+

WO1998026267A1 - Procede servant a determiner l'etat defectueux d'un capteur de pression - Google Patents

Procede servant a determiner l'etat defectueux d'un capteur de pression Download PDF

Info

Publication number
WO1998026267A1
WO1998026267A1 PCT/JP1997/001627 JP9701627W WO9826267A1 WO 1998026267 A1 WO1998026267 A1 WO 1998026267A1 JP 9701627 W JP9701627 W JP 9701627W WO 9826267 A1 WO9826267 A1 WO 9826267A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
pressure
container
voltage
vacuum
Prior art date
Application number
PCT/JP1997/001627
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Toshihisa Matsui
Tomio Matsui
Masahiro Ueda
Atsuo Irisa
Original Assignee
Hokkei Industries L.T.D.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hokkei Industries L.T.D. filed Critical Hokkei Industries L.T.D.
Publication of WO1998026267A1 publication Critical patent/WO1998026267A1/ja

Links

Classifications

    • 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
    • G01L27/007—Malfunction diagnosis, i.e. diagnosing a sensor defect
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/40—Investigating fluid-tightness of structures by using electric means, e.g. by observing electric discharges

Definitions

  • the present invention relates to a method for judging pass / fail of a vacuum leak of a strain gauge type pressure sensor.
  • a strain gauge type pressure sensor is indispensable as a vacuum sensor for, for example, increasing the efficiency of an automobile engine.
  • This type of normal pressure sensor detects the pressure difference between the internal high vacuum area and the external pressure introduction pipe by means of a piezoelectric element installed in a vacuum insulated manner between the two. The value is amplified as an electrical signal and extracted.
  • the degree of vacuum inside the container during manufacture is usually 6.7 Pa (0.05 Torr) or less, and the durability of the vacuum sensor is 20 years or more. That is, the maximum allowable vacuum leak rate of this type of pressure sensor has been put into practical use, 1. It is said to require 0 X 1 0- 5 P a * cc Z seconds or less.
  • the current general inspection method is to seal the pressure sensor in a radioactive material pressurized kettle for several days, and if a vacuum leak occurs, the radioactive gas is sucked. It is usually called the radio method, in which measurement is made with a Geiger counter or the like to determine the quality or vacuum leak rate.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has been made in consideration of the conventional determination method using radioactivity. Instead, it is possible to estimate practically a wide range from both discharge and electrical output characteristics for vacuum leaks and electrical circuit defects, and to determine the quality of pressure sensors easily, safely, accurately, non-polluting and economically.
  • the purpose is to provide. Disclosure of the invention
  • the present invention proposes a new method for measuring the internal pressure of a pressure sensor container as described above, and the present invention is based on, in principle, Paschen's law that the firing voltage depends on the degree of vacuum inside the container. Based on (Paschen's Law), it is possible to instantaneously measure the degree of vacuum inside a sensor-vessel from the discharge starting voltage of the first pulse, without changing the state inside the sensor-vessel. It proposes a method that can determine pass / fail.
  • the method for judging the quality of a pressure sensor according to the present invention is based on a strain gauge type pressure sensor that measures pressure by a strain voltage generated by a difference between a degree of vacuum inside a sensor container and a pressure applied to a pressure introducing unit. This is a method of judging pass / fail.
  • a pressure sensor in which the positive electrode side of a power supply that generates a DC high voltage is connected to a terminal having all electrodes short-circuited through a resistor having a high resistance value, and a pressure sensor having a sensor and a container grounded, is connected to air, Put in a container filled with He gas or a mixed gas of He gas and air, apply a DC high voltage between the terminal and the sensor container, and discharge current generated by the degree of vacuum in the sensor container The vacuum pressure inside the sensor container is measured from above, and the measurement is repeated after a predetermined period. If the average pressure change rate during the period exceeds a predetermined value, it is determined that a vacuum leak has occurred and the defective product is determined. To judge.
  • the application of the DC high voltage is controlled so that the discharge is performed for one pulse. Therefore, at the start of voltage application, the applied voltage is slowly varied, and the voltage application is turned off by the one-pulse discharge. Further, the resistance value of the high-resistance resistor interposed between the positive electrode side of the power supply and the terminal in which all the electrodes are short-circuited is set so that the discharge current does not destroy the circuit in the sensor container. To be selected.
  • the principle adopted by the present invention for measuring the vacuum pressure of such a pressure sensor is Paschen's law as described above. As is well known, this law states that if the electric field is uniform and the temperature and humidity of the gas are constant, the minimum voltage required to cause a spark discharge is determined by the distance between the electrodes.
  • the vacuum leak rate is measured from the relationship between the discharge phenomenon and pressure. That is, since the vacuum pressure can be estimated from the discharge starting voltage or discharge current of one discharge pulse caused by the difference in vacuum pressure, the internal pressure of a sensor-vessel at a certain time is measured, and after a certain period, If the internal pressure is measured, the average rate of pressure change during this period can be obtained, and the leak rate can be obtained using the same data in relation to the internal volume of the sensor container.
  • the method for judging the quality of a pressure sensor according to the present invention requires a certain period of time before the judgment can be made, but the degree of vacuum can be instantaneously measured from the discharge starting voltage of one discharge pulse. It is a completely new method that can be measured without changing the internal state.
  • FIG. 1 is a plan sectional view (A) and a side partial sectional view (B) showing the structure of a pressure sensor to be measured.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing a measurement system according to the present invention of the pressure sensor of FIG.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a model of vacuum leakage. '
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the effective cross-sectional area of the hole in FIG. 3 in relation to the diameters of N 2 molecules and He molecules that can pass through a hole having a circular cross section.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view conceptually showing a configuration of an experimental apparatus for verifying the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing an experimental result of a relationship between a discharge voltage and a sensor internal pressure.
  • FIG. 7 is a waveform diagram showing a discharge pulse waveform due to voltage application in the experimental apparatus of FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the sensor internal pressure and the minimum sensitivity.
  • FIG. 9 is a diagram showing experimental results comparing the amount of vacuum leakage in air and the amount of vacuum leakage in He gas.
  • a structural example of a strain gauge type pressure sensor to be determined in the present invention will be described with reference to FIG.
  • a plurality of electrode pins 2 and a pressure introducing pipe 3 are provided on a base 1a so as to be electrically insulated from each other.
  • a metal diaphragm 4 is attached to a tip of the pressure introducing pipe 3, and a diaphragm 4 is provided.
  • a piezoelectric element and an IC circuit (hereinafter simply referred to as an IC circuit) 5 are provided on the surface of, and wiring is performed between the IC circuit 5 and the electrode pins 2, and the upper part thereof is covered with a metal container 6. It is.
  • such a pressure sensor 11 is placed in a container filled with He gas or a mixed gas of He gas and air, and according to Paschen's law, from the relationship between the discharge phenomenon and the pressure, Measure the vacuum leak rate. That is, if the internal pressure Pi of the pressure sensor 11 at a certain time 1 is measured, and then the internal pressure P 2 after a certain period T (seconds) is measured, an average pressure change rate during this period is obtained. But,
  • the pressure sensor-1 of FIG. 1 is placed in a container 30 having a constant air pressure, and all the electrode pins 2 of the pressure sensor 1 1 are short-circuited to the terminal pin 2.
  • a is connected to a DC high-voltage power supply 8 via an external resistor 7, the metal container 6 is grounded via an external resistor 9 and an ammeter ( ⁇ A meter) 10, and the voltage across the external resistor 9 is observed.
  • Connect a storage oscilloscope 11 so that it is possible to record the discharge start voltage.
  • Voltmeter 12 connected as shown to the applied voltage V Q from the power supply 8.
  • the power supply 8 sets the maximum applied voltage so that an actual discharge voltage Vs (generally several hundred to several thousand V) from the electrode pin 2 of the pressure sensor 1 can be generated.
  • a computer 13 is connected to the power supply 8 as means for varying the output voltage.
  • an electromagnetic relay 14 which is turned off by one discharge current is connected to the negative side of the power supply 8, and this is grounded.
  • the present invention makes it possible to estimate the internal pressure of one sensor and one container from one discharge pulse without affecting the inside of the pressure sensor as much as possible.
  • the discharge voltage and discharge current are detected as early as possible so that the discharge can be stopped instantaneously.
  • a high resistance value of about 50 5 ⁇ is used as the external resistance 7.
  • V S V.
  • the discharge voltage between terminal 2 a and metal container 6 drops by 500 V, and the discharge stops.
  • applied voltage V. that by the power supply 8 again Is applied between the terminal 2a and the metal container 6, and the next discharge can be started.
  • the firing voltage itself does not depend on the magnitude of the external resistor 7 at all, and therefore, in practicing the present invention, it is necessary to actually connect and check resistors having various resistance values.
  • the output voltage of the power supply 8 can be changed in a desired form by the computer 13, and the voltage application from the power supply 8 is turned on and off by the electromagnetic relay 14.
  • the sudden rise in the applied voltage V 0 from the power supply 8 is a large current discharge, that is, in a short time.
  • the circuit is automatically opened by the electromagnetic relay 14 before the next discharge pulse is generated. If the electromagnet used for the electromagnetic relay 14 has, for example, a dead time of about 0.5 ms and a rise time of about 1 ms, a time delay of 1.5 ms occurs before operation starts. Therefore, the computer 13 controls the rise of the applied voltage Vo from the power supply 8 so as to match this time delay.
  • the electron emission from the electrode that triggers the discharge greatly depends on the electric field, that is, the discharge voltage if the electrode structure is determined, but sometimes because of cosmic rays or the like flying around the space. May also occur.
  • An electron emission by an electric field, immediately Chi field E mission usually occurs in 1 0 8 V / m or more electric field intensity. If the electron emitting surface has a shape like a needle tip having a diameter of about several im, the above-described strength can be easily reached even at a voltage of several hundred volts.
  • the end of the pin-shaped electrode pin 2 and the IC surrounded by the plurality of electrode pins 2 and arranged at the center thereof are represented by the following equation: m, and the distance between such a metal wire and the inner surface of the metal container 6 is 1 mm or less. is there. Moreover, even if the distance between the metal wire and the inner surface of the metal container 6 has an error of about 10%, the electric field strength may be sufficiently different by an order of magnitude, and the electron emission is an exponential function of the electric field strength. It is different.
  • the metal container 6 is grounded (ground), and the terminal 2 a in which the electrode pin 2 is short-circuited so that electrons are emitted from the metal container 6 to the electrode pin 2.
  • a positive high voltage is applied to the That is, by stabilizing the discharge start state, in other words, stabilizing the discharge start voltage by causing the electron emission to occur on the flat inner surface of the metal container 6.
  • the basic idea about the leak rate of He gas is to estimate the size of the small hole that causes the leak and to determine how much of the N 2 and He molecules, which make up the majority of the air, escape through the hole. It is to estimate.
  • one chamber 40 side is 1 atmosphere of air
  • the other chamber 41 side is vacuum
  • the partition 42 has a small leak hole 43
  • the maximum allowable leak rate of the pressure sensor is 1 X 10 " 5 Pa-cm 3 / sec. Estimate the sectional area S of the hole 43.
  • n ' pVZ (RT)
  • the maximum permissible leakage rate in the intended interest air i.e. the N 2
  • the area S against thereto the .DELTA..nu, n, v from the value of aN
  • the diameter D N of the hole in the area S shown in FIG. 4 (A) is about 10A.
  • the experimental setup for pressure measurement is configured as shown in Fig.5.
  • the base 1a of the pressure sensor 1 in which all the electrode pins 2 are short-circuited is bonded to the perforated acrylic plate 20 with an adhesive such as an aral die as shown in FIG. 2)
  • Still another through hole is connected to a He gas source (not shown) via a cock 24.
  • reference numeral 25 denotes an insulating silicone agent
  • reference numeral 26 denotes a lead wire.
  • the relationship between the sensor internal pressure P and the discharge starting voltage V was examined using the measurement circuit of FIG. 2 already described. As the ammeter 10, a 10-scale ammeter was used.
  • the discharge starting voltage and cell Fig. 6 shows an example of the relationship with the internal pressure of the sensor vessel
  • Fig. 7 shows an example of the pulse waveform at that time.
  • the results shown in FIG. 6 clearly show that the relationship between the discharge starting voltage and the internal pressure of the sensor container changes according to Paschen's law, which can be a reference for estimating the internal pressure of the pressure sensor according to the present invention.
  • the peak value of the current in one pulse discharge is about 2. 5mA (25V / 1 OX 10 3 ⁇ ), the time is about 5 seconds on average. This was converted to an average current of 12.5 ⁇ . Naturally, no needle contact was observed even when measured with a 10 ⁇ full-scale ammeter. Conversely, if pulses of the same waveform occur intermittently, for example, if a discharge current of 1 X ⁇ is observed, then 80 discharge pulses are generated per second, and the average The pulse interval time, that is, the period T is 12.5 milliseconds, and an electromagnetic relay with an operation time of 1.5 milliseconds can almost certainly stop the next pulse discharge. By the way, the energy per pulse at this time is 0.313 J, and it is not considered that the IC circuit is damaged by such energy.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Examining Or Testing Airtightness (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

明細書
圧力センサ一の良否判定方法 技術分野
本発明は、 歪みゲ一ジ式の圧力センサ一の真空漏れについての良否判定方法に 関する。 背景技術
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 めの真空センサ一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一 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。 製造時における容器内部の真空度は、 通常は 6 . 7 P a ( 0 . 0 5 T o r r ) 以下であり、 真空センサ一としての耐久年数は 2 0年以上とされ 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 X 1 0— 5 P a * c c Z秒以下が必要であるといわれている。
ところで、 このようなセンサ一構造では、 容器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。 この真 空漏れは、 圧力センサ一としては致命傷である。 このため種々の真空漏れ検査が 行われている。 現行の一般的な検査方法は、 圧力センサ一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一等で測定し、 良否や真空漏れ 率を判定するという、 通常ラジクロ法と称されるものである。
しかしながら、 このようなラジクロ法による良否判定では、 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等の放射能汚染によ る公害、 環境問題がつきまとう。 このようなラジクロ法の他にも種々の判定方法 が知られているが、 いずれも手法が複雑で、 使用する機器、 装置が高価であり、 しかも判定に時間が掛かる等の問題がある。
本発明はこのような従来の諸問題点に鑑み、 従来の放射能利用による判定方法 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。 発明の開示
本発明は、 上述のような圧力センサー容器の内部圧力測定の新しい方法を提案 するものであり、 本発明は、 原理的には、 放電開始電圧が容器内部の真空度に依 存するというパッシェンの法則 （Paschen's Law) を基に、 最初の 1個のパルス の放電開始電圧からセンサ一容器内部の真空度を瞬時に測定することが可能で、 センサ一容器内部の状態に何の変化も与えずに良否を判定し得る方法を提案する ものである。
本発明に係る圧力センサーの良否判定方法は、 センサー容器内部の真空度と圧 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一について真空漏れの良否を判定する方法である。 本発明 では、 直流高電圧を発生させる電源の正極側を、 高抵抗値の抵抗を介してすベて の電極を短絡した端子に接続するとともにセンサ一容器を接地した圧力センサ一 を、 空気、 H eガスまたは H eガス及び空気の混合ガスで満たした容器内に入れ、 上記端子と上記センサ一容器との間に直流高電圧を印加し、 上記センサ一容器内 の真空度により生じる放電電流から上記センサー容器内部の真空圧を測定し、 該 測定を所定の期間をおいて繰り返し、 該期間での平均的な圧力変化率が所定値を 上回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ものである。 上記直 流高電圧の印加は、 上記放電が 1パルスだけ行われる時間となるように制御する。 そのために、 電圧印加開始の際には上記印加電圧をゆっくりと可変させるととも に、 上記 1パルスの放電で上記電圧印加をオフとする。 また上記電源の正極側と 上記すベての電極を短絡した端子との間に介在させる高抵抗値の抵抗の抵抗値は、 上記放電電流が上記センサー容器内の回路を破壊しない値となるように選定する。 このような圧力センサーの真空圧の測定に本発明が採用する原理は、 上述のよ うにパッシェンの法則である。 この法則は、 周知のように、 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ものである。 この法則を利用 して、 放電現象と圧力の関係から、 真空漏れ率を測定する。 即ち、 真空圧の違い によって生じる 1個の放電パルスの放電開始電圧または放電電流からその真空圧 が推定できるので、 ある時刻でのセンサ一容器の内部圧力を測定し、 つぎにある 期間後での内部圧力を測定すれば、 この期間での平均的な圧力変化率を求め、 さ らに同じデータによりその期間での漏れ率をセンサー容器の内部容積とも関係さ せて求めることができる。
従って、 本発明に係る圧力センサーの良否判定方法は、 判定を下せるまである 程度の期間が必要となるが、 1個の放電パルスの放電開始電圧からその真空度を 瞬時に測定することが可能で、 内部状態に何の変化も与えずに測定し得る全く新 しい方法である。 図面の簡単な説明
図 1は、 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は、 図 1の圧力センサ一の本発明による測定系を示す概念図である。
図 3は、 真空漏れのモデルを示す概念図である。 '
図 4は、 円形断面の穴を通過できる N 2分子と H e分子の径との関係における 図 3の穴の有効断面積を示す概念図である。
図 5は、 本発明を実証するための実験装置の構成を概念的に示す断面図である。 図 6は、 放電電圧とセンサー内圧の関係の実験結果を示すグラフ図である。 図 7は、 図 5の実験装置での電圧印加による放電パルス波形を示す波形図であ る。
図 8は、 センサー内圧と最低感度の関係を示す図である。
図 9は、 空気中での真空漏れ量と H eガス中での真空漏れ量を比較した実験結 果を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 まず本発明で判定対象となる歪みゲージ式の圧力センサ一の構造例を図 1によ り説明する。 この圧力センサー 1は、 ベース 1 aに複数本の電極ピン 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の先端に金属ダイァ フラム 4を取り付け、 ダイアフラム 4の面上に圧電素子及び I C回路 （以下単に I C回路という。 ） 5 · · ·を設け、 I C回路 5と電極ピン 2との間を配線し、 それらの上部を金属容器 6で覆って構成してある。
本発明では、 このような圧力センサ一 1を H eガスまたは H eガスと空気の混 合ガスで満たした容器内に入れ、 上述のようにパッシェンの法則で、 放電現象と 圧力の関係から、 真空漏れ率を測定する。 即ち、 ある時刻 1 での圧力センサ一 1の内部圧力 Piを測定し、 つぎにある期間 T (秒） 後での内部圧力 P2を測定す れば、 この期間での平均的な圧力変化率 が、
R= (Ρ2-Ρχ) /Ύ (P a ' c cZ秒）
として求められる。 またそのときの漏れ率 Lは、 センサ一の内部容積を Vとして
L= (Ρ2— Ρ v/T (P a · c cZ秒）
として、 求められる。
そこで図 2に示すように、 空気圧を一定にした容器 30内に図 1の圧力センサ — 1を入れ、 その圧力センサ一 1のすベての電極ピン 2 · · ·を短絡した端子ピ ン 2 aを、 外部抵抗 7を介して直流高電圧の電源 8と接続し、 金属容器 6を外部 抵抗 9と電流計 （^A計） 10を介して接地し、 外部抵抗 9の両端の電圧を観察 及ぴ放電開始電圧の記録が可能となるようにストレ一ジオシロスコープ 1 1を接 続する。 電圧計 12は、 電源 8からの印加電圧 VQを示すように接続する。 電源 8は、 圧力センサー 1の電極ピン 2からの実際の放電電圧 Vs (通常数 100〜 数 1000V) を生じさせ得るように最大印加電圧を設定する。 また電源 8には、 その出力電圧を可変させる手段としてコンピュータ 13を接続する。 さらに、 電 源 8の負極側には、 1個の放電電流でオフとなる電磁リレー 14を接続し、 これ を接地する。
そして、 容器 30に取り付けた He配管 31から Heガスを容器 30内に導入 し、 以下に説明する試験を行った。 なお、 すべての電極ピン 2の短絡は、 電極ピ ン間の接触抵抗を安定化させるために、 導電性グリースをベース 1 aに塗布して 行った。
既に述べたように、 本発明は、 圧力センサ一 1の内部にできる限り影響を与え ないで、 1個の放電パルスからセンサ一容器の内部圧力を推定することを可能と するもので、 そのために、 できるだけ早い時期に放電電圧や放電電流を検出し、 瞬時に放電を止めてしまえるようにしている。
そのための第 1の手段として、 外部抵抗 7として 5 0 ΜΩ程度の高抵抗値のも のを用いている。 このようにすると、 例えば I d= 1 0 Aの放電電流が流れた とすると、 外部抵抗 7の両端で VR= 5 0 0 V (V R = R I dの関係から、 5 0 X 1 0 6 X 1 0 X 1 0 -6 = 5 0 0 V)の電圧降下が生じ、 V S = V。— VRの関係か ら端子 2 aと金属容器 6間での放電電圧が 5 0 0 V降下して放電が停止する。 放電が停止すると、 当然に放電電流 I dが流れなくなるので、 再び電源 8によ る印加電圧 V。が端子 2 aと金属容器 6間に加わり、 次の放電が開始し得る状態 となる。 なお当然ながら、 放電開始電圧そのものは外部抵抗 7の大きさには全く 依存しないので、 本発明の実施にあたっては、 実際に各種の抵抗値の抵抗を接続 して確認する必要がある。
一方、 このようなパルス放電の繰り返しは、 電源 8からの印加電圧 ν0によつ て大きく異なる。 1パルスのみでは電流計 1 0の針の触れは全く観察されないが、 このパルスがかなり頻繁に生じるようになると数 t Aの電流が平均値として観測 される。 ところが、 たとえ 1〜数 Aの微小な電流でも、 この電流計 1 0で観測 されてしまえば、 本発明者等の行った実験では、 この時には少なくても数十〜数 百個のパルスが電流計 1 0を通過しており、 その後に圧力センサー 1の動作確認 を行ってみると、 I C回路 5が完全に損傷を受け、 センサ一としての機能を失つ ていることがわかった。 したがって、 1個の放電パルスを検出したならば次の放 電パルスの発生を確実に止める必要があり、 そのためには、 電源 8からの印加電 圧 V。をゆつくりと上昇させなければならない。
そこで第 2の手段として、 コンピュータ 1 3により電源 8の出力電圧を所望の 形態で変化させ得るものとし、 電源 8からの電圧印加を電磁リレー 1 4によりォ ン、 オフさせるようにしている。
即ち、 電源 8からの印加電圧 V 0の急激な上昇は、 大電流放電、 即ち短時間で の複数個のパルス発生につながるので、 本実施形態では 1パルスのみ放電を検出 したら、 次の放電パルスが生じる前に電磁リレー 1 4により自動的に回路を開く。 電磁リレー 1 4に使用する電磁石を、 例えば不感時間約 0 . 5ミリ秒、 立ち上が り時間約 1ミリ秒のものとすると、 動作開始までに 1 . 5ミリ秒の時間遅れが生 じるので、 電源 8からの印加電圧 V oの上昇制御をコンピュータ 1 3によりこの 時間遅れに見合うように制御する。
なお、 本発明者等の行った実験では、 1パルス放電では放電間隔を例えば 1〜 2分間にすれば、 何度放電させても I C回路 5は何らの損傷も受けないことが確 認され、 実験の再現性も向上した。
ところで、 放電のきっかけとなる電極からの電子放出は、 電界、 即ち電極構造 が決まっていれば放電電圧に大きく依存することは明らかであるが、 時には空間 を飛び回つている宇宙線等のために生じることもある。 電界による電子放出、 即 ちフィールドェミッションは通常 1 0 8V/m以上の電解強度で生じる。 電子放 出面の形状が数 i m径程度の針先のような形状であれば、 たとえ数 1 0 0 Vの電 圧でも容易に上述のような強度に達する。 特に、 圧力センサ一 1の金属容器 6の 内部では、 ピン状の電極ピン 2端部と、 複数の電極ピン 2に囲まれてそれらの中 央部に配置される I Cとが、 数 1 O ^ m程度の細い金属線で接続されており、 か つそのような金属線と金属容器 6の内面間の距離が 1 mm以下であるので、 上述 のようなフィールドェミッションが生じる可能性が十分にある。 しかも、 金属線 と金属容器 6の内面間の距離がたとえ 1 0 %程度の誤差であっても、 電界強度は 1桁ぐらいは十分異なる可能性があり、 電子放出は電界強度に対して指数関数的 に異なる。
そこで、 このようなフィールドェミッションの可能性を取り除くために、 金属 容器 6をアース （グラウンド） にとり、 金属容器 6から電極ピン 2へ電子が放出 するように、 電極ピン 2を短絡した端子 2 aに正の高電圧を印加するようにして いる。 即ち、 電子放出が平坦な金属容器 6の内面で生じるようにして、 放電開始 状態の安定化、 換言すれば放電開始電圧の安定化を図っている。
なお本発明との比較例として、 外部抵抗 7の抵抗値を、 通常のこの種の実験、 観察に用いられる数 Κ Ω程度のものすると、 放電によって数 1 0 0 A程度の電 流が流れても、 外部抵抗 7による電圧降下はせいぜい数 V程度である。 このため、 圧力センサ一 1の電極ピン 2、 2間での実際の放電電圧 V sはほとんど変化せず、 このため連続的な放電となり、 圧力センサ一 1内部の I C回路 5が損傷してしま レ、 正常に動作しなくなる。
次に H eガスを容器 30中へ封入すると圧力センサーの真空漏れ率の測定が高 感度化することについて説明する。
容器 30中を Heガスのみによって満たすと、 漏れが最大となる理想的な円形 断面の穴における空気漏れに対して約 4. 14倍、 通常考えられる楕円形断面の 穴における空気漏れに対しては低く見積もっても約 10倍以上の漏れとなる。
Heガスの漏れ率についての基本的な考え方は、 漏れの原因となる小さな穴の 大きさを概算し、 空気の大部分を占める N2と He分子がどの程度の割合でその 穴を抜け出るかを推定することにある。 単位体積当たり n個の密度で分布してい る気体分子が面積 Sの小さな穴から単位時間当たりに漏れ出る数 ΔΝは、 その分 子の平均速度を V aとすれば、 気体分子の運動論から、
ΔΝ= (1/4) η · S · va
即ち
S = 4AN/ (n · va)
と与えられる。 ここで図 3のような単純な構造を仮定して検討する。 即ち一方の チャンバ 40側が 1気圧の空気、 他方のチャンバ 41側が真空で、 隔壁 42に小 さな漏れ穴 43があり、 圧力センサーの最大許容漏れ率 1 X 10"5P a - cm3 /秒となる穴 43の断面積 Sを推定する。
そのためには、 ΔΝ、 η、 ν aを概算する必要がある。 まず、 ΔΝと nについ て検討する。 気体の状態方程式は、 モル数を n' とすれば、
p V=n' RT
即ち
n' =pVZ (RT)
で与えられる。 1秒間当たりに洩れ出す気体分子のモル数 n' は、 この式におい て、 R=8. 31 [ J 'mo 1— 1 · K— 、 T=30 OK (常温の摂氏 27でと して） 、 pv=lX 105P a ' cm3= 1 X 10— 5P a · m3を代入すれば、 n' =4. 0 X 10-15 [P a♦ m3 · mo 1 /J]
=4. 0 X 10 15 [mo 1]
(·.· J≡P a · m3)
となり、 その気体分子数 ΔΝは
ΔΝ=4. 0 X 10 15Χ 6 X 1023
= 2 · 4 X 109
となる。 また、 1気圧、 300Κでの気体分子密度 ηは、 0 で 1モルの気体の 体積が 22. 4 [1] であるから、
η= (273 300) X 6 X 102 V (22. 4/1000)
=2. 4Χ 1025 [個/ m3]
となる。
つぎに、 N2、 He分子の平均速度 vaN、 vaHは、 それぞれの分子の分子量を MN、 MHとすれば
vaN 2=3RT/MN
vaH 2=3RT/MH
で与えられるから， R=8 · 31 [ J · mo 1— 1 · K— 、 T： 30 OK：、 MH =4 [kg/mo 1] 、 MN=28 [kg/mo 1] を代入すると
v aN= 517 [m/秒]
vaH=l 367 [m/秒]
となる。 ここでの最大許容漏れ率は空気、 即ち N2を対象とするもので、 これに 対する面積 Sは、 上記 ΔΝ、 n、 vaNの値から、
S = 4AN/ (n · vaN)
=0. 774X 10— 18 [m2]
この面積 Sに対応する穴を円形と考えると， その半径 rNは、
rN= (S/π) 1/2=0. 5X [nm] =5A
となる。 即ち、 図 4 (A) に示す面積 Sの穴の直径 DNは約 10Aである。
この穴を He、 N2分子がどの程度の確率で通過できるかを考える。 Heや N2 分子がこの穴を確実に通過できるためには、 図 4中の有効断面積 SN、 SH (斜線 部） をかすめなければならない。 He、 N2分子の直径 dH、 dNは、 dH=2. 1 8入、 dN=3. 7 5Aであるから、 それぞれの分子に対する有効断面積 SH、 S
SH= K { (DN-dN) / 2 } 2
= 7Τ { (1 0 -2 · 1 8) /2} 2 X (1 0— 10) 2
= 1 5. 3 CX 1 020
SN=9. 7 7 X TT X 1 020
となる。 これらの値はその穴が完全な円形の 1つの穴として考えた場合であって、 実際には数力所に穴があることも、 またその穴が円形以外の形をしていると考え るのが妥当である。 即ち、 極端な場合には N2分子は全く通過できなくても He 分子は通過できることもある。 従って、 どれだけ低く見積もっても Heガスの方 が 2倍弱は通過し易い。
またこのような穴からの He、 N2分子の漏れ ΔΝΗ、 ΔΝΝはさらに， それら のガスの平均速度 vaH、 vaNにも比例する。 したがって、
ΔΝΗΖΔΝΝ-SH· vAHZS N ^ aN
= 1 5. 3 X 1 36 7/9. 7 7 X 5 1 7
=4 · 14
即ち、 どんなに低く見積もっても H eガスの方が 4倍以上速く漏れる'ことがわか る。 常識的には 1 0倍程度以上と考えられる。
次に本発明の実験例を、 図 5〜図 7を参照して説明する。
圧力測定実験装置を図 5に示すように構成する。 まず、 既述のようにすベての 電極ピン 2を短絡した圧力センサー 1のベース 1 aを図示のように穴の開いたァ クリル板 20にァラルダイ卜等の接着材により接着し、 真空ベルジャー 2 1で覆 レ、 真空ベルジャー 2 1の一つの通孔にピラニー真空計 2 2を接続し、 他の一の 通孔にコック 2 3を介してロータリ一ポンプ （図示せず） を接続し、 さらに他の 一の通孔をコック 24を介して Heガス源 （図示せず） に接続する。 なお図中 2 5は絶縁用シリコン剤、 26はリード線である。 そして、 既に述べた図 2の測定 回路を用いて、 センサー内圧 Pと放電開始電圧 Vの関係を調べた。 電流計 1 0に は、 1 0 フルスケールのものを用いた。
この実験の結果と検討内容を説明する。 まず、 本実験による放電開始電圧とセ ンサ一容器の内圧との関係の一例を図 6に、 またそのときのパルス波形例を図 7 に示す。 図 6に示す結果は、 放電開始電圧とセンサー容器の内圧との関係が、 パ ッシェンの法則の通り推移し、 これが本発明による圧力センサーの内部圧力推定 の基準となり得ることをよく示している。
なお、 この実験結果によれば、 同一のセンサーで、 同一の圧力であっても約 1 0%程度の誤差が認められる。 これは、 印加電圧を上昇させる速度にバラツキが あつたためで、 コンピュータ等の制御手段により自動的に電圧上昇を調整すれば 改良できる。 もちろん、 このような誤差範囲が狭いほど短期間でかつ広範囲の圧 力を推定できる。
そして、 図 7の波形を観察すると、 1パルス放電における電流の尖頭値は約 2. 5mA (25V/1 O X 103Ω) であり、 その時間は平均で約 5 秒である。 これを平均電流に換算すると、 12. 5ηΑとなり、 当然のことながら 10 Α フルスケールの電流計で計測しても、 針の触れは全く観察されなかった。 逆に、 同じ波形のパルスが間欠的に生じて、 例えば 1 X Αの放電電流が観察されたとす ると、 1秒間に 80個の放電パルスが発生したことになり、 その場合の平均的な パルス間隔時間、 即ち周期 Tは 12. 5ミリ秒となり、 動作時間 1. 5ミリ秒の 電磁リレーで、 ほとんど確実に次のパルス放電を止めることができだ。 ちなみに、 この時の 1パルス当たりのエネルギーは 0. 313 Jで、 この程度のエネルギ 一で I C回路が損傷を受けるとは考えられない。
次に H eガスと空気の混入状態での放電開始電圧の違いによる高感度化を説明 する。
Heガスを利用しなければ 4日間で許容最大漏れ率 Lmax=l. OX 10— 5P a · c cZ秒を検出し得る圧力センサーの内圧は、 安全率を考えれば 70〜12 0 P a程度である。 これは、 センサー内圧の上昇とともに最低感度 （Smln=A V/ΔΡ [VZPa] が低下するためである （図 8参照） 。 一方、 実際の圧力セ ンサ一の内圧は、 図 6からもわかるように 200 P a程度のものもある。 そこで、 110〜200 P aの圧力範囲での感度上昇が不可欠であり、 本発明では既に述 ベた H eガスと空気の混合ガスを用いることによりこの点を解決している。 この H eガスと空気の混合ガスを用いた場合の結果を図 9に示す。 なお図 9の結果を得た実験において実際に測定しているのは両ガスの総合圧力 (実験 1では 133 P a、 実験 2では 174P a、 実験 3では 218 P a) であ るので、 空気圧力が一定となっている保証はなく、 時間と容器 30の内圧が変化 し、 図 9に示すように実験後に空気圧力を測定すると多少異なっている。 この結 果から、 両ガスの混合状態では放電開始電圧が極端に上昇するということがわか る。 具体的には、 最低感度が高い （90 P a) ときには 300V強程度の電圧上 昇であるが （図 9の実験結果 1参照） 、 最低感度の低い （120P a以上） とき には平均的に 500V以上の電圧上昇が見られる。 上記のように、 70〜120 P a (図 6からわかるようにその放電開始電圧は 800V以上である） の圧力範 囲では空気中に 4日間放置するだけで許容最大漏れ率 Lmax= 10— 5P a · c c 秒を検出し得る。
即ち本発明の方法は、 最低感度の低い （圧力範囲は 120 P a以上、 放電開始 電圧は 800 V以下） のセンサ一に対して大変効果的である。 従って、 まず空気 中での放電開始電圧を測定し、 それが 800V以下であればそのセンサーを He ガスで満たした容器中に 4日的放置する。許容最大漏れ率 Lmax= 10 · 5 P a · c C/ /秒で真空漏れしたと仮定すると、 空気なら約 7P a、 Heガスならその 1 0倍の 70 P a漏れるから、 例えば 150 P aの封じ込み圧力であったとすれば 4日後にはセンサ一の内圧は 150 + 70 = 220P aとなる。 センサー内のガ スの混合比は N2 ： He = l 50 ： 70で、 図 9の実験 3から 500V程度の放 電開始電圧の上昇が見られる。 本発明者等の別途行った実験によれば、 放電開始 電圧の測定誤差は大きく見ても 50V以下であるから、 空気だけでの漏れの測定 よりも 10倍以上の高感度で測定できる。 即ち、 110〜2 O OP aの範囲でも 4日以内に許容最大漏れ率 Lmax==l 0— 5Pa · c cZ秒を確実に検出できる。 本発明は以上説明してきたとおりのものであるが、 請求の範囲に記載の事項の 範囲内において種々の変形例を実施することが可能であり、 また、 図示した回路 構成要素等は一例であって、 種々の代替手段を採用できる。

Claims

請求の範囲
1 . センサ一容器内部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一について、 該圧力セ ンサ一の良否を真空漏れの有無によって判定する方法であって、 直流高電圧を発 生させる電源の正極側をすベての電極を短絡した端子に接続し、 上記センサ一容 器を接地し、 上記端子と上記センサー容器との間に直流高電圧を印加し、 上記セ ンサ一容器内の真空度により生じる放電電流から上記センサー容器内部の真空圧 を測定し、 該測定を所定の期間をおいて繰り返し、 該期間での平均的な圧力変化 率が所定値を上回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もので あり、 上記電源の正極側と上記端子との間には、 上記放電電流が上記センサ一容 器内の電子回路を破壊しない値となるように選定した高い抵抗値を有する抵抗を 介在させ、 上記直流高電圧の印加開始の際には、 上記印加電圧をゆっくりと可変 させ、 上記 1パルスの放電で上記電圧印加をオフとするように制御することを特 徵とする圧力センサーの良否判定方法。
2. 請求項 1の圧力センサ一の良否判定方法において、 上記センサ一容器を H e ガスまたは H eガスと空気の混合ガスで満たした容器内に収納して試験を行うこ とを特徴とする圧力センサ一の良否判定方法。
3 . 請求項 1の圧力センサーの良否判定方法において、 上記センサ一容器を所定 期間空気中に放置した後、 上記端子と上記センサ一容器との間に直流高電圧を印 加し、 上記センサ一容器内の真空度により生じる放電電流から上記センサ一容器 内部の真空圧を測定し、 該測定値が所定の値を上回るときに、 上記センサー容器 を H eガスをで満たした容器内に収納して所定の期間をおき、 再度上記端子と上 記センサ一容器との間に直流高電圧を印加し、 上記センサー容器内の真空度によ り生じる放電電流から上記センサ一容器内部の真空圧を測定して該圧力センサー の良否を真空漏れの有無によって判定することを特徴とする圧力センサーの良否 判定方法。
PCT/JP1997/001627 1996-12-09 1997-05-14 Procede servant a determiner l'etat defectueux d'un capteur de pression WO1998026267A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPPCT/JP96/03601 1996-12-09
PCT/JP1996/003601 WO1998026266A1 (fr) 1996-12-09 1996-12-09 Procede permettant de determiner une acceptation/ un rejet d'un capteur de pression

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1998026267A1 true WO1998026267A1 (fr) 1998-06-18

Family

ID=14154214

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP1996/003601 WO1998026266A1 (fr) 1996-12-09 1996-12-09 Procede permettant de determiner une acceptation/ un rejet d'un capteur de pression
PCT/JP1997/001627 WO1998026267A1 (fr) 1996-12-09 1997-05-14 Procede servant a determiner l'etat defectueux d'un capteur de pression

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP1996/003601 WO1998026266A1 (fr) 1996-12-09 1996-12-09 Procede permettant de determiner une acceptation/ un rejet d'un capteur de pression

Country Status (1)

Country Link
WO (2) WO1998026266A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016015537A1 (zh) * 2014-07-30 2016-02-04 无锡华润上华半导体有限公司 压力传感器测试装置及其使用方法
CN113050172A (zh) * 2021-03-12 2021-06-29 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 一种渣库渗漏通道的电流场测试方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE399855T1 (de) * 1996-10-10 2008-07-15 Invitrogen Corp Tierzellkulturmedium mit pflanzlichen nährstoffen

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53104846A (en) * 1977-02-24 1978-09-12 Fujitsu Ltd Leakage check method for reed switch
JPS5723833A (en) * 1980-07-18 1982-02-08 Hitachi Ltd Pressure sensor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53104846A (en) * 1977-02-24 1978-09-12 Fujitsu Ltd Leakage check method for reed switch
JPS5723833A (en) * 1980-07-18 1982-02-08 Hitachi Ltd Pressure sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016015537A1 (zh) * 2014-07-30 2016-02-04 无锡华润上华半导体有限公司 压力传感器测试装置及其使用方法
CN113050172A (zh) * 2021-03-12 2021-06-29 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 一种渣库渗漏通道的电流场测试方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO1998026266A1 (fr) 1998-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11054480B2 (en) Electrical load for electronic battery tester and electronic battery tester including such electrical load
US20020036504A1 (en) Integrated conductance and load test based electronic battery tester
JP2021513646A (ja) 自己注射器の完全性を試験及び検査するためのデバイス及び方法
JPH0146833B2 (ja)
WO1998026267A1 (fr) Procede servant a determiner l'etat defectueux d'un capteur de pression
US20240201151A1 (en) Calibration gas source and automatic chemical sensor calibration
CA2432475A1 (en) Process and apparatus for testing multi-layer composites and containers produced therefrom
CN110873625B (zh) 电池泄漏测试装置和方法
US3839910A (en) Process for monitoring abnormal gas flow rates in a stack having an established flow rate
US5064679A (en) Plasma treatment method
JPS59168322A (ja) 潤滑油の測定方法およびその装置
Harrold Partial discharge. XVI. Ultrasonic sensing of PD within large capacitors
CA1080803A (en) Spark plug tester
CN102062845A (zh) 一种雷击计数器校验仪
JP2011028931A (ja) 電池絶縁検査装置
RU2791675C1 (ru) Способ испытания объекта, содержащего критические элементы, на защищенность от действия тока и имитаторы критических элементов
Bruning et al. Experiments on polymer cavity currents above and below CIV
Ikeda et al. Frequency acceleration characteristics in internal discharge endurance tests by a glass-covered electrode system
US3559460A (en) Method and apparatus for detecting gross leaks
SU195168A1 (ru) Электроразрядный датчик для измерения низких давлений
Ueda et al. A new method for detecting vacuum leakage of a pressure sensor using a pulse discharge technique
JPH09178590A (ja) 圧力センサーの良否判定方法
CN114965573A (zh) 一种低静电火花能量产生及测量方法
SU1101559A1 (ru) Способ испытаний на искробезопасность сложных электрических цепей
Du et al. Characteristics of Accelerated Aging for Metal Foil Resistor Stabilization

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase
点击 这是indexloc提供的php浏览器服务，不要输入任何密码和下载