分な精度を有する圧力値を得ることができるという原
理に基づいている。本明細書で使用する「ダイアフラ
ム」という用語は、可撓性を有する、あるいは、主領域
又は主面に作用する局地的な重力に応答して撓むことの
できる、隔膜、ディスク、仕切り又は他の任意の装置を
意味する。
有用な圧力標準を構成するためには、測定される圧力
の不確実性に影響を与える総てのファクタを特定して、
測定値に対するそのようなファクタの影響を最小限に
し、これにより、所望の不確実性の範囲又は許容誤差の
範囲内の測定値を提供することが必要である。上述のフ
ァクタは、測定パラメータの如き一次的なファクタ（す
なわち、ダイアフラムの面の面積密度σ、重力加速度ｇ
に起因する力、及び、局地的な重力加速度の方向に対す
るダイアフラムの角度θ）と、振動、圧力の制御能力、
温度勾配、及び、出力信号の不安定性によって生ずる雑
音すなわちノイズの如き、種々の二次的なファクタとを
含んでいる。また、National Institute of Standards
and Technology（NISY）の一次標準のような既知の一次
標準に上記測定パラメータを追従させる必要もある。
の不確実性に影響を与える総てのファクタを特定して、
測定値に対するそのようなファクタの影響を最小限に
し、これにより、所望の不確実性の範囲又は許容誤差の
範囲内の測定値を提供することが必要である。上述のフ
ァクタは、測定パラメータの如き一次的なファクタ（す
なわち、ダイアフラムの面の面積密度σ、重力加速度ｇ
に起因する力、及び、局地的な重力加速度の方向に対す
るダイアフラムの角度θ）と、振動、圧力の制御能力、
温度勾配、及び、出力信号の不安定性によって生ずる雑
音すなわちノイズの如き、種々の二次的なファクタとを
含んでいる。また、National Institute of Standards
and Technology（NISY）の一次標準のような既知の一次
標準に上記測定パラメータを追従させる必要もある。
重力によってダイアフラムに与えられる圧力は、重力
に起因する局地的な加速度に比例し、Ｐ＝σ・ｇ・sin
θで表される。この式において、σは、ダイアフラムの
材料（一般的には、箔である）の面の面積密度であり、
ｇは、物体の局地的な重力加速度であり、θは、ダイア
フラムの平面と局地的な重力加速度の方向との間の角度
である。本発明の装置においては、ダイアフラムは、局
地的な重力の方向に対して実質的に平行（すなわち、垂
直）であるのが好ましい基準面においてダイアフラムを
方向付けさせることにより、最初に「ゼロ」にされ、重
力に起因する、又は、ダイアフラムに重力が作用しない
ことに起因するダイアフラムの撓みを表す信号を記録す
る。局地的な重力加速度の方向に対してダイアフラムの
角度方位を変化させると、ダイアフラムに作用する重力
による圧力は、ダイアフラムと局地的な重力加速度の方
向との間の角度の正弦（sin）に比例する量だけ変化す
る。重力の作用の結果としてのダイアフラムの撓みは、
ダイアフラムに関連して設けられる感知電極アセンブリ
が発生する信号によって指示される。撓みとは反対方向
にダイアフラムに作用する流体によって撓み信号をゼロ
に復帰させると、圧力Pxが確立され、この圧力は、上述
の式から極めて正確に決定することができる。
に起因する局地的な加速度に比例し、Ｐ＝σ・ｇ・sin
θで表される。この式において、σは、ダイアフラムの
材料（一般的には、箔である）の面の面積密度であり、
ｇは、物体の局地的な重力加速度であり、θは、ダイア
フラムの平面と局地的な重力加速度の方向との間の角度
である。本発明の装置においては、ダイアフラムは、局
地的な重力の方向に対して実質的に平行（すなわち、垂
直）であるのが好ましい基準面においてダイアフラムを
方向付けさせることにより、最初に「ゼロ」にされ、重
力に起因する、又は、ダイアフラムに重力が作用しない
ことに起因するダイアフラムの撓みを表す信号を記録す
る。局地的な重力加速度の方向に対してダイアフラムの
角度方位を変化させると、ダイアフラムに作用する重力
による圧力は、ダイアフラムと局地的な重力加速度の方
向との間の角度の正弦（sin）に比例する量だけ変化す
る。重力の作用の結果としてのダイアフラムの撓みは、
ダイアフラムに関連して設けられる感知電極アセンブリ
が発生する信号によって指示される。撓みとは反対方向
にダイアフラムに作用する流体によって撓み信号をゼロ
に復帰させると、圧力Pxが確立され、この圧力は、上述
の式から極めて正確に決定することができる。
本発明の一つの特徴によれば、本発明の上述の及び他
の目的は、圧力測定／較正装置によって達成される。こ
の圧力測定／較正装置は、圧力感知アセンブリを備えて
おり、該圧力感知アセンブリは、撓むことのできるダイ
アフラムと、該ダイアフラムの撓みを検知してこの撓み
を表す出力信号を発生する手段とを含んでいる。圧力測
定／較正装置は、更に、局地的な重力加速度の方向に直
交する基準軸の回りで上記ダイアフラムを制御可能に回
転させる回転手段を備えている。これにより、上記ダイ
アフラムは、該ダイアフラムに作用する局地的な重力加
速度に応答して、撓むことができる。この撓みは、上記
ダイアフラムの平面と局地的な重力加速度の方向との間
の角度の関数として変動する。重力加速度に応答して撓
むことのできる上記ダイアフラムは、上記基準軸の回り
で予め選択された角度位置まで回転されて、ダイアフラ
ムと局地的な重力加速度の方向との間の角度の正弦（si
n）に比例する撓みを生ずる。本圧力測定／較正装置
は、更に、撓みの方向とは反対方向においてダイアフラ
ムに流体の流れを制御可能に導通して、ダイアフラムの
重力誘発撓み（重力により誘発される撓み）を実質的に
排除するための流体導通要素を備えている。ダイアフラ
ムの面の面積密度、局地的な重力加速度、及び、該局地
的な重力加速度の方向に対するダイアフラムの角度（こ
れら面積密度、局地的な重力加速度及び該局地的な重力
加速度の方向は各々、一次照合標準に対するトレーサビ
リティーをもって、極めて正確に測定することができ
る）が分かると、任意の角度位置においてダイアフラム
の撓みを排除するために必要とされる流体の流れの圧力
Pxを上述の式から計算することができる。このように決
定された圧力は、それ自体が一次標準に追従することが
でき、１−1,000ミリトールの圧力範囲に関して現在使
用されているいずれの圧力標準よりも正確であると考え
られる。
の目的は、圧力測定／較正装置によって達成される。こ
の圧力測定／較正装置は、圧力感知アセンブリを備えて
おり、該圧力感知アセンブリは、撓むことのできるダイ
アフラムと、該ダイアフラムの撓みを検知してこの撓み
を表す出力信号を発生する手段とを含んでいる。圧力測
定／較正装置は、更に、局地的な重力加速度の方向に直
交する基準軸の回りで上記ダイアフラムを制御可能に回
転させる回転手段を備えている。これにより、上記ダイ
アフラムは、該ダイアフラムに作用する局地的な重力加
速度に応答して、撓むことができる。この撓みは、上記
ダイアフラムの平面と局地的な重力加速度の方向との間
の角度の関数として変動する。重力加速度に応答して撓
むことのできる上記ダイアフラムは、上記基準軸の回り
で予め選択された角度位置まで回転されて、ダイアフラ
ムと局地的な重力加速度の方向との間の角度の正弦（si
n）に比例する撓みを生ずる。本圧力測定／較正装置
は、更に、撓みの方向とは反対方向においてダイアフラ
ムに流体の流れを制御可能に導通して、ダイアフラムの
重力誘発撓み（重力により誘発される撓み）を実質的に
排除するための流体導通要素を備えている。ダイアフラ
ムの面の面積密度、局地的な重力加速度、及び、該局地
的な重力加速度の方向に対するダイアフラムの角度（こ
れら面積密度、局地的な重力加速度及び該局地的な重力
加速度の方向は各々、一次照合標準に対するトレーサビ
リティーをもって、極めて正確に測定することができ
る）が分かると、任意の角度位置においてダイアフラム
の撓みを排除するために必要とされる流体の流れの圧力
Pxを上述の式から計算することができる。このように決
定された圧力は、それ自体が一次標準に追従することが
でき、１−1,000ミリトールの圧力範囲に関して現在使
用されているいずれの圧力標準よりも正確であると考え
られる。
本発明の一つの特徴においては、上記圧力感知アセン
ブリは、標準キャパシタンス・マノメータを備えてい
る。本発明の新規な特徴であると考えられる特徴におい
ては、上記キャパシタンス・マノメータは、通常の意味
では圧力測定装置として使用されない。本発明において
は、上記キャパシタンス・マノメータの唯一の機能は、
撓むことができるダイアフラムを保持して、該ダイアフ
ラムの撓みに比例する信号を発生することである。従っ
て、圧力センサ自体としてのキャパシタンス・マノメー
タの精度は、本発明の精度にとって重要ではない。本発
明のこの特徴は、図面の詳細な説明に関連して、後に詳
細に説明する。
ブリは、標準キャパシタンス・マノメータを備えてい
る。本発明の新規な特徴であると考えられる特徴におい
ては、上記キャパシタンス・マノメータは、通常の意味
では圧力測定装置として使用されない。本発明において
は、上記キャパシタンス・マノメータの唯一の機能は、
撓むことができるダイアフラムを保持して、該ダイアフ
ラムの撓みに比例する信号を発生することである。従っ
て、圧力センサ自体としてのキャパシタンス・マノメー
タの精度は、本発明の精度にとって重要ではない。本発
明のこの特徴は、図面の詳細な説明に関連して、後に詳
細に説明する。
本発明の一実施例においては、上記ダイアフラムは、
金属箔を備えている。別の実施例においては、ダイアフ
ラムは、弾性バネ要素に接続された中実のピストンを備
えている。これらのダイアフラムの実施例は共に、重力
に応答して撓むことができる。
金属箔を備えている。別の実施例においては、ダイアフ
ラムは、弾性バネ要素に接続された中実のピストンを備
えている。これらのダイアフラムの実施例は共に、重力
に応答して撓むことができる。
本発明の別の特徴においては、上記流体導通要素は、
分配マニホールドに接続された流体源を備えている。好
ましい実施例においては、等圧接続要素が、上記分配マ
ニホールドを試験される少なくとも１つの外部装置又は
DUTに流体連通させ、これにより、上記ダイアフラム及
びDUTは、等しい流体圧力になり、従って、DUTの較正を
行うことができる。
分配マニホールドに接続された流体源を備えている。好
ましい実施例においては、等圧接続要素が、上記分配マ
ニホールドを試験される少なくとも１つの外部装置又は
DUTに流体連通させ、これにより、上記ダイアフラム及
びDUTは、等しい流体圧力になり、従って、DUTの較正を
行うことができる。
別の特徴においては、上記回転要素は、回転装置を備
えており、この回転装置は、上記ダイアフラムを少なく
とも90゜の増分回転にわたって上記基準軸の回りで回転
させることができる。好ましい実施例においては、上記
回転装置は、モータ（好ましくは、ステップモータ）に
よって駆動される回転テーブルである。
えており、この回転装置は、上記ダイアフラムを少なく
とも90゜の増分回転にわたって上記基準軸の回りで回転
させることができる。好ましい実施例においては、上記
回転装置は、モータ（好ましくは、ステップモータ）に
よって駆動される回転テーブルである。
本発明の別の特徴によれば、約０−10ミリトールの圧
力範囲において外部圧力測定装置を較正する方法が提供
される。上述の圧力測定装置を用いて、上記ダイアフラ
ムは、基準面（好ましくは、垂直面）に沿って最初に方
向付けされる。基準出力信号が確立され、この基準出力
信号は、重力加速度に起因する基準方位におけるダイア
フラムの撓みを表す。次に、ダイアフラムは、ダイアフ
ラムに作用する重力加速度の方向に直交する軸線の回り
で、予め選択された角度にわたって、上記基準面に対す
る第１の角度方位まで増分的に回転され、その新しい角
度方位におけるダイアフラムの対応する重力誘発撓みが
生ずる。次に、上記第１の角度における重力に起因する
上記ダイアフラムの新しい撓みが検知され、その撓みを
表す出力信号が発生される。次に、流体の流れが、上記
撓みの方向とは反対方向においてダイアフラムに制御可
能に導通され、上記出力信号のその基準値への復帰によ
って示されるように、上記撓みを実質的に排除する。上
記信号がその基準値に復帰すると、上記撓みは排除され
たものと考えられる。次に、上記第１の角度位置にある
上記ダイアフラムに作用する流体の流れの圧力の大きさ
を、上述の式から決定することができる。
力範囲において外部圧力測定装置を較正する方法が提供
される。上述の圧力測定装置を用いて、上記ダイアフラ
ムは、基準面（好ましくは、垂直面）に沿って最初に方
向付けされる。基準出力信号が確立され、この基準出力
信号は、重力加速度に起因する基準方位におけるダイア
フラムの撓みを表す。次に、ダイアフラムは、ダイアフ
ラムに作用する重力加速度の方向に直交する軸線の回り
で、予め選択された角度にわたって、上記基準面に対す
る第１の角度方位まで増分的に回転され、その新しい角
度方位におけるダイアフラムの対応する重力誘発撓みが
生ずる。次に、上記第１の角度における重力に起因する
上記ダイアフラムの新しい撓みが検知され、その撓みを
表す出力信号が発生される。次に、流体の流れが、上記
撓みの方向とは反対方向においてダイアフラムに制御可
能に導通され、上記出力信号のその基準値への復帰によ
って示されるように、上記撓みを実質的に排除する。上
記信号がその基準値に復帰すると、上記撓みは排除され
たものと考えられる。次に、上記第１の角度位置にある
上記ダイアフラムに作用する流体の流れの圧力の大きさ
を、上述の式から決定することができる。
次に、ダイアフラムを上記基準面に関して第２の角度
まで回転さて、該第２の角度位置におけるダイアフラム
の対応する重力誘発撓みを発生させることができる。流
体の流れをダイアフラムに導通させて撓みを実質的に排
除する工程、及び、上記撓みを排除するために必要とさ
れる流体圧力の大きさを決定する工程は、繰り返され
る。本方法は、上記基準面に対して少なくとも90゜の範
囲の角度増分にあるダイアフラムの任意の数の角度位置
において、実行することができる。
まで回転さて、該第２の角度位置におけるダイアフラム
の対応する重力誘発撓みを発生させることができる。流
体の流れをダイアフラムに導通させて撓みを実質的に排
除する工程、及び、上記撓みを排除するために必要とさ
れる流体圧力の大きさを決定する工程は、繰り返され
る。本方法は、上記基準面に対して少なくとも90゜の範
囲の角度増分にあるダイアフラムの任意の数の角度位置
において、実行することができる。
好ましい実施例においては、上記基準面は、局地的な
重力加速度の方向に対して平行な実質的に垂直な平面に
あるのが好ましい。この実施例においては、基準信号S0
は、重力による撓みを実質的に生じないダイアフラムの
位置に相当する。ダイアフラムの撓みは、重力の方向に
対するダイアフラムの角度の関数として、変化する。別
の実施例においては、上記基準面は、局地的な重力加速
度の方向に対して直角な実質的に水平な面にある。後者
の実施例においては、基準信号S0は、最大撓みを生ずる
ダイアフラムの位置に相当する。
重力加速度の方向に対して平行な実質的に垂直な平面に
あるのが好ましい。この実施例においては、基準信号S0
は、重力による撓みを実質的に生じないダイアフラムの
位置に相当する。ダイアフラムの撓みは、重力の方向に
対するダイアフラムの角度の関数として、変化する。別
の実施例においては、上記基準面は、局地的な重力加速
度の方向に対して直角な実質的に水平な面にある。後者
の実施例においては、基準信号S0は、最大撓みを生ずる
ダイアフラムの位置に相当する。
選択された基準面に関係無く、その基準面におけるダ
イアフラムの位置に相当する基準信号S0は、「ゼロ」の
読み値として指定される。ダイアフラムの種々の角度位
置に相当する種々の信号を、上記「ゼロ」の読み値から
容易に識別して、ダイアフラムの種々の撓みを、従っ
て、ダイアフラムに作用する重力加速度の変動割合を示
すことができる。これら種々の信号のいずれかを上記
「ゼロ」の読み値の信号S0に復帰すると、ダイアフラム
がその「ゼロ」の又は基準の方位へ復帰したことを表
す。
イアフラムの位置に相当する基準信号S0は、「ゼロ」の
読み値として指定される。ダイアフラムの種々の角度位
置に相当する種々の信号を、上記「ゼロ」の読み値から
容易に識別して、ダイアフラムの種々の撓みを、従っ
て、ダイアフラムに作用する重力加速度の変動割合を示
すことができる。これら種々の信号のいずれかを上記
「ゼロ」の読み値の信号S0に復帰すると、ダイアフラム
がその「ゼロ」の又は基準の方位へ復帰したことを表
す。
必要であれば、ダイアフラムをその初期の基準方位ま
で回転させると共に、系の圧力Pxを維持することによ
り、広い圧力範囲にわたって較正を行うことができる。
このようにすると、系の圧力Pxは、基準圧力P0になる。
ダイアフラムの基準方位において確立された出力信号
は、この時点における絶対圧力がP0ではなくPxであって
も、「ゼロ」の読み値に相当するベースラインの基準信
号である。追加の工程である「ブートストラップ」工程
が、広い圧力範囲にわたる較正を可能にする。また、較
正圧力の範囲は、ダイアフラムの面の与えられた面積密
度σ、及び、局地的な重力加速度の方向に対するダイア
フラムの与えられた傾斜角度θから決定することのでき
る重力誘発圧力（重力により誘発される圧力）に限定す
る必要はない。
で回転させると共に、系の圧力Pxを維持することによ
り、広い圧力範囲にわたって較正を行うことができる。
このようにすると、系の圧力Pxは、基準圧力P0になる。
ダイアフラムの基準方位において確立された出力信号
は、この時点における絶対圧力がP0ではなくPxであって
も、「ゼロ」の読み値に相当するベースラインの基準信
号である。追加の工程である「ブートストラップ」工程
が、広い圧力範囲にわたる較正を可能にする。また、較
正圧力の範囲は、ダイアフラムの面の与えられた面積密
度σ、及び、局地的な重力加速度の方向に対するダイア
フラムの与えられた傾斜角度θから決定することのでき
る重力誘発圧力（重力により誘発される圧力）に限定す
る必要はない。
本発明の上述の及び他の目的及び利点の一部は自明で
あり、また、一部は後に明らかとなろう。従って、本発
明は、以下の詳細な開示において例示される構成、要素
の組み合わせ、並びに、部品の配列を有する装置を含む
ものであり、本発明の範囲は、請求の範囲に示されてい
る。
あり、また、一部は後に明らかとなろう。従って、本発
明は、以下の詳細な開示において例示される構成、要素
の組み合わせ、並びに、部品の配列を有する装置を含む
ものであり、本発明の範囲は、請求の範囲に示されてい
る。
図面の簡単な説明 本発明の性質及び目的のより良い理解を図るために、
添付の図面と関連させて以下の詳細な説明を参考にすべ
きである。図面においては、 図１は、本発明の圧力測定／較正装置の概略図であ
り、 図2A及び図2Bは、本発明の圧力センサアセンブリの２
つの実施例の概略図であり、 図2Cは、本発明の圧力センサアセンブリの第３の実施
例の概略図であり、 図３は、回転角度の増分変化に伴うダイアフラムの撓
み、及び、該ダイアフラムに作用する対応圧力の概略図
であり、 図４は、本発明の装置を用いて外部圧力測定装置の較
正を行う際の一連の工程を示す流れ図である。
添付の図面と関連させて以下の詳細な説明を参考にすべ
きである。図面においては、 図１は、本発明の圧力測定／較正装置の概略図であ
り、 図2A及び図2Bは、本発明の圧力センサアセンブリの２
つの実施例の概略図であり、 図2Cは、本発明の圧力センサアセンブリの第３の実施
例の概略図であり、 図３は、回転角度の増分変化に伴うダイアフラムの撓
み、及び、該ダイアフラムに作用する対応圧力の概略図
であり、 図４は、本発明の装置を用いて外部圧力測定装置の較
正を行う際の一連の工程を示す流れ図である。
図面の詳細な説明 本発明の圧力測定／較正装置は、ダイアフラムを含む
圧力センサアセンブリを採用しており、上記ダイアフラ
ムは、重力に起因する圧力変化に応答する。上記ダイア
フラムは、局地的な重力加速度の方向に対して種々の角
度に傾斜された時に、重力誘発撓み（重力により誘発さ
れる撓み）を生じ、従って、重力から生ずる圧力を測定
して極めて低い圧力において圧力測定装置を較正するた
めに使用することができる。撓みの方向とは反対方向に
ダイアフラムに作用する流体（例えば、気体）の制御流
れを用いて、重力に起因する撓みを排除することができ
る。上記流体の圧力の大きさは、優れた精度、再現性及
びトレーサビリティー（追跡性）で計算することができ
る。
圧力センサアセンブリを採用しており、上記ダイアフラ
ムは、重力に起因する圧力変化に応答する。上記ダイア
フラムは、局地的な重力加速度の方向に対して種々の角
度に傾斜された時に、重力誘発撓み（重力により誘発さ
れる撓み）を生じ、従って、重力から生ずる圧力を測定
して極めて低い圧力において圧力測定装置を較正するた
めに使用することができる。撓みの方向とは反対方向に
ダイアフラムに作用する流体（例えば、気体）の制御流
れを用いて、重力に起因する撓みを排除することができ
る。上記流体の圧力の大きさは、優れた精度、再現性及
びトレーサビリティー（追跡性）で計算することができ
る。
図１は、本発明の装置を概略的に示している。装置10
は、圧力感知アセンブリ12を備えている。上記圧力感知
アセンブリは、撓むことのできるすなわち可撓性のダイ
アフラム14と、１又はそれ以上の検知要素15とを含んで
いる。これら検知要素は、ダイアフラム14の撓みを検知
して、この撓みを表す出力信号を発生する。本装置は、
更に、回転装置16を備えている。この回転装置は、局地
的な重力加速度の方向に直交する方向（すなわち、図１
の紙面に直交する方向）に伸長する基準軸（参照符号17
で示す）の回りで圧力感知アセンブリ12を回転させる。
ダイアフラム14は、分配マニホールド20及び弁21を介し
て、検査を受けている外部装置（DUT）に接続されてい
る。上記分配マニホールド及び弁は、DUT18をダイアフ
ラム14と同じ圧力に露呈させる。本装置は、更に、比例
制御弁24を介して分配マニホールド20に接続された流体
源22を備えている。制御回路26、及び、これに関連する
プログラム命令、又は、コンピュータ28を通じて作動す
る同様なもの、あるいは、他のオペレーティング・シス
テムが、ダイアフラム14に作用すると共にDUT18に供給
される流体源22からの流量を制御する。機械的な流体ポ
ンプ30、32が、低い動圧（真空）環境を提供して、ダイ
アフラム14に作用する流体源22からの流体の圧力を制御
する。弁25、27が、DUT18、ダイアフラム14、及び、ポ
ンプ30、32を絶縁して、DUT、ポンプ、又はダイアフラ
ムを別個に切り換える。電離ゲージ34が、圧力感知アセ
ンブリ12と流体源22との間に接続されていて、本装置の
運転開始時の圧力を効果的にゼロ（すなわち、10-6トー
ル未満）にする。フィードバックループＡが、圧力感知
アセンブリ12を制御回路26に接続しており、また、信号
線Ｂが、DUT18を制御回路26に接続している。
は、圧力感知アセンブリ12を備えている。上記圧力感知
アセンブリは、撓むことのできるすなわち可撓性のダイ
アフラム14と、１又はそれ以上の検知要素15とを含んで
いる。これら検知要素は、ダイアフラム14の撓みを検知
して、この撓みを表す出力信号を発生する。本装置は、
更に、回転装置16を備えている。この回転装置は、局地
的な重力加速度の方向に直交する方向（すなわち、図１
の紙面に直交する方向）に伸長する基準軸（参照符号17
で示す）の回りで圧力感知アセンブリ12を回転させる。
ダイアフラム14は、分配マニホールド20及び弁21を介し
て、検査を受けている外部装置（DUT）に接続されてい
る。上記分配マニホールド及び弁は、DUT18をダイアフ
ラム14と同じ圧力に露呈させる。本装置は、更に、比例
制御弁24を介して分配マニホールド20に接続された流体
源22を備えている。制御回路26、及び、これに関連する
プログラム命令、又は、コンピュータ28を通じて作動す
る同様なもの、あるいは、他のオペレーティング・シス
テムが、ダイアフラム14に作用すると共にDUT18に供給
される流体源22からの流量を制御する。機械的な流体ポ
ンプ30、32が、低い動圧（真空）環境を提供して、ダイ
アフラム14に作用する流体源22からの流体の圧力を制御
する。弁25、27が、DUT18、ダイアフラム14、及び、ポ
ンプ30、32を絶縁して、DUT、ポンプ、又はダイアフラ
ムを別個に切り換える。電離ゲージ34が、圧力感知アセ
ンブリ12と流体源22との間に接続されていて、本装置の
運転開始時の圧力を効果的にゼロ（すなわち、10-6トー
ル未満）にする。フィードバックループＡが、圧力感知
アセンブリ12を制御回路26に接続しており、また、信号
線Ｂが、DUT18を制御回路26に接続している。
本発明の一つの特徴によれば、ダイアフラム14及び検
知要素15を標準的なキャパシタンス・マノメータの中に
組み込むことができる。上記キャパシタンス・マノメー
タは、当業界で周知であり、図2A及び図2Bに示されてい
る。上述のように、キャパシタンス・マノメータは、本
発明の装置において一次測定装置として使用されず、従
って、その精度は、本発明の装置で得られる測定値の精
度に影響を与えない。しかしながら、最善の結果を得る
ためには、上記キャパシタンス・マノメータは、ゼロの
読み値において極めて安定な信号を発生して、高い信号
対雑音比を有する必要がある。
知要素15を標準的なキャパシタンス・マノメータの中に
組み込むことができる。上記キャパシタンス・マノメー
タは、当業界で周知であり、図2A及び図2Bに示されてい
る。上述のように、キャパシタンス・マノメータは、本
発明の装置において一次測定装置として使用されず、従
って、その精度は、本発明の装置で得られる測定値の精
度に影響を与えない。しかしながら、最善の結果を得る
ためには、上記キャパシタンス・マノメータは、ゼロの
読み値において極めて安定な信号を発生して、高い信号
対雑音比を有する必要がある。
キャパシタンス・マノメータにおいて、図2A及び図2B
に示すように、金属箔38とすることができるダイアフラ
ム14が、張力（テンション）を受けた状態で、ハウジン
グ36を横断して張られている。箔38は、該箔の両側の差
圧に極めて高い感受性を有している。箔38の一方の側に
は、邪魔板40が設けられており、この邪魔板は、箔38に
接触する媒体をその箔の表面全体に均一に分配する助け
をする。箔38の他方の側には、電極アセンブリ42が設け
られており、この電極アセンブリは、１又はそれ以上の
別個の電気42a、42bを備えている。箔38は、可変コンデ
ンサの可動板を効果的に形成し、また、電気42a、42b
は、固定板を形成している。箔38は、この箔に接触する
媒体の組成とは無関係に、変動する圧力（単位面積当た
りの力）と共に、図2A及び図2Bに破線で示す位置38aへ
撓む。この撓みは、箔38と隣接する電極アセンブリ42と
の間のキャパシタンスを変化させ、その撓みの大きさに
比例する信号が発生される。
に示すように、金属箔38とすることができるダイアフラ
ム14が、張力（テンション）を受けた状態で、ハウジン
グ36を横断して張られている。箔38は、該箔の両側の差
圧に極めて高い感受性を有している。箔38の一方の側に
は、邪魔板40が設けられており、この邪魔板は、箔38に
接触する媒体をその箔の表面全体に均一に分配する助け
をする。箔38の他方の側には、電極アセンブリ42が設け
られており、この電極アセンブリは、１又はそれ以上の
別個の電気42a、42bを備えている。箔38は、可変コンデ
ンサの可動板を効果的に形成し、また、電気42a、42b
は、固定板を形成している。箔38は、この箔に接触する
媒体の組成とは無関係に、変動する圧力（単位面積当た
りの力）と共に、図2A及び図2Bに破線で示す位置38aへ
撓む。この撓みは、箔38と隣接する電極アセンブリ42と
の間のキャパシタンスを変化させ、その撓みの大きさに
比例する信号が発生される。
図2Aに示すダイアフラムは、一般的には、差圧を測定
するために使用される。箔38の縁部は、通常、箔38の両
側部を異なる圧力を有する異なる流体に露呈することが
できるように、気密に封止される。一方の流体は、基準
圧力にあることが多い。図2Bに示すダイアフラムは、一
般的には、絶対圧力を測定するために使用される。箔38
の一側部だけが、圧力を測定すべき流体に露呈される。
箔38の他側部は、化学的なゲッターで維持される真空を
確立するように封止されている。上記流体の圧力は、電
極42a、42bに対して相対的なダイアフラムの撓みによる
生ずるキャパシタンス信号から、直接測定することがで
きる。
するために使用される。箔38の縁部は、通常、箔38の両
側部を異なる圧力を有する異なる流体に露呈することが
できるように、気密に封止される。一方の流体は、基準
圧力にあることが多い。図2Bに示すダイアフラムは、一
般的には、絶対圧力を測定するために使用される。箔38
の一側部だけが、圧力を測定すべき流体に露呈される。
箔38の他側部は、化学的なゲッターで維持される真空を
確立するように封止されている。上記流体の圧力は、電
極42a、42bに対して相対的なダイアフラムの撓みによる
生ずるキャパシタンス信号から、直接測定することがで
きる。
図2Cに概略的に示すように、ダイアフラムの箔38を中
実のピストン44及び可撓性のバネ又はベローズとして作
用する弾性膜46で置き換えることによって、圧力測定値
の範囲を更に広げることができる。ピストン44は、ピス
トン面44aに作用する局地的な重力に応答して、矢視48
の方向に自由に動くことができる。弾性膜46は、効果が
無視できる程度の表面積を有し、一方、ピストン44のピ
ストン面44aの表面積は、置き換えられるダイアフラム
の表面積にほぼ等しいのが好ましい。ピストン44の面の
面積密度σは、ピストンの質量及びピストン面の面積か
ら計算することができ、上記質量及び面積は共に、既知
の一次標準に対するトレーサビリティーをもって、極め
て正確に測定することができる。
実のピストン44及び可撓性のバネ又はベローズとして作
用する弾性膜46で置き換えることによって、圧力測定値
の範囲を更に広げることができる。ピストン44は、ピス
トン面44aに作用する局地的な重力に応答して、矢視48
の方向に自由に動くことができる。弾性膜46は、効果が
無視できる程度の表面積を有し、一方、ピストン44のピ
ストン面44aの表面積は、置き換えられるダイアフラム
の表面積にほぼ等しいのが好ましい。ピストン44の面の
面積密度σは、ピストンの質量及びピストン面の面積か
ら計算することができ、上記質量及び面積は共に、既知
の一次標準に対するトレーサビリティーをもって、極め
て正確に測定することができる。
図３は、水平方向の基準面ｘ及び垂直方向の基準面ｙ
に対して相対的なダイアフラムの角度方向の向きの変化
に応答する、ダイアフラム14（例えば、箔38又はピスト
ン44）の重力誘発撓みの効果を示している。ダイアフラ
ムの位置をセンサ全体にわたって重畳して、種々の角度
に関する箔及び電極の相対的な位置を指示する。重力加
速度ｇに起因する局地的な加速度のベクトルが、下方を
向いた矢印ｇで示されている。ダイアフラムは、位置Ａ
においては、重力のベクトルｇに対して実質的に平行
（すなわち、垂直方向）であって、重力誘発撓みは全く
生じない。位置Ｄにおいては、ダイアフラムは、水平方
向を向いていて、電極15から離れる方向の重力に起因す
る水平方向の負の最大撓みが観察される。位置Ｇにおい
ては、ダイアフラムは、水平方向を向いていて、電極15
の方に向かう重力に起因する水平方向の正の最大撓みが
観察される。位置Ｂ、Ｃ、Ｅ及びＦにおいては、ダイア
フラムは、水平方向及び垂直方向の平面ｘ、ｙに対して
種々の角度で傾斜しており、重力に起因する種々の程度
の撓みを示す。各角度θｉにおけるダイアフラムの撓み
は、検知電極によって検知され、対応する信号Siとして
送信される。
に対して相対的なダイアフラムの角度方向の向きの変化
に応答する、ダイアフラム14（例えば、箔38又はピスト
ン44）の重力誘発撓みの効果を示している。ダイアフラ
ムの位置をセンサ全体にわたって重畳して、種々の角度
に関する箔及び電極の相対的な位置を指示する。重力加
速度ｇに起因する局地的な加速度のベクトルが、下方を
向いた矢印ｇで示されている。ダイアフラムは、位置Ａ
においては、重力のベクトルｇに対して実質的に平行
（すなわち、垂直方向）であって、重力誘発撓みは全く
生じない。位置Ｄにおいては、ダイアフラムは、水平方
向を向いていて、電極15から離れる方向の重力に起因す
る水平方向の負の最大撓みが観察される。位置Ｇにおい
ては、ダイアフラムは、水平方向を向いていて、電極15
の方に向かう重力に起因する水平方向の正の最大撓みが
観察される。位置Ｂ、Ｃ、Ｅ及びＦにおいては、ダイア
フラムは、水平方向及び垂直方向の平面ｘ、ｙに対して
種々の角度で傾斜しており、重力に起因する種々の程度
の撓みを示す。各角度θｉにおけるダイアフラムの撓み
は、検知電極によって検知され、対応する信号Siとして
送信される。
好ましい実施例においては、ダイアフラムの撓んでい
ない状態（図３の位置Ａ）に対応するキャパシタンス信
号が、ゼロの読み値として任意に指定されて、ベースラ
インの基準信号を確立する。別の実施例においては、重
力に起因するダイアフラムの最大撓みの位置（図３の位
置Ｄ又はＧ）に対応するキャパシタンス信号が、ゼロの
基準信号として任意に指定される。
ない状態（図３の位置Ａ）に対応するキャパシタンス信
号が、ゼロの読み値として任意に指定されて、ベースラ
インの基準信号を確立する。別の実施例においては、重
力に起因するダイアフラムの最大撓みの位置（図３の位
置Ｄ又はＧ）に対応するキャパシタンス信号が、ゼロの
基準信号として任意に指定される。
ダイアフラムの異なる位置が、異なる撓みを生じ、こ
れらの異なる撓みは、ゼロの読み値から容易に識別する
ことのできる対応するキャパシタンス信号を示す。撓み
の方向とは反対方向に撓んだダイアフラムに作用する流
体の制御流れが、ダイアフラムを撓んでいない状態に復
帰させる。この状態は、キャパシタンス信号がその指定
された基準値に戻ることによって、示される。次に、ダ
イアフラムの各々の角度位置に関して上述の復帰を行わ
せるために必要な流体の圧力Pxを、上述の式から決定す
る。
れらの異なる撓みは、ゼロの読み値から容易に識別する
ことのできる対応するキャパシタンス信号を示す。撓み
の方向とは反対方向に撓んだダイアフラムに作用する流
体の制御流れが、ダイアフラムを撓んでいない状態に復
帰させる。この状態は、キャパシタンス信号がその指定
された基準値に戻ることによって、示される。次に、ダ
イアフラムの各々の角度位置に関して上述の復帰を行わ
せるために必要な流体の圧力Pxを、上述の式から決定す
る。
上述の決定すべき圧力は、局地的な重力加速度の方向
に対するダイアフラムの角度の正弦（サイン）と共に変
化する。一般的に、少なくとも10のダイアフラムの角度
位置を用いて、較正を行う。
に対するダイアフラムの角度の正弦（サイン）と共に変
化する。一般的に、少なくとも10のダイアフラムの角度
位置を用いて、較正を行う。
本装置を用いて測定することのできる圧力の範囲は、
適宜なダイアフラム材料を選択することによって、少な
くとも部分的に決定することができる。より厚い及び／
又はより重たい箔は、より大きな面の面積密度の値σを
有していて、より高い圧力の測定を許容する。従って、
特定の範囲の圧力測定値に関して異なるダイアフラム材
料を選択することによって、本発明の装置の多様性を高
めることができる。
適宜なダイアフラム材料を選択することによって、少な
くとも部分的に決定することができる。より厚い及び／
又はより重たい箔は、より大きな面の面積密度の値σを
有していて、より高い圧力の測定を許容する。従って、
特定の範囲の圧力測定値に関して異なるダイアフラム材
料を選択することによって、本発明の装置の多様性を高
めることができる。
図４は、図１に示す装置を用いてDUT18の較正を行う
ための作業順序を示す流れ図である。較正の開始時に
は、真空ポンプ30、32を運転すると共に弁21、25を開い
て、系に低圧（高い真空）を確立する。次に、流体源22
の比例制御弁24を閉じる。圧力感知アセンブリ12（例え
ば、ステップモータ（図示せず）によって駆動される回
転テーブル48に取り付けられている）を第１の基準方位
θ０へ回転させる。この基準方位においては、局地的な
重力加速度の方向に対するダイアフラムの角度は０゜で
あり、重力に起因するダイアフラムの撓みは実質的に生
じていない。ダイアフラムの上記方位における基準信号
S0を記録する。このゼロ信号の読み値S0は、ベースライ
ンの基準値を確立し、この基準値に対して、他の角度に
おける他の撓みを表す他の信号を比較することができ
る。
ための作業順序を示す流れ図である。較正の開始時に
は、真空ポンプ30、32を運転すると共に弁21、25を開い
て、系に低圧（高い真空）を確立する。次に、流体源22
の比例制御弁24を閉じる。圧力感知アセンブリ12（例え
ば、ステップモータ（図示せず）によって駆動される回
転テーブル48に取り付けられている）を第１の基準方位
θ０へ回転させる。この基準方位においては、局地的な
重力加速度の方向に対するダイアフラムの角度は０゜で
あり、重力に起因するダイアフラムの撓みは実質的に生
じていない。ダイアフラムの上記方位における基準信号
S0を記録する。このゼロ信号の読み値S0は、ベースライ
ンの基準値を確立し、この基準値に対して、他の角度に
おける他の撓みを表す他の信号を比較することができ
る。
次に、回転テーブル48を介して、第１の角度θ１（局
地的な重力加速度の方向に対する角度）まで圧力感知ア
センブリ12を回転させる。上記第１の角度方位θ１にお
ける重力に起因するダイアフラム14の撓みが、対応する
キャパシタンス信号S1を発生し、このキャパシタンス信
号が記録される。次に、制御回路26を活動化させて弁24
を通る流体（例えば、流体源22からの窒素ガス）の制御
流れを生じさせて、ダイアフラムの撓みの方向とは反対
方向にダイアフラムに作用させ、キャパシタンス信号S1
をゼロの基準読み値S0に復帰させる。S1＝S0の場合に
は、ダイアフラムに作用する流体圧力Pxは、ダイアフラ
ムに作用する重力の圧力を正確に相殺し、P1と指定され
る。圧力P1を安定化させ、その後、DUT18を圧力P1にお
いて較正することができる。この圧力P1は、σ、ｇ及び
θから計算することができ、これらσ、ｇ及びθは各
々、高い精度及び既知の一次標準に対するトレーサビリ
ティーをもって、測定することができる。
地的な重力加速度の方向に対する角度）まで圧力感知ア
センブリ12を回転させる。上記第１の角度方位θ１にお
ける重力に起因するダイアフラム14の撓みが、対応する
キャパシタンス信号S1を発生し、このキャパシタンス信
号が記録される。次に、制御回路26を活動化させて弁24
を通る流体（例えば、流体源22からの窒素ガス）の制御
流れを生じさせて、ダイアフラムの撓みの方向とは反対
方向にダイアフラムに作用させ、キャパシタンス信号S1
をゼロの基準読み値S0に復帰させる。S1＝S0の場合に
は、ダイアフラムに作用する流体圧力Pxは、ダイアフラ
ムに作用する重力の圧力を正確に相殺し、P1と指定され
る。圧力P1を安定化させ、その後、DUT18を圧力P1にお
いて較正することができる。この圧力P1は、σ、ｇ及び
θから計算することができ、これらσ、ｇ及びθは各
々、高い精度及び既知の一次標準に対するトレーサビリ
ティーをもって、測定することができる。
次に、圧力感知アセンブリ12を局地的な重力加速度の
方向に対して第２の角度θ２に方向付けする。次に、局
地的な重力加速度の方向に対するダイアフラムの任意の
数の所望の角度方位に関して、本プロセスを繰り返す。
図４において、式ｉ＝ｉ＋１（ｉ＝ｎまで）は、種々の
角度θ１における所望の数ｎの測定値Piに関するインナ
ーループ（inner loop）に含まれるステップ４−７の反
復を示している。
方向に対して第２の角度θ２に方向付けする。次に、局
地的な重力加速度の方向に対するダイアフラムの任意の
数の所望の角度方位に関して、本プロセスを繰り返す。
図４において、式ｉ＝ｉ＋１（ｉ＝ｎまで）は、種々の
角度θ１における所望の数ｎの測定値Piに関するインナ
ーループ（inner loop）に含まれるステップ４−７の反
復を示している。
本発明の装置を用いて測定することのできる圧力の範
囲は、上述の「ブートストラップ」技術によって更に広
げることができる。上記ブートストラップ技術は、いわ
ゆる基準圧力又はベースライン圧力P0をより高い値にリ
セットすなわち再設定する。このブートストラップ技術
は、図４に示すように、液体源22の圧力Pnを一定に維持
しながら、ダイアフラム14をある角度θｎにおけるその
位置からその最初の基準角度θ０へ再方向付けすること
により、行われる。その時点において、圧力Pnは、ゼロ
度のダイアフラム角度における系の基準圧力になる。ダ
イアフラムを第１の角度θ１に方向付けすると、ダイア
フラムは、比例する量だけ撓み、上述のように、Pnより
も高い圧力Pjを測定することができる。図４の式ｊ＝ｉ
＋１（ｊ＝ｍまで）は、任意の数ｍのベースライン圧力
P0のリセットに関するアウターループ（outer loop）に
含まれるステップ３−８の反復を示している。この「ブ
ートストラップ」技術は、精度に関する妥協を行うこと
なく、装置の動的測定範囲を広げ、従って、装置の多様
性を更に高める。
囲は、上述の「ブートストラップ」技術によって更に広
げることができる。上記ブートストラップ技術は、いわ
ゆる基準圧力又はベースライン圧力P0をより高い値にリ
セットすなわち再設定する。このブートストラップ技術
は、図４に示すように、液体源22の圧力Pnを一定に維持
しながら、ダイアフラム14をある角度θｎにおけるその
位置からその最初の基準角度θ０へ再方向付けすること
により、行われる。その時点において、圧力Pnは、ゼロ
度のダイアフラム角度における系の基準圧力になる。ダ
イアフラムを第１の角度θ１に方向付けすると、ダイア
フラムは、比例する量だけ撓み、上述のように、Pnより
も高い圧力Pjを測定することができる。図４の式ｊ＝ｉ
＋１（ｊ＝ｍまで）は、任意の数ｍのベースライン圧力
P0のリセットに関するアウターループ（outer loop）に
含まれるステップ３−８の反復を示している。この「ブ
ートストラップ」技術は、精度に関する妥協を行うこと
なく、装置の動的測定範囲を広げ、従って、装置の多様
性を更に高める。
キャパシタンス・マノメータのダイアフラムとして、
あるいは、既知の質量及び表面積を有するピストンのダ
イアフラムとして使用されるような箔の面の面積密度σ
は、0.01％の範囲内で信頼性をもって測定することがで
きる。局地的な重力加速度ｇに起因する重力の成分の測
定の不確実性は、無視し得る程度である。角度θの不確
実性は、１ミリトールに相当する角度において、0.05％
の範囲内で測定することができ、また、10ミリトールに
相当する角度において、0.01％の範囲内で測定すること
ができる。温度誘発不確実性（温度により誘発される不
確実性）は、大きな熱的質量を有する取り付け構造にお
いて圧力感知アセンブリ12を室温に維持し、また、総て
の制御電子回路26、28を上記圧力感知アセンブリから離
して位置決めすることにより、極めて小さくすることが
できる。本発明の装置及び方法で得ることのできる圧力
測定値の全不確実性は、１ミリトールにおいては、0.1
％未満、また、10ミリトールにおいては、0.05％未満で
あると予想される。
あるいは、既知の質量及び表面積を有するピストンのダ
イアフラムとして使用されるような箔の面の面積密度σ
は、0.01％の範囲内で信頼性をもって測定することがで
きる。局地的な重力加速度ｇに起因する重力の成分の測
定の不確実性は、無視し得る程度である。角度θの不確
実性は、１ミリトールに相当する角度において、0.05％
の範囲内で測定することができ、また、10ミリトールに
相当する角度において、0.01％の範囲内で測定すること
ができる。温度誘発不確実性（温度により誘発される不
確実性）は、大きな熱的質量を有する取り付け構造にお
いて圧力感知アセンブリ12を室温に維持し、また、総て
の制御電子回路26、28を上記圧力感知アセンブリから離
して位置決めすることにより、極めて小さくすることが
できる。本発明の装置及び方法で得ることのできる圧力
測定値の全不確実性は、１ミリトールにおいては、0.1
％未満、また、10ミリトールにおいては、0.05％未満で
あると予想される。
上述の装置は、約0.1％を超えない不確実性をもっ
て、０−1,000ミリトールの範囲の気体圧力の較正及び
測定に関する圧力一次標準器を提供する。本圧力測定／
較正装置を用いて、約０−1,000ミリトールの範囲の気
体圧力を測定し、他の圧力測定機器を較正するための既
知の圧力を発生させることができる。本気体圧力測定装
置は、差圧及び絶対圧力を測定することができると共
に、気体の汚染を最小限にするために気体に露呈されな
いように構成することができ、更に、比較的簡単に自動
化することができる。従って、本装置は、０−1,000ミ
リトールの範囲の気体圧力を測定し且つ較正するための
容易な方法を提供する。
て、０−1,000ミリトールの範囲の気体圧力の較正及び
測定に関する圧力一次標準器を提供する。本圧力測定／
較正装置を用いて、約０−1,000ミリトールの範囲の気
体圧力を測定し、他の圧力測定機器を較正するための既
知の圧力を発生させることができる。本気体圧力測定装
置は、差圧及び絶対圧力を測定することができると共
に、気体の汚染を最小限にするために気体に露呈されな
いように構成することができ、更に、比較的簡単に自動
化することができる。従って、本装置は、０−1,000ミ
リトールの範囲の気体圧力を測定し且つ較正するための
容易な方法を提供する。
本明細書に開示する本発明の範囲から逸脱することな
く、上述の装置に特定の変形を加えることができるの
で、上記記載に含まれる総ての事項、又は、添付図面に
示される総ての事項は、例示的なものであって限定的な
意味をもたないものと理解する必要がある。
く、上述の装置に特定の変形を加えることができるの
で、上記記載に含まれる総ての事項、又は、添付図面に
示される総ての事項は、例示的なものであって限定的な
意味をもたないものと理解する必要がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01L 7/16 G01L 27/00
Claims (16)
- 【請求項１】圧力測定／較正装置であって、 撓むことのできるダイアフラム、及び、該ダイアフラム
の撓みを検知して該撓みを表す出力信号を発生する手段
を含んでいる、圧力感知アセンブリと、 前記ダイアフラムに作用する局地的な重力加速度の方向
に直交する軸線の回りで前記ダイアフラムを制御可能に
回転させ、これにより、前記ダイアフラムが、該ダイア
フラムに作用する局地的な重力加速度に応答して撓むこ
とができるようにし、また、前記ダイアフラムの前記撓
みが、該ダイアフラムと前記局地的な重力の前記方向と
の間の角度の関数として変化することができるようにす
る、回転手段と、 前記ダイアフラムに流体の流れを制御可能に導通させて
前記撓みを実質的に排除する、流体導通手段とを備える
ことを特徴とする、圧力測定／較正装置。 - 【請求項２】請求項１の圧力測定／較正装置において、
前記圧力感知アセンブリは、キャパシタンス・マノメー
タを含むことを特徴とする圧力測定／較正装置。 - 【請求項３】請求項１の圧力測定／較正装置において、
前記ダイアフラムは、金属箔を含むことを特徴とする圧
力測定／較正装置。 - 【請求項４】請求項１の圧力測定／較正装置において、
前記ダイアフラムは、弾性膜に接続されたピストンを含
むことを特徴とする圧力測定／較正装置。 - 【請求項５】請求項１の圧力測定／較正装置において、
前記軸線の回りで前記ダイアフラムを回転させる前記回
転手段は、前記ダイアフラムを少なくとも90゜の増分回
転にわたって前記軸線の回りで回転させることのできる
回転装置を含むことを特徴とする圧力測定／較正装置。 - 【請求項６】請求項５の圧力測定／較正装置において、
前記回転装置は、モータ駆動される回転テーブルであ
り、該回転テーブルには前記圧力感知アセンブリが取り
付けられていることを特徴とする圧力測定／較正装置。 - 【請求項７】請求項１の圧力測定／較正装置において、
前記流体導通手段は、分配マニホールドに接続された流
体源を含むことを特徴とする圧力測定／較正装置。 - 【請求項８】請求項７の圧力測定／較正装置において、
更に、前記分配マニホールドを少なくとも１つの外部装
置に接続して、該外部装置及び前記ダイアフラムが等し
い流体圧力になるようにする、等圧接続手段を備えるこ
とを特徴とする圧力測定／較正装置。 - 【請求項９】請求項１の圧力測定／較正装置において、
前記出力信号は、電気信号であることを特徴とする圧力
測定／較正装置。 - 【請求項１０】請求項１の圧力測定／較正装置におい
て、前記流体が気体であることを特徴とする圧力測定／
較正装置。 - 【請求項１１】約０−1,000ミリトールの範囲の流体圧
力において外部圧力測定装置を較正する方法であって、 （ａ） 撓むことのできるダイアフラム、及び、該ダイ
アフラムの撓みを検知して該撓みを表す出力信号を発生
する手段を含んでいる、圧力感知アセンブリと、前記ダ
イアフラムに作用する局地的な重力加速度の方向に直交
する軸線の回りで前記ダイアフラムを制御可能に回転さ
せ、これにより、前記ダイアフラムが、該ダイアフラム
に作用する局地的な重力加速度に応答して撓むことがで
きるようにし、また、前記ダイアフラムの前記撓みが、
該ダイアフラムと前記局地的な重力加速度の前記方向と
の間の角度θの関数として変化することができるように
する、回転手段と、前記ダイアフラムに流体の流れを制
御可能に導通させて前記撓みを実質的に排除する、流体
導通手段とを備える圧力測定／較正装置を準備する工程
と、 （ｂ） 前記ダイアフラムを基準方位に方向付けして、
前記ダイアフラムの前記基準方位を表す出力信号を確立
する工程と、 （ｃ） 前記ダイアフラムを前記軸線の回りで前記基準
方位に対して予め選択された角度増分にわたって回転さ
せて、前記ダイアフラムの対応する第１の角度位置にお
いて前記ダイアフラムの重力誘発撓みを確立する工程
と、 （ｄ） 前記ダイアフラムの前記撓みを検知して、該撓
みを表す出力信号を発生する工程と、 （ｅ） 流体の流れを前記ダイアフラムに制御可能に導
通させて、前記ダイアフラムの前記撓みを実質的に排除
する工程と、 （ｆ） 前記流体の流れを前記ダイアフラムに作用させ
て該ダイアフラムに作用する圧力を圧力Pxに安定化する
工程と、 （ｇ） 前記ダイアフラムと前記外部圧力測定装置との
間に設けられる等圧接続手段を介して、前記外部圧力測
定装置を前記圧力Pxにある前記流体の流れに露呈させる
工程と、 （ｈ） 前記外部圧力測定装置を前記圧力Pxにおいて較
正する工程とを備えることを特徴とする、外部圧力測定
装置の較正方法。 - 【請求項１２】請求項11の較正方法において、更に、 （ｉ） 式Px＝σ・ｇ・sinθから前記圧力Pxの値を計
算する工程を備えており、前記θは、前記ダイアフラム
の面の面積密度であり、前記ｇは、前記ダイアフラムに
作用する局地的な重力加速度であり、前記θは、前記基
準方位に対する前記ダイアフラムの角度であることを特
徴とする較正方法。 - 【請求項１３】請求項12の較正方法において、更に、 （ｊ） 前記基準方位に対する前記ダイアフラムの別の
角度方位に関して、前記工程（ｃ）乃至（ｉ）を繰り返
す工程を備えることを特徴とする較正方法。 - 【請求項１４】請求項11の較正方法において、前記出力
信号は、前記流体の流れが前記ダイアフラムの前記撓み
を実質的に排除した時に、前記基準値に復帰されること
を特徴とする較正方法。 - 【請求項１５】請求項11の較正方法において、前記基準
方位は、局地的な重力加速度の方向に対して実質的に平
行であり、前記ダイアフラムの前記基準方位に伴って生
ずる前記出力信号の基準値は、前記ダイアフラムの実質
的にゼロの重力誘発撓みを表すことを特徴とする較正方
法。 - 【請求項１６】請求項11の較正方法において、更に、 （ｋ） 前記流体の流れを前記圧力Pxに維持する工程
と、 （ｌ） 前記ダイアフラムを前記基準方位に方向付けす
る工程と、 （ｍ） 前記基準方位に対する前記ダイアフラムの別の
角度方位に関して、前記工程（ｃ）乃至（ｈ）を繰り返
す工程とを備えることを特徴とする較正方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/494,965 | 1995-06-26 | ||
| US08/494,965 US5515711A (en) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | Pressure measurement and calibration apparatus using gravity-induced diaphragm deflection |
| US494,965 | 1995-06-26 | ||
| PCT/US1996/010800 WO1997001747A1 (en) | 1995-06-26 | 1996-06-24 | Gravity-induced diaphragm deflection for pressure measurement |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10510368A JPH10510368A (ja) | 1998-10-06 |
| JP2894845B2 true JP2894845B2 (ja) | 1999-05-24 |
Family
ID=23966682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9504506A Expired - Lifetime JP2894845B2 (ja) | 1995-06-26 | 1996-06-24 | 圧力測定用ダイアフラムの重力誘発撓み |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5515711A (ja) |
| EP (1) | EP0835430B1 (ja) |
| JP (1) | JP2894845B2 (ja) |
| KR (1) | KR100278052B1 (ja) |
| DE (1) | DE69617240T2 (ja) |
| WO (1) | WO1997001747A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5811685A (en) * | 1996-12-11 | 1998-09-22 | Mks Instruments, Inc. | Fluid pressure sensor with contaminant exclusion system |
| US5939639A (en) * | 1997-12-04 | 1999-08-17 | Setra Systems, Inc. | Pressure transducer housing with barometric pressure isolation |
| US5902932A (en) | 1998-01-09 | 1999-05-11 | Granville-Phillips Company | Force balancing capacitance manometer |
| TW466277B (en) * | 1998-07-14 | 2001-12-01 | Satis Vacuum Ind Vertriebs Ag | Procedure and device for calibrating the gas pressure in a process vacuum chamber (receiver) |
| JP2001255225A (ja) * | 2000-03-10 | 2001-09-21 | Anelva Corp | 静電容量型真空センサ |
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| EP3117768B1 (en) | 2006-05-19 | 2019-11-06 | The Queen's Medical Center | Motion tracking system and method for real time adaptive imaging and spectroscopy |
| US7385503B1 (en) | 2006-08-03 | 2008-06-10 | Rosemount, Inc. | Self powered son device network |
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| CH707338B1 (fr) * | 2011-10-05 | 2017-10-31 | Canon Anelva Corp | Manomètre à membrane. |
| WO2013051199A1 (ja) * | 2011-10-05 | 2013-04-11 | キヤノンアネルバ株式会社 | 隔膜型圧力計 |
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| US9717461B2 (en) | 2013-01-24 | 2017-08-01 | Kineticor, Inc. | Systems, devices, and methods for tracking and compensating for patient motion during a medical imaging scan |
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| CN105392423B (zh) | 2013-02-01 | 2018-08-17 | 凯内蒂科尔股份有限公司 | 生物医学成像中的实时适应性运动补偿的运动追踪系统 |
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| US9943247B2 (en) | 2015-07-28 | 2018-04-17 | The University Of Hawai'i | Systems, devices, and methods for detecting false movements for motion correction during a medical imaging scan |
| CN108697367A (zh) | 2015-11-23 | 2018-10-23 | 凯内蒂科尓股份有限公司 | 用于在医学成像扫描期间跟踪并补偿患者运动的系统、装置和方法 |
| KR101968324B1 (ko) * | 2016-12-12 | 2019-04-12 | 주식회사 미래엔지니어링 | 다이어프램 조립체 및 이를 포함하는 압력 트랜스미터 시스템 |
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| US4785669A (en) * | 1987-05-18 | 1988-11-22 | Mks Instruments, Inc. | Absolute capacitance manometers |
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1995
- 1995-06-26 US US08/494,965 patent/US5515711A/en not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-06-24 EP EP96922559A patent/EP0835430B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-06-24 KR KR1019970709455A patent/KR100278052B1/ko not_active Expired - Lifetime
- 1996-06-24 JP JP9504506A patent/JP2894845B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1996-06-24 DE DE69617240T patent/DE69617240T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-06-24 WO PCT/US1996/010800 patent/WO1997001747A1/en not_active Ceased
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