トレーサーガス式リーク検出の校正システム及び方法
トレーサーガス式リーク検出が、ガス式リーク検出器を有する校正システムによって提供され、該ガス式リーク検出器は、トレーサーガスを含有する試料を受け取ると共に真空ポンプに接続されているテストポートと、トレーサーガスを含有する校正試料の校正リークと、操作モードではテスト試料を受け取るようにテストポートに接続されており、校正モードでは校正試料を受け取るように校正リーク弁を通じて校正リークに接続されており、トレーサーガスを制御可能に送出すると共にろ過された試料を提供する、マスフィルターと、ろ過された試料中のトレーサーガスを検出する検出器と、検出器信号に応答してリーク量の測定値を提供するプログラム可能ゲイン要素と、モード制御信号に応答して、該リーク検出器を、校正モードにおいて校正リークを用いて２つ以上の動作範囲にわたって動作させるように構成されるコントローラーとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トレーサーガスを用いる、密封された部品内のリークの検出に関し、より詳細には、リーク検出器を校正するシステム及び方法に関する。いくつかの実施の形態では、単一の校正リークを用いて２つ以上のリーク検出範囲が校正される。
【背景技術】
【０００２】
トレーサーガスとしてヘリウム又は水素を用いるリーク検出が既知である。ヘリウムは、密封されたテストピース内のリークのうち最小のものを通過する。ヘリウムは、テストピース内のリークを通過した後、リーク検出機器内へ引き込まれて測定される。測定されたヘリウムの量はリーク量に相当する。１つの手法では、テストピースの内部を、リーク検出器のテストポートに接続する。ヘリウムは、テストピースの外面に噴霧されてリークを通じて内部へ引き込まれ、リーク検出器によって測定される。別の手法では、テストピースをヘリウムで加圧する。リーク検出器のテストポートに接続されているスニファープローブを、テストピースの外面の周りで移動させる。ヘリウムはテストピースのリークを通過してプローブ内へ引き込まれ、リーク検出器によって測定される。
【０００３】
産業界の厳しい要件を満たすために、トレーサーガス式リーク検出器は、正確に校正することが可能であると共に、所有コストが低い必要がある。リーク検出器の正確な校正は、リーク検出器が、既知のリーク量を有する校正リークとしても知られる校正リークスタンダードの所定値を示すまでシステムのゲイン値を調整することによって達成することができる。種々の用途において、リーク量を、数桁にわたって（例えば１０−３ｓｔｄ−ｃｃ／秒〜１０−９ｓｔｄ−ｃｃ／秒（Ｅ−０３ｓｔｄ−ｃｃ／秒〜Ｅ−０９ｓｔｄ−ｃｃ／秒、又は単にＥ−０３〜Ｅ−０９とも称されるように））測定することができる。
【０００４】
従来技術のトレーサーガス式リーク検出器を図１に概略的に示す。テストポート３０が、逆流弁３２及び３４を通じてフォアポンプ３６に接続されている。リーク検出器は、一定の回転速度を有するターボポンプ（ターボ分子真空ポンプ）４０も含む。テストポート３０は、中間ステージ（midstage）弁４２及び４４を通じて、フォアライン４８と入口５０との間のターボポンプ４０に位置する中間ステージポート４６に接続されている。フォアライン弁５２が、フォアポンプ３６をターボポンプ４０のフォアライン４８に接続する。ターボポンプ４０の入口５０は、質量分析計６０の入口に接続されている。リーク検出器は、共にテストポート３０に連結されているテストポート熱電対６２及びベント弁６４と、校正リーク弁６８を通じてターボポンプ４０の中間ステージポート４６に接続されている校正リーク６６と、フォアポンプ３６に接続されているバラスト弁７０とをさらに含む。
【０００５】
操作時に、フォアライン弁５２及びベント弁６４を閉めると共に逆流弁３２及び３４を開くことによって、フォアポンプ３６が最初にテストポート３０及びテストピース（又はスニファープローブ）を排気する。テストポート３０における圧力がターボポンプ４０のフォアライン圧力と適合するレベルに達すると、テストポート３０をターボポンプ４０のフォアライン４８に接続しているフォアライン弁５２を開く。ヘリウムトレーサーガスを、テストポート３０を通じて引き込み、ターボポンプ４０によって質量分析計６０へ逆方向に拡散させる。ターボポンプ４０は、試料中のより重いガスに関してはかなり低い逆拡散速度を有するため、これらのガスが質量分析計６０に達するのをブロックすることによってトレーサーガスを効率的に分離し、トレーサーガスは、ターボポンプ４０を通して質量分析計６０へ拡散して測定される。
【０００６】
図１の従来技術のリーク検出器では、測定範囲の各桁に関して異なる校正リーク６６を用いることによって校正を行う。すなわち、校正される測定範囲の桁に従って適切なリーク量を有する校正リークを選択する。選択した校正リークをシステムに取り付け、質量分析計６０からの信号を測定する。測定値と校正リークの既知の値との差によって、測定範囲の選択された桁に関する校正値が与えられる。
【０００７】
図１のリーク検出器では、異なる校正リークを用いて測定範囲の各桁を校正する。すなわち、ユーザーがＥ−０５リーク量範囲の一部をリークテストする場合、テストシステムはＥ−０５範囲の校正リークを用いて校正される。ユーザーがＥ−０６リーク量範囲においてリークテストする場合、Ｅ−０６範囲の校正リークが用いられる。多くの様々な部品のリークテストを行う生産工場では、様々なリークテストシステムが様々なリーク量範囲で同時に作用し得る。
【０００８】
上述のように、リーク検出器の校正プロセスは、測定リーク量が既知のリーク基準と等しくなるように補償するシステムゲイン値を設定することを必要とする。リーク測定性能は、特定の校正点を上回るか又は下回る或る範囲にわたって線形にスケーリングすることができる。しかし、精度が重要である場合、特定の測定する桁に対して或る校正リークスタンダードが用いられる。校正リークスタンダードはそれぞれ数百ドルのコストがかかり、定期的な校正を必要とする。リークスタンダードを作製すると共に再校正し、かつ校正追跡記録を維持するコストは、産業的ユーザーにとってかなりのコストとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、トレーサーガス式リーク検出の改善された校正方法及びシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、トレーサーガス式リーク検出器が、
トレーサーガスを含有するテスト試料を受け取るテストポートと、
前記テストポートに接続されている真空ポンプと、
前記トレーサーガスを含有する校正試料を提供する校正リークと、
操作モードでは前記テスト試料を受け取るように前記テストポートに接続され、校正モードでは前記校正試料を受け取るように校正リーク弁を通じて前記校正リークに接続されるマスフィルターであって、前記トレーサーガスを制御可能に送出し、ろ過された試料を提供する、マスフィルターと、
前記ろ過された試料中の前記トレーサーガスを検出し、検出器信号を提供する検出器と、
前記検出器信号に応答してリーク量の測定値を提供するプログラム可能ゲイン要素と、
モード制御信号に応答して、前記校正モードにおいて該リーク検出器を動作させるように構成されるコントローラーであって、前記校正リークを用いて２つ以上の動作範囲にわたって該リーク検出器を校正するように構成される、コントローラーと、
を含む。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、トレーサーガス式リーク検出器の校正方法が、
校正リークからの校正試料を校正リーク弁を通じてマスフィルターへ供給するステップであって、該マスフィルターが前記校正試料に応じてろ過された試料を提供する、ステップと、
前記ろ過された試料を検出し、検出器信号を提供するステップと、
リーク量の測定値を提供するために、プログラム可能ゲイン要素によって前記検出器信号を調整するステップと、
前記校正リークに対して第１の測定値を校正することによって第１の動作範囲の第１の校正値を求めるステップと、
前記校正リークに対して第２の測定値を校正することによって第２の動作範囲の第２の校正値を求めるステップと、
を含む。
【００１２】
本発明をより良く理解するために、参照によって本明細書に援用される図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来技術のトレーサーガス式リーク検出器の概略的なブロック図である。
【図２】本発明の実施形態によるトレーサーガス式リーク検出器の概略的なブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による、図２に示されるシステムコントローラーのブロック図である。
【図４】様々なリーク検出動作範囲の校正パラメーター及び動作パラメーターを示す表である。
【図５】本発明の実施形態による、図２に示されるリーク検出器の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態によるトレーサーガス式リーク検出器が図２に概略的に示されている。テストポート１３０が、テストポート弁１３２を通じて、制御可能なマスフィルターとして機能するターボポンプ（ターボ分子真空ポンプ）１４０のフォアライン１４８に接続されている。テストポート１３０はフォアポンプ１３６にも接続されている。被試験ユニット１３４又はスニファープローブ（図示せず）をテストポート１３０に接続することができる。ターボポンプ１４０の入口１５０が、トレーサーガス検出器として機能する質量分析計１６０の入口に接続されている。検出器信号１８０が、質量分析計１６０によってシステムコントローラー１８２へ供給される。校正リーク１６６が、校正リーク弁１６８を通じてターボポンプ１４０の中間ポート１４６に接続されている。フィードバック制御を有する可変速ターボポンプコントローラー１９０が、後述するようにターボポンプ１４０の速度を制御する。システムコントローラー１８２は、後述するように検出器信号１８０を受信してプログラム可能なゲインを適用するプログラム可能ゲイン要素１９２を含む。システムコントローラー１８２は、後述するような操作モード（operating mode）及び校正モード中に、質量分析計１６０、ターボポンプ１４０、校正リーク弁１６８、ターボポンプコントローラー１９０及び校正リーク１６６を含むリーク検出器の要素を制御する。
【００１５】
他の実施形態では、任意選択的な外部校正リーク１７０を、弁１７２を通じてテストポート１３０に接続することができる。弁１７２は、テストポート１３０に直接接続することもできるし、又は被試験ユニット１３４に接続することもできる。外部校正リーク１７０は、校正中に使用されることになる代替的なリークスタンダードを提供する。
【００１６】
本発明の実施形態によるシステムコントローラー１８２の簡略化されたブロック図を図３に示す。システムコントローラー１８２は、後述するように操作モード及び校正モードの両方の期間中にリーク検出器を制御するコントローラー２２０を含む。コントローラー２２０は、マイクロプロセッサー若しくはプロセスコントローラー等のプログラム可能なデジタルプロセッサーとすることもできるし、又はＡＳＩＣ若しくはハードワイヤード回路等のハードワイヤードコントローラーとすることもできる。必要であれば、コントローラー２２０へのアナログ入力を、１つ又は複数のアナログ／デジタル変換器によってデジタル入力信号に変換することができ、また、コントローラー２２０のデジタル出力を、１つ又は複数のデジタル／アナログ変換器によってアナログ信号に変換することができる。
【００１７】
プログラム可能ゲイン要素２２２が、質量分析計１６０からの検出器信号１８０を受信し、ゲイン調整デジタル値をコントローラー２２０へ供給する。コントローラー２２０は、ゲイン制御信号をプログラム可能ゲイン要素２２２へ供給する。プログラム可能ゲイン要素２２２は、シグマデルタ変換器、デュアルスロープ逐次近似変換器（dual slope successive approximation converter）又はフラッシュ変換器等のアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）とすることができ、これらはいずれも、コントローラー２２０からの命令を受けてからミリ秒以内において、単一の校正リークのみを用いて数桁の動作範囲にわたり正確なリーク検出器の校正を達成する高い精度でシステムゲインを変更する能力を有する。
【００１８】
コントローラー２２０は、リーク検出器の操作モード又は校正モードを選択するモード制御信号を受信する。操作モードはユーザーが選択可能とすることができる。コントローラー２２０はまた、校正リーク１６６又は校正リーク１７０の既知のリーク量を表す校正リーク値と、校正リークのその時点の温度を表す温度値とを受信する。校正リーク１６６のリーク量は温度の関数として変化し得ることが理解される。コントローラー２２０はまた、ユーザーが選択した動作範囲を受信する。後述するように、リーク検出器は、リーク量のいくつかの動作範囲にわたって動作することができ、これらの動作範囲はすべて単一の校正リークを用いて校正することができる。
【００１９】
コントローラー２２０は、校正リーク弁制御信号を校正リーク弁１６８へ出力し、校正モードにおける動作を制御する。ターボポンプ速度制御信号がターボポンプコントローラー１９０へ供給され、操作モード及び校正モードにおけるターボポンプ１４０の回転速度を制御する。質量分析計調節（tuning）信号が質量分析計１６０へ供給され、質量分析計の調節を制御して検出器信号を最大にする。測定されたリーク量は、後述するように校正されると、ディスプレイ２３０へ出力される。
【００２０】
図２を再び参照すると、ターボポンプ１４０は、ヘリウム等のトレーサーガスを質量分析計１６０へ送出して試料中のより重いガスを実質的にブロックするマスフィルターの一実施形態である。ターボポンプ１４０のトレーサーガスの送出は、その回転速度を調整することによって変えることができる。回転速度が速くなるほど、質量分析計１６０へ送出されるトレーサーガスは少なくなり、逆に、回転速度が遅くなるほど質量分析計１６０へ送出されるトレーサーガスは多くなる。ターボポンプ１４０は、いわゆる「逆流」構成で動作し、この構成において、軽いトレーサーガスはフォアライン１４８からターボポンプ１４０の入口１５０へ逆方向に通過し、より重いガスは実質的にブロックされる。
【００２１】
ターボポンプコントローラー１９０は、実際のＲＰＭを測定すると共に報告し、かつターボポンプを通るヘリウムの流れが選択された回転速度において一定であるように、選択された設定を非常に正確に維持するソフトウエア制御フィードバックループを有する。通常のリークテスト動作中、ターボポンプＲＰＭは、コントローラー２２０により、所与の動作範囲に関して所定の回転速度に自動的に設定される。選択された速度は、所望の動作範囲で動作するためにヘリウムの適切な程度の質量フィルタリングを提供する。
【００２２】
本発明の範囲内でマスフィルターの他の実施形態を用いることもできる。例えば、逆流構成の他のタイプの真空ポンプを用いることができる。好適な真空ポンプは、トレーサーガス等の軽いガスに関しては低圧縮比を、重いガスに関しては高圧縮比を特徴とする。例としては、分子ドラッグ真空ポンプ、ターボ分子ステージ及び分子ドラッグステージの組み合わせを用いるハイブリッド真空ポンプ、並びに拡散ポンプが挙げられる。各場合において、マスフィルターによるトレーサーガスの送出は、リーク検出器の様々な動作範囲に対して回転速度等のマスフィルターのパラメーターを調整することによって変えることができる。
【００２３】
さらなる実施形態では、マスフィルターは、透過性膜等のトレーサーガス透過性部材とすることができる。この透過性部材はヘリウムに対して透過性を有することができ、透過性部材のヘリウム透過率は制御可能とすることができる。いくつかの実施形態では、透過性部材は石英部材を含む。マスフィルターは、透過性部材と熱的に接触する加熱素子をさらに含むことができ、コントローラーは加熱素子を制御するように構成することができる。透過性部材は、トレーサーガスを実質的に通す、すなわち透過させるが、他のガス、液体及び粒子は実質的にブロックする。示されるように、石英は、ヘリウムに対して透過性である材料の一例である。石英のヘリウム透過率は温度に伴って変化する。３００℃〜９００℃の範囲の高温では、石英は比較的高いヘリウム透過率を有する。室温では、石英は比較的低いヘリウム透過率を有する。透過性部材の温度を調整して、リーク検出器の様々な動作範囲におけるヘリウムの透過率、すなわち送出を制御することができる。
【００２４】
マスフィルターは、トレーサーガスを検出システム内に流すのに用いることができるが、他のガスの流れは実質的にブロックするため、信号を測定するために検出器において高濃度のトレーサーガスを形成する。中間ポート１４６は、フォアライン１４８と比較して約１０倍超のトレーサーガスの流れを検出器に提供する。マスフィルターは、トレーサーガスの送出を制御する電子フィードバックループによって制御される。回転真空ポンプの場合には回転速度を制御することができ、透過性膜の場合には温度を制御することができる。
【００２５】
質量分析計１６０は、リーク検出システムにおいて一般的に用いられている検出器である。しかし、コールドカソードセンサー（cold cathode sensors）、イオンポンプ、水素センサー、及び試料中のトレーサーガス濃度を検出することができる他の検出器等、他の検出器を用いることができる。
【００２６】
単一の温度補償型校正リーク１６６が、真空システム及び検出器へのトレーサーガスの流れを活性化するか又は不活性化するための校正リーク弁１６８と共にリーク検出器内に設置されている。図２の実施形態では、校正リーク１６６はターボポンプ１４０の中間ポートに設置されている。中間ポート１４６は、フォアライン１４８と中間ポート１４６との間でおよそ１０倍の信号強度が実現されるように設計されている。既知の校正リークを用いるリーク検出器の校正の際、正確な絶対リーク量の精度を与えるために正確な「システムゲイン」値が求められる。
【００２７】
本明細書において記載される実施形態では、校正リーク１６６は、低コスト製造に便利であると共に工業的動作範囲のおよそ中間にあるＥ−０７ヘリウムリークである。校正リークは、周囲温度と、校正リークの値が測定された時点の温度との差を調整するためにコントローラー２２０によって温度補償される。他の校正リークの値を用いて特定の適用要件を満たすことができる。
【００２８】
プログラム可能ゲイン要素２２２は、操作モード及び校正モードの両方の期間中に検出器信号１８０を制御するのに用いられる。プログラム可能ゲイン要素は、シグマデルタ変換器、デュアルスロープ逐次近似変換器又はフラッシュ変換器等のアナログ／デジタル変換器とすることができ、これらはいずれも、コントローラー２２０からの命令を受けてからミリ秒以内において、単一の校正リークのみを用いて数桁の動作範囲にわたり正確なリーク検出器の校正を達成する高い精度でシステムゲインを変更する能力を有する。
【００２９】
リーク検出器のいくつかの動作範囲と、操作モード及び校正モードの対応するパラメーターとを示す表を図４に示す。図４では、各動作範囲は４つのリーク量の桁をカバーし、各動作範囲の右欄は測定には用いられない。図４の実施形態では、ユーザーは、Ｅ−０３〜Ｅ−０６のリーク量をカバーする第１の動作範囲、Ｅ−０４〜Ｅ−０７のリーク量をカバーする第２の動作範囲、Ｅ−０５〜Ｅ−０８のリーク量をカバーする第３の動作範囲、及びＥ−０６〜Ｅ−０９のリーク量をカバーする第４の動作範囲を選択することができる。各動作範囲の場合のターボポンプ回転速度が図４に示される。加えて、各動作範囲は、プログラム可能ゲイン要素２２２の動作ゲイン及び校正ゲインと関連する。ターボポンプ１４０の回転速度及びプログラム可能ゲイン要素２２２のゲインは、校正リーク１６６によって生成されるデジタル値２２４がコントローラー２２０内の処理回路部のダイナミックレンジ内にあるように選択される。上記で示したように、ターボポンプ１４０の回転速度が低下すると、ターボポンプを通って質量分析計１６０へ向かうトレーサーガスの送出が増す。場合によっては、校正ゲインは動作ゲインよりも低い。これは少なくとも一部には、校正リーク１６６がターボポンプ１４０の中間ポート１４６に接続されているということに起因し得るものであり、その結果、フォアライン１４８から質量分析計１６０へのトレーサーガスの送出と比較して校正リーク１６６から質量分析計１６０へのトレーサーガスの送出の方が多くなる。
【００３０】
本発明の実施形態による、校正モードにおけるリーク検出器の動作を示すフローチャートを図５に示す。リーク検出器は、所望の機能、例えば通常の動作又は校正を行うようにセットアップされる。ブロック３１０によって示されるように、コントローラー２２０内のソフトウエアが、通常のリークテスト動作中に用いられる所定の動作ゲイン値を維持する。動作ゲイン値は、図４に示されるように、ユーザーによって選択される動作範囲に従って変化する。ブロック３１２によって示されるように、コントローラー２２０内のソフトウエアが、所定の校正ゲイン値を維持し、ユーザーが選択した動作範囲に従って校正ゲイン値を調整する。ソフトウエアは、選択される操作モード及び選択される動作範囲に応じて動作ゲインから校正ゲインへゲイン値を自動的に変更する。ブロック３１６によって示されるように、コントローラー２２０は、動作範囲の各々におけるリークテスト動作に必要なマスフィルターのトレーサーガス送出（マスフィルターを通過して検出器へ向かうトレーサーガスの量）を制御する。可変の質量ろ過は、広範なあり得るリーク量をリーク検出器システムの動作範囲にスケーリングする。マスフィルターのトレーサーガス送出は、例えばターボ分子ポンプの回転速度又は透過性膜の温度を変えることによって達成することができる。ブロック３１４によって示されるように、ユーザーの入力に応答して操作モード又は校正モードを選択する。ブロック３１８に示されるように、選択されたモードに従って校正リーク弁１６８を制御して、校正プロセスの種々のステップ中に開くか又は閉めることができる。これらのセットアップ動作によって、リーク検出器が選択された動作範囲で校正を行うことが可能になる。
【００３１】
動作（act）３２０において、校正リーク１６６の温度を測定して記憶し、動作３２２において、校正リークの温度補償値を計算する。コントローラー２２０は、校正リークの温度の関数としてのリーク量の変化を記憶し、校正の時点で周囲温度に対して校正リークの値を自動的に補償する。ステップ３２４において、コントローラーは、電子機器のノイズレベルに基づいてオフセット値を測定すると共に記憶する。動作３２６において校正リーク弁１６８を開き、動作３２８において質量分析計１６０を調節して検出器信号を最大にする。調節は、スリットを通過して検出されるトレーサーガスイオンの数を最大にするために、トレーサーガスイオンに適用される磁場を変えるか又は質量分析計内のイオン電圧を調整することによって達成することができる。
【００３２】
動作３３０において校正リーク弁１６８を閉め、動作３３２において周囲のバックグラウンド信号を測定して記憶する。トレーサーガスのバックグラウンド信号を用いて、通常動作中にバックグラウンド信号を効果的に補償することができる。動作３３４において、プログラム可能ゲイン要素２２２のゲインを、選択された動作範囲の校正ゲイン値に変更し、動作３３６において校正リーク弁１６８を開く。動作３３８において、校正リーク１６６によって生成されるトレーサーガス信号を測定する。動作３４０において、測定されたトレーサーガス信号を用いてリーク検出器システムを校正する。特に、校正リークの測定値及び校正リークの既知の値を用いて、バックグラウンド信号及び電子オフセットに関して補正された、測定されたリーク量によって除算した温度補償された既知のリーク量として定義される「システムゲイン」を求めることによってシステムを校正する。動作３４８において、操作モードにおけるテストピースの測定中に、測定値に計算されたシステムゲインを乗算して、実際のリーク量を表示する。
【００３３】
動作３４２において校正リーク弁１６８を閉め、動作３４４において、プログラム可能ゲイン要素２２２のゲインを動作ゲイン値に変更する。コントローラーは、リーク量動作範囲のユーザーの選択に基づいて、デフォルトの動作ゲイン値及び校正ゲイン値を自動的に設定する。ユーザーが動作範囲を選択すると、コントローラーは、その範囲内で機能することが要求される動作パラメーターのすべてを調整する。ユーザーが新たな動作範囲を選択すると、コントローラーは、その新たな動作範囲についての動作パラメーターを自動的に再調整する。
【００３４】
動作ゲイン値への変更は、動作３４６における校正手順の終了を表す。動作３４８において、正しい校正された測定リーク量を表示する。コントローラーは、上述の検出器信号及びパラメーターを用いて、適切な動作範囲にスケーリングされた測定リーク量を計算する。
【００３５】
単一の動作範囲についての校正手順を示し説明した。校正手順は、図４に示されるようなターボポンプ回転速度及び校正ゲインの対応する設定を用いて、用いられる動作範囲ごとに繰り返すことができる。校正手順は、リーク検出器をオンにしたときに最初に、選択された間隔で、又は新たな動作範囲へ変更するとき等、任意の時点で行うことができる。
【００３６】
様々な動作範囲、様々な校正リーク値及び様々なリーク検出器パラメーターを本発明の範囲内で用いることができることが理解されるであろう。加えて、校正手順は、外部校正リーク１７０を用いて、校正リーク１７０の異なる位置を考慮するためにターボポンプ回転速度及び校正ゲイン値に適切な変更を加えることによって行うこともできる。
【００３７】
開始時に、コントローラー２２０内のソフトウエアが動作のための初期パラメーターを自動的にロードする。ユーザーは、グラフィックディスプレイスクリーン又はホストコンピューターからの電子信号入力を介して動作範囲を選択する。ソフトウエアは、システムを構成するために、上述の動作パラメーターをすべて自動的に設定する。図４に示されるように、プログラム可能ゲイン要素のゲインは動作ゲイン値に設定され、ターボポンプ回転速度は選択されたリークテスト動作用に設定される。一実施形態の動作ゲイン値及び校正ゲイン値は、図４の表中にターボポンプ回転速度と共に示されている。
【００３８】
校正が選択されると、ソフトウエアはハードウエア及び上述したパラメーターを自動的に制御し、動作範囲がそれに応じて選択された、ユーザーが要求した校正を行う。プログラム可能ゲイン要素のハードウエアゲインは、動作ゲイン値から校正ゲイン値に自動的に変更される。このゲインの変更は、高い精度でミリ秒で達成されるため、４つの可能なリーク量動作範囲のいずれかにおいてＥ−０７範囲のリークを読み取ることができる。校正リークは、フォアラインと比べて低い圧縮比を有するターボポンプの上部付近で中間ポートに接続されているため、校正リーク信号は、通常の動作信号よりも１０倍大きい。このことが、図４の表において校正リーク信号を１桁だけ効果的にシフトする。校正モードにおける１０倍の信号とソフトウエアによるゲインの正確な自動制御との組み合わせによって、広範なリーク量の桁における正確な校正に１つの校正リークを用いることが可能となる。ゲイン値の自動的な変更によって、４つの動作範囲内の正確な絶対校正のためにＥ−０７校正リークを用いた校正が可能となる。したがって、Ｅ−０７校正リークは、ユーザーが選択するいくつかの動作範囲における正確な校正を提供する。
【００３９】
例えば、システムがＥ−０４〜Ｅ−０７動作範囲で動作しながら或る校正が選択される場合、所望の範囲の正確な絶対校正を達成するために、ターボポンプ回転速度は６００００ＲＰＭに設定され、ゲイン値は１の校正ゲインに自動的にスイッチされ、新たなオフセット値が計算され、検出器が自動的に調節され、適切なシステムゲインが計算される。校正が完了すると、ソフトウエアは、ゲイン値を２の動作ゲイン値に自動的にスイッチして戻す。動作ゲインから校正ゲインへのゲインの変更及びその戻す変更は、ユーザーに対してトランスペアレントに変更され、ミリ秒で行われる。
【００４０】
このように本発明の少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様を説明したが、種々の変形、変更及び改良が当業者には容易に想到されるであろうことを理解するべきである。そのような変形、変更及び改良は、本開示の一部であることが意図され、本発明の精神及び範囲内にあることが意図される。したがって、前述の説明及び図面は例示にすぎない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トレーサーガスを用いる、密封された部品内のリークの検出に関し、より詳細には、リーク検出器を校正するシステム及び方法に関する。いくつかの実施の形態では、単一の校正リークを用いて２つ以上のリーク検出範囲が校正される。
【背景技術】
【０００２】
トレーサーガスとしてヘリウム又は水素を用いるリーク検出が既知である。ヘリウムは、密封されたテストピース内のリークのうち最小のものを通過する。ヘリウムは、テストピース内のリークを通過した後、リーク検出機器内へ引き込まれて測定される。測定されたヘリウムの量はリーク量に相当する。１つの手法では、テストピースの内部を、リーク検出器のテストポートに接続する。ヘリウムは、テストピースの外面に噴霧されてリークを通じて内部へ引き込まれ、リーク検出器によって測定される。別の手法では、テストピースをヘリウムで加圧する。リーク検出器のテストポートに接続されているスニファープローブを、テストピースの外面の周りで移動させる。ヘリウムはテストピースのリークを通過してプローブ内へ引き込まれ、リーク検出器によって測定される。
【０００３】
産業界の厳しい要件を満たすために、トレーサーガス式リーク検出器は、正確に校正することが可能であると共に、所有コストが低い必要がある。リーク検出器の正確な校正は、リーク検出器が、既知のリーク量を有する校正リークとしても知られる校正リークスタンダードの所定値を示すまでシステムのゲイン値を調整することによって達成することができる。種々の用途において、リーク量を、数桁にわたって（例えば１０−３ｓｔｄ−ｃｃ／秒〜１０−９ｓｔｄ−ｃｃ／秒（Ｅ−０３ｓｔｄ−ｃｃ／秒〜Ｅ−０９ｓｔｄ−ｃｃ／秒、又は単にＥ−０３〜Ｅ−０９とも称されるように））測定することができる。
【０００４】
従来技術のトレーサーガス式リーク検出器を図１に概略的に示す。テストポート３０が、逆流弁３２及び３４を通じてフォアポンプ３６に接続されている。リーク検出器は、一定の回転速度を有するターボポンプ（ターボ分子真空ポンプ）４０も含む。テストポート３０は、中間ステージ（midstage）弁４２及び４４を通じて、フォアライン４８と入口５０との間のターボポンプ４０に位置する中間ステージポート４６に接続されている。フォアライン弁５２が、フォアポンプ３６をターボポンプ４０のフォアライン４８に接続する。ターボポンプ４０の入口５０は、質量分析計６０の入口に接続されている。リーク検出器は、共にテストポート３０に連結されているテストポート熱電対６２及びベント弁６４と、校正リーク弁６８を通じてターボポンプ４０の中間ステージポート４６に接続されている校正リーク６６と、フォアポンプ３６に接続されているバラスト弁７０とをさらに含む。
【０００５】
操作時に、フォアライン弁５２及びベント弁６４を閉めると共に逆流弁３２及び３４を開くことによって、フォアポンプ３６が最初にテストポート３０及びテストピース（又はスニファープローブ）を排気する。テストポート３０における圧力がターボポンプ４０のフォアライン圧力と適合するレベルに達すると、テストポート３０をターボポンプ４０のフォアライン４８に接続しているフォアライン弁５２を開く。ヘリウムトレーサーガスを、テストポート３０を通じて引き込み、ターボポンプ４０によって質量分析計６０へ逆方向に拡散させる。ターボポンプ４０は、試料中のより重いガスに関してはかなり低い逆拡散速度を有するため、これらのガスが質量分析計６０に達するのをブロックすることによってトレーサーガスを効率的に分離し、トレーサーガスは、ターボポンプ４０を通して質量分析計６０へ拡散して測定される。
【０００６】
図１の従来技術のリーク検出器では、測定範囲の各桁に関して異なる校正リーク６６を用いることによって校正を行う。すなわち、校正される測定範囲の桁に従って適切なリーク量を有する校正リークを選択する。選択した校正リークをシステムに取り付け、質量分析計６０からの信号を測定する。測定値と校正リークの既知の値との差によって、測定範囲の選択された桁に関する校正値が与えられる。
【０００７】
図１のリーク検出器では、異なる校正リークを用いて測定範囲の各桁を校正する。すなわち、ユーザーがＥ−０５リーク量範囲の一部をリークテストする場合、テストシステムはＥ−０５範囲の校正リークを用いて校正される。ユーザーがＥ−０６リーク量範囲においてリークテストする場合、Ｅ−０６範囲の校正リークが用いられる。多くの様々な部品のリークテストを行う生産工場では、様々なリークテストシステムが様々なリーク量範囲で同時に作用し得る。
【０００８】
上述のように、リーク検出器の校正プロセスは、測定リーク量が既知のリーク基準と等しくなるように補償するシステムゲイン値を設定することを必要とする。リーク測定性能は、特定の校正点を上回るか又は下回る或る範囲にわたって線形にスケーリングすることができる。しかし、精度が重要である場合、特定の測定する桁に対して或る校正リークスタンダードが用いられる。校正リークスタンダードはそれぞれ数百ドルのコストがかかり、定期的な校正を必要とする。リークスタンダードを作製すると共に再校正し、かつ校正追跡記録を維持するコストは、産業的ユーザーにとってかなりのコストとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、トレーサーガス式リーク検出の改善された校正方法及びシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、トレーサーガス式リーク検出器が、
トレーサーガスを含有するテスト試料を受け取るテストポートと、
前記テストポートに接続されている真空ポンプと、
前記トレーサーガスを含有する校正試料を提供する校正リークと、
操作モードでは前記テスト試料を受け取るように前記テストポートに接続され、校正モードでは前記校正試料を受け取るように校正リーク弁を通じて前記校正リークに接続されるマスフィルターであって、前記トレーサーガスを制御可能に送出し、ろ過された試料を提供する、マスフィルターと、
前記ろ過された試料中の前記トレーサーガスを検出し、検出器信号を提供する検出器と、
前記検出器信号に応答してリーク量の測定値を提供するプログラム可能ゲイン要素と、
モード制御信号に応答して、前記校正モードにおいて該リーク検出器を動作させるように構成されるコントローラーであって、前記校正リークを用いて２つ以上の動作範囲にわたって該リーク検出器を校正するように構成される、コントローラーと、
を含む。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、トレーサーガス式リーク検出器の校正方法が、
校正リークからの校正試料を校正リーク弁を通じてマスフィルターへ供給するステップであって、該マスフィルターが前記校正試料に応じてろ過された試料を提供する、ステップと、
前記ろ過された試料を検出し、検出器信号を提供するステップと、
リーク量の測定値を提供するために、プログラム可能ゲイン要素によって前記検出器信号を調整するステップと、
前記校正リークに対して第１の測定値を校正することによって第１の動作範囲の第１の校正値を求めるステップと、
前記校正リークに対して第２の測定値を校正することによって第２の動作範囲の第２の校正値を求めるステップと、
を含む。
【００１２】
本発明をより良く理解するために、参照によって本明細書に援用される図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来技術のトレーサーガス式リーク検出器の概略的なブロック図である。
【図２】本発明の実施形態によるトレーサーガス式リーク検出器の概略的なブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による、図２に示されるシステムコントローラーのブロック図である。
【図４】様々なリーク検出動作範囲の校正パラメーター及び動作パラメーターを示す表である。
【図５】本発明の実施形態による、図２に示されるリーク検出器の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態によるトレーサーガス式リーク検出器が図２に概略的に示されている。テストポート１３０が、テストポート弁１３２を通じて、制御可能なマスフィルターとして機能するターボポンプ（ターボ分子真空ポンプ）１４０のフォアライン１４８に接続されている。テストポート１３０はフォアポンプ１３６にも接続されている。被試験ユニット１３４又はスニファープローブ（図示せず）をテストポート１３０に接続することができる。ターボポンプ１４０の入口１５０が、トレーサーガス検出器として機能する質量分析計１６０の入口に接続されている。検出器信号１８０が、質量分析計１６０によってシステムコントローラー１８２へ供給される。校正リーク１６６が、校正リーク弁１６８を通じてターボポンプ１４０の中間ポート１４６に接続されている。フィードバック制御を有する可変速ターボポンプコントローラー１９０が、後述するようにターボポンプ１４０の速度を制御する。システムコントローラー１８２は、後述するように検出器信号１８０を受信してプログラム可能なゲインを適用するプログラム可能ゲイン要素１９２を含む。システムコントローラー１８２は、後述するような操作モード（operating mode）及び校正モード中に、質量分析計１６０、ターボポンプ１４０、校正リーク弁１６８、ターボポンプコントローラー１９０及び校正リーク１６６を含むリーク検出器の要素を制御する。
【００１５】
他の実施形態では、任意選択的な外部校正リーク１７０を、弁１７２を通じてテストポート１３０に接続することができる。弁１７２は、テストポート１３０に直接接続することもできるし、又は被試験ユニット１３４に接続することもできる。外部校正リーク１７０は、校正中に使用されることになる代替的なリークスタンダードを提供する。
【００１６】
本発明の実施形態によるシステムコントローラー１８２の簡略化されたブロック図を図３に示す。システムコントローラー１８２は、後述するように操作モード及び校正モードの両方の期間中にリーク検出器を制御するコントローラー２２０を含む。コントローラー２２０は、マイクロプロセッサー若しくはプロセスコントローラー等のプログラム可能なデジタルプロセッサーとすることもできるし、又はＡＳＩＣ若しくはハードワイヤード回路等のハードワイヤードコントローラーとすることもできる。必要であれば、コントローラー２２０へのアナログ入力を、１つ又は複数のアナログ／デジタル変換器によってデジタル入力信号に変換することができ、また、コントローラー２２０のデジタル出力を、１つ又は複数のデジタル／アナログ変換器によってアナログ信号に変換することができる。
【００１７】
プログラム可能ゲイン要素２２２が、質量分析計１６０からの検出器信号１８０を受信し、ゲイン調整デジタル値をコントローラー２２０へ供給する。コントローラー２２０は、ゲイン制御信号をプログラム可能ゲイン要素２２２へ供給する。プログラム可能ゲイン要素２２２は、シグマデルタ変換器、デュアルスロープ逐次近似変換器（dual slope successive approximation converter）又はフラッシュ変換器等のアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）とすることができ、これらはいずれも、コントローラー２２０からの命令を受けてからミリ秒以内において、単一の校正リークのみを用いて数桁の動作範囲にわたり正確なリーク検出器の校正を達成する高い精度でシステムゲインを変更する能力を有する。
【００１８】
コントローラー２２０は、リーク検出器の操作モード又は校正モードを選択するモード制御信号を受信する。操作モードはユーザーが選択可能とすることができる。コントローラー２２０はまた、校正リーク１６６又は校正リーク１７０の既知のリーク量を表す校正リーク値と、校正リークのその時点の温度を表す温度値とを受信する。校正リーク１６６のリーク量は温度の関数として変化し得ることが理解される。コントローラー２２０はまた、ユーザーが選択した動作範囲を受信する。後述するように、リーク検出器は、リーク量のいくつかの動作範囲にわたって動作することができ、これらの動作範囲はすべて単一の校正リークを用いて校正することができる。
【００１９】
コントローラー２２０は、校正リーク弁制御信号を校正リーク弁１６８へ出力し、校正モードにおける動作を制御する。ターボポンプ速度制御信号がターボポンプコントローラー１９０へ供給され、操作モード及び校正モードにおけるターボポンプ１４０の回転速度を制御する。質量分析計調節（tuning）信号が質量分析計１６０へ供給され、質量分析計の調節を制御して検出器信号を最大にする。測定されたリーク量は、後述するように校正されると、ディスプレイ２３０へ出力される。
【００２０】
図２を再び参照すると、ターボポンプ１４０は、ヘリウム等のトレーサーガスを質量分析計１６０へ送出して試料中のより重いガスを実質的にブロックするマスフィルターの一実施形態である。ターボポンプ１４０のトレーサーガスの送出は、その回転速度を調整することによって変えることができる。回転速度が速くなるほど、質量分析計１６０へ送出されるトレーサーガスは少なくなり、逆に、回転速度が遅くなるほど質量分析計１６０へ送出されるトレーサーガスは多くなる。ターボポンプ１４０は、いわゆる「逆流」構成で動作し、この構成において、軽いトレーサーガスはフォアライン１４８からターボポンプ１４０の入口１５０へ逆方向に通過し、より重いガスは実質的にブロックされる。
【００２１】
ターボポンプコントローラー１９０は、実際のＲＰＭを測定すると共に報告し、かつターボポンプを通るヘリウムの流れが選択された回転速度において一定であるように、選択された設定を非常に正確に維持するソフトウエア制御フィードバックループを有する。通常のリークテスト動作中、ターボポンプＲＰＭは、コントローラー２２０により、所与の動作範囲に関して所定の回転速度に自動的に設定される。選択された速度は、所望の動作範囲で動作するためにヘリウムの適切な程度の質量フィルタリングを提供する。
【００２２】
本発明の範囲内でマスフィルターの他の実施形態を用いることもできる。例えば、逆流構成の他のタイプの真空ポンプを用いることができる。好適な真空ポンプは、トレーサーガス等の軽いガスに関しては低圧縮比を、重いガスに関しては高圧縮比を特徴とする。例としては、分子ドラッグ真空ポンプ、ターボ分子ステージ及び分子ドラッグステージの組み合わせを用いるハイブリッド真空ポンプ、並びに拡散ポンプが挙げられる。各場合において、マスフィルターによるトレーサーガスの送出は、リーク検出器の様々な動作範囲に対して回転速度等のマスフィルターのパラメーターを調整することによって変えることができる。
【００２３】
さらなる実施形態では、マスフィルターは、透過性膜等のトレーサーガス透過性部材とすることができる。この透過性部材はヘリウムに対して透過性を有することができ、透過性部材のヘリウム透過率は制御可能とすることができる。いくつかの実施形態では、透過性部材は石英部材を含む。マスフィルターは、透過性部材と熱的に接触する加熱素子をさらに含むことができ、コントローラーは加熱素子を制御するように構成することができる。透過性部材は、トレーサーガスを実質的に通す、すなわち透過させるが、他のガス、液体及び粒子は実質的にブロックする。示されるように、石英は、ヘリウムに対して透過性である材料の一例である。石英のヘリウム透過率は温度に伴って変化する。３００℃〜９００℃の範囲の高温では、石英は比較的高いヘリウム透過率を有する。室温では、石英は比較的低いヘリウム透過率を有する。透過性部材の温度を調整して、リーク検出器の様々な動作範囲におけるヘリウムの透過率、すなわち送出を制御することができる。
【００２４】
マスフィルターは、トレーサーガスを検出システム内に流すのに用いることができるが、他のガスの流れは実質的にブロックするため、信号を測定するために検出器において高濃度のトレーサーガスを形成する。中間ポート１４６は、フォアライン１４８と比較して約１０倍超のトレーサーガスの流れを検出器に提供する。マスフィルターは、トレーサーガスの送出を制御する電子フィードバックループによって制御される。回転真空ポンプの場合には回転速度を制御することができ、透過性膜の場合には温度を制御することができる。
【００２５】
質量分析計１６０は、リーク検出システムにおいて一般的に用いられている検出器である。しかし、コールドカソードセンサー（cold cathode sensors）、イオンポンプ、水素センサー、及び試料中のトレーサーガス濃度を検出することができる他の検出器等、他の検出器を用いることができる。
【００２６】
単一の温度補償型校正リーク１６６が、真空システム及び検出器へのトレーサーガスの流れを活性化するか又は不活性化するための校正リーク弁１６８と共にリーク検出器内に設置されている。図２の実施形態では、校正リーク１６６はターボポンプ１４０の中間ポートに設置されている。中間ポート１４６は、フォアライン１４８と中間ポート１４６との間でおよそ１０倍の信号強度が実現されるように設計されている。既知の校正リークを用いるリーク検出器の校正の際、正確な絶対リーク量の精度を与えるために正確な「システムゲイン」値が求められる。
【００２７】
本明細書において記載される実施形態では、校正リーク１６６は、低コスト製造に便利であると共に工業的動作範囲のおよそ中間にあるＥ−０７ヘリウムリークである。校正リークは、周囲温度と、校正リークの値が測定された時点の温度との差を調整するためにコントローラー２２０によって温度補償される。他の校正リークの値を用いて特定の適用要件を満たすことができる。
【００２８】
プログラム可能ゲイン要素２２２は、操作モード及び校正モードの両方の期間中に検出器信号１８０を制御するのに用いられる。プログラム可能ゲイン要素は、シグマデルタ変換器、デュアルスロープ逐次近似変換器又はフラッシュ変換器等のアナログ／デジタル変換器とすることができ、これらはいずれも、コントローラー２２０からの命令を受けてからミリ秒以内において、単一の校正リークのみを用いて数桁の動作範囲にわたり正確なリーク検出器の校正を達成する高い精度でシステムゲインを変更する能力を有する。
【００２９】
リーク検出器のいくつかの動作範囲と、操作モード及び校正モードの対応するパラメーターとを示す表を図４に示す。図４では、各動作範囲は４つのリーク量の桁をカバーし、各動作範囲の右欄は測定には用いられない。図４の実施形態では、ユーザーは、Ｅ−０３〜Ｅ−０６のリーク量をカバーする第１の動作範囲、Ｅ−０４〜Ｅ−０７のリーク量をカバーする第２の動作範囲、Ｅ−０５〜Ｅ−０８のリーク量をカバーする第３の動作範囲、及びＥ−０６〜Ｅ−０９のリーク量をカバーする第４の動作範囲を選択することができる。各動作範囲の場合のターボポンプ回転速度が図４に示される。加えて、各動作範囲は、プログラム可能ゲイン要素２２２の動作ゲイン及び校正ゲインと関連する。ターボポンプ１４０の回転速度及びプログラム可能ゲイン要素２２２のゲインは、校正リーク１６６によって生成されるデジタル値２２４がコントローラー２２０内の処理回路部のダイナミックレンジ内にあるように選択される。上記で示したように、ターボポンプ１４０の回転速度が低下すると、ターボポンプを通って質量分析計１６０へ向かうトレーサーガスの送出が増す。場合によっては、校正ゲインは動作ゲインよりも低い。これは少なくとも一部には、校正リーク１６６がターボポンプ１４０の中間ポート１４６に接続されているということに起因し得るものであり、その結果、フォアライン１４８から質量分析計１６０へのトレーサーガスの送出と比較して校正リーク１６６から質量分析計１６０へのトレーサーガスの送出の方が多くなる。
【００３０】
本発明の実施形態による、校正モードにおけるリーク検出器の動作を示すフローチャートを図５に示す。リーク検出器は、所望の機能、例えば通常の動作又は校正を行うようにセットアップされる。ブロック３１０によって示されるように、コントローラー２２０内のソフトウエアが、通常のリークテスト動作中に用いられる所定の動作ゲイン値を維持する。動作ゲイン値は、図４に示されるように、ユーザーによって選択される動作範囲に従って変化する。ブロック３１２によって示されるように、コントローラー２２０内のソフトウエアが、所定の校正ゲイン値を維持し、ユーザーが選択した動作範囲に従って校正ゲイン値を調整する。ソフトウエアは、選択される操作モード及び選択される動作範囲に応じて動作ゲインから校正ゲインへゲイン値を自動的に変更する。ブロック３１６によって示されるように、コントローラー２２０は、動作範囲の各々におけるリークテスト動作に必要なマスフィルターのトレーサーガス送出（マスフィルターを通過して検出器へ向かうトレーサーガスの量）を制御する。可変の質量ろ過は、広範なあり得るリーク量をリーク検出器システムの動作範囲にスケーリングする。マスフィルターのトレーサーガス送出は、例えばターボ分子ポンプの回転速度又は透過性膜の温度を変えることによって達成することができる。ブロック３１４によって示されるように、ユーザーの入力に応答して操作モード又は校正モードを選択する。ブロック３１８に示されるように、選択されたモードに従って校正リーク弁１６８を制御して、校正プロセスの種々のステップ中に開くか又は閉めることができる。これらのセットアップ動作によって、リーク検出器が選択された動作範囲で校正を行うことが可能になる。
【００３１】
動作（act）３２０において、校正リーク１６６の温度を測定して記憶し、動作３２２において、校正リークの温度補償値を計算する。コントローラー２２０は、校正リークの温度の関数としてのリーク量の変化を記憶し、校正の時点で周囲温度に対して校正リークの値を自動的に補償する。ステップ３２４において、コントローラーは、電子機器のノイズレベルに基づいてオフセット値を測定すると共に記憶する。動作３２６において校正リーク弁１６８を開き、動作３２８において質量分析計１６０を調節して検出器信号を最大にする。調節は、スリットを通過して検出されるトレーサーガスイオンの数を最大にするために、トレーサーガスイオンに適用される磁場を変えるか又は質量分析計内のイオン電圧を調整することによって達成することができる。
【００３２】
動作３３０において校正リーク弁１６８を閉め、動作３３２において周囲のバックグラウンド信号を測定して記憶する。トレーサーガスのバックグラウンド信号を用いて、通常動作中にバックグラウンド信号を効果的に補償することができる。動作３３４において、プログラム可能ゲイン要素２２２のゲインを、選択された動作範囲の校正ゲイン値に変更し、動作３３６において校正リーク弁１６８を開く。動作３３８において、校正リーク１６６によって生成されるトレーサーガス信号を測定する。動作３４０において、測定されたトレーサーガス信号を用いてリーク検出器システムを校正する。特に、校正リークの測定値及び校正リークの既知の値を用いて、バックグラウンド信号及び電子オフセットに関して補正された、測定されたリーク量によって除算した温度補償された既知のリーク量として定義される「システムゲイン」を求めることによってシステムを校正する。動作３４８において、操作モードにおけるテストピースの測定中に、測定値に計算されたシステムゲインを乗算して、実際のリーク量を表示する。
【００３３】
動作３４２において校正リーク弁１６８を閉め、動作３４４において、プログラム可能ゲイン要素２２２のゲインを動作ゲイン値に変更する。コントローラーは、リーク量動作範囲のユーザーの選択に基づいて、デフォルトの動作ゲイン値及び校正ゲイン値を自動的に設定する。ユーザーが動作範囲を選択すると、コントローラーは、その範囲内で機能することが要求される動作パラメーターのすべてを調整する。ユーザーが新たな動作範囲を選択すると、コントローラーは、その新たな動作範囲についての動作パラメーターを自動的に再調整する。
【００３４】
動作ゲイン値への変更は、動作３４６における校正手順の終了を表す。動作３４８において、正しい校正された測定リーク量を表示する。コントローラーは、上述の検出器信号及びパラメーターを用いて、適切な動作範囲にスケーリングされた測定リーク量を計算する。
【００３５】
単一の動作範囲についての校正手順を示し説明した。校正手順は、図４に示されるようなターボポンプ回転速度及び校正ゲインの対応する設定を用いて、用いられる動作範囲ごとに繰り返すことができる。校正手順は、リーク検出器をオンにしたときに最初に、選択された間隔で、又は新たな動作範囲へ変更するとき等、任意の時点で行うことができる。
【００３６】
様々な動作範囲、様々な校正リーク値及び様々なリーク検出器パラメーターを本発明の範囲内で用いることができることが理解されるであろう。加えて、校正手順は、外部校正リーク１７０を用いて、校正リーク１７０の異なる位置を考慮するためにターボポンプ回転速度及び校正ゲイン値に適切な変更を加えることによって行うこともできる。
【００３７】
開始時に、コントローラー２２０内のソフトウエアが動作のための初期パラメーターを自動的にロードする。ユーザーは、グラフィックディスプレイスクリーン又はホストコンピューターからの電子信号入力を介して動作範囲を選択する。ソフトウエアは、システムを構成するために、上述の動作パラメーターをすべて自動的に設定する。図４に示されるように、プログラム可能ゲイン要素のゲインは動作ゲイン値に設定され、ターボポンプ回転速度は選択されたリークテスト動作用に設定される。一実施形態の動作ゲイン値及び校正ゲイン値は、図４の表中にターボポンプ回転速度と共に示されている。
【００３８】
校正が選択されると、ソフトウエアはハードウエア及び上述したパラメーターを自動的に制御し、動作範囲がそれに応じて選択された、ユーザーが要求した校正を行う。プログラム可能ゲイン要素のハードウエアゲインは、動作ゲイン値から校正ゲイン値に自動的に変更される。このゲインの変更は、高い精度でミリ秒で達成されるため、４つの可能なリーク量動作範囲のいずれかにおいてＥ−０７範囲のリークを読み取ることができる。校正リークは、フォアラインと比べて低い圧縮比を有するターボポンプの上部付近で中間ポートに接続されているため、校正リーク信号は、通常の動作信号よりも１０倍大きい。このことが、図４の表において校正リーク信号を１桁だけ効果的にシフトする。校正モードにおける１０倍の信号とソフトウエアによるゲインの正確な自動制御との組み合わせによって、広範なリーク量の桁における正確な校正に１つの校正リークを用いることが可能となる。ゲイン値の自動的な変更によって、４つの動作範囲内の正確な絶対校正のためにＥ−０７校正リークを用いた校正が可能となる。したがって、Ｅ−０７校正リークは、ユーザーが選択するいくつかの動作範囲における正確な校正を提供する。
【００３９】
例えば、システムがＥ−０４〜Ｅ−０７動作範囲で動作しながら或る校正が選択される場合、所望の範囲の正確な絶対校正を達成するために、ターボポンプ回転速度は６００００ＲＰＭに設定され、ゲイン値は１の校正ゲインに自動的にスイッチされ、新たなオフセット値が計算され、検出器が自動的に調節され、適切なシステムゲインが計算される。校正が完了すると、ソフトウエアは、ゲイン値を２の動作ゲイン値に自動的にスイッチして戻す。動作ゲインから校正ゲインへのゲインの変更及びその戻す変更は、ユーザーに対してトランスペアレントに変更され、ミリ秒で行われる。
【００４０】
このように本発明の少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様を説明したが、種々の変形、変更及び改良が当業者には容易に想到されるであろうことを理解するべきである。そのような変形、変更及び改良は、本開示の一部であることが意図され、本発明の精神及び範囲内にあることが意図される。したがって、前述の説明及び図面は例示にすぎない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレーサーガスを含有するテスト試料を受け取るテストポートと、
前記テストポートに接続される真空ポンプと、
前記トレーサーガスを含有する校正試料を提供する校正リークと、
操作モードでは前記テスト試料を受け取るように前記テストポートに接続され、校正モードでは前記校正試料を受け取るように校正リーク弁を通じて前記校正リークに接続されるマスフィルターであって、前記トレーサーガスを制御可能に送出し、ろ過された試料を提供する、マスフィルターと、
前記ろ過された試料中の前記トレーサーガスを検出し、検出器信号を提供する検出器と、
前記検出器信号に応答してリーク量の測定値を提供するプログラム可能ゲイン要素と、
モード制御信号に応答して、前記校正モードにおいて該リーク検出器を動作させるように構成されるコントローラーであって、前記校正リークを用いて２つ以上の動作範囲にわたって該リーク検出器を校正するように構成される、コントローラーと、
を含む、トレーサーガス式リーク検出器。
【請求項２】
前記コントローラーが、前記動作範囲のそれぞれに関して前記マスフィルターの送出値及び前記プログラム可能ゲイン要素のゲイン値を設定すると共に、前記範囲のそれぞれにおいて前記校正リークに対して測定値を校正することによって、前記校正リークを用いて２つ以上の動作範囲にわたって前記リーク検出器を校正するように構成される、請求項１に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項３】
前記マスフィルターが、制御可能な速度を有するターボ分子ポンプを含み、該ターボ分子ポンプが、前記検出器に接続される入口と、前記テストポートに接続されるフォアラインとを有する、請求項１に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項４】
前記コントローラーと前記ターボ分子ポンプとの間に接続されるポンプコントローラーをさらに含み、該ポンプコントローラーが、前記ターボ分子ポンプの速度をフィードバック制御する、請求項３に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項５】
前記校正リークが、前記校正リーク弁を通じて前記ターボ分子ポンプの中間ポートに接続される、請求項３に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項６】
前記校正リークからの前記中間ポートを通じた前記検出器への前記トレーサーガスの送出が、前記テストポートからの前記ターボ分子ポンプの前記フォアラインを通じた前記検出器への前記トレーサーガスの送出よりも多い、請求項５に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項７】
前記プログラム可能ゲイン要素が、プログラム可能なゲインを有するアナログ／デジタル変換器を含む、請求項１に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項８】
質量分析計を含む、請求項３に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項９】
前記マスフィルターが、軽いガスに関しては比較的低い圧縮比を、重いガスに関しては比較的高い圧縮比を特徴とする真空ポンプを含む、請求項１に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項１０】
前記マスフィルターがトレーサーガス透過性部材を含む、請求項１に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項１１】
校正が、前記モード制御信号に応答して、前記校正リーク弁、前記マスフィルターの前記送出及び前記プログラム可能ゲイン要素の前記ゲインを制御することによって自動的に行われる、請求項１に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項１２】
校正リークからの校正試料を校正リーク弁を通じてマスフィルターへ供給するステップであって、該マスフィルターが前記校正試料に応じてろ過された試料を提供する、ステップと、
前記ろ過された試料を検出し、検出器信号を提供するステップと、
リーク量の測定値を提供するために、プログラム可能ゲイン要素によって前記検出器信号を調整するステップと、
前記校正リークに対して第１の測定値を校正することによって第１の動作範囲の第１の校正値を求めるステップと、
前記校正リークに対して第２の測定値を校正することによって第２の動作範囲の第２の校正値を求めるステップと、
を含む、トレーサーガス式リーク検出器を校正する方法。
【請求項１３】
前記第１の動作範囲に対応するように、前記マスフィルターの送出及び前記プログラム可能ゲイン要素のゲインを第１の校正値に設定するステップと、
前記第２の動作範囲に対応するように、前記マスフィルターの前記送出及び前記プログラム可能ゲイン要素の前記ゲインを第２の校正値に設定するステップと、
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記マスフィルターがターボ分子ポンプを含み、前記マスフィルターの前記送出を前記第１の校正値及び前記第２の校正値に設定するステップが、前記ターボ分子ポンプを第１のポンプ速度及び第２のポンプ速度に設定するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記プログラム可能ゲイン要素の前記ゲインを前記第１の校正値及び前記第２の校正値に設定するステップが、プログラム可能なゲインを有するアナログ／デジタル変換器のゲインを設定するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記校正リークの周囲温度に関して前記第１の校正値及び前記第２の校正値を補正するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
電子ノイズに起因するオフセットに関して前記第１の校正値及び前記第２の校正値を補正するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
バックグラウンドトレーサーガスに関して前記第１の校正値及び前記第２の校正値を補正するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記検出器を調節して検出器信号を最大にするステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
モード制御信号に応答して前記リーク検出器の校正を自動的に行うステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１】
トレーサーガスを含有するテスト試料を受け取るテストポートと、
前記テストポートに接続される真空ポンプと、
前記トレーサーガスを含有する校正試料を提供する校正リークと、
操作モードでは前記テスト試料を受け取るように前記テストポートに接続され、校正モードでは前記校正試料を受け取るように校正リーク弁を通じて前記校正リークに接続されるマスフィルターであって、前記トレーサーガスを制御可能に送出し、ろ過された試料を提供する、マスフィルターと、
前記ろ過された試料中の前記トレーサーガスを検出し、検出器信号を提供する検出器と、
前記検出器信号に応答してリーク量の測定値を提供するプログラム可能ゲイン要素と、
モード制御信号に応答して、前記校正モードにおいて該リーク検出器を動作させるように構成されるコントローラーであって、前記校正リークを用いて２つ以上の動作範囲にわたって該リーク検出器を校正するように構成される、コントローラーと、
を含む、トレーサーガス式リーク検出器。
【請求項２】
前記コントローラーが、前記動作範囲のそれぞれに関して前記マスフィルターの送出値及び前記プログラム可能ゲイン要素のゲイン値を設定すると共に、前記範囲のそれぞれにおいて前記校正リークに対して測定値を校正することによって、前記校正リークを用いて２つ以上の動作範囲にわたって前記リーク検出器を校正するように構成される、請求項１に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項３】
前記マスフィルターが、制御可能な速度を有するターボ分子ポンプを含み、該ターボ分子ポンプが、前記検出器に接続される入口と、前記テストポートに接続されるフォアラインとを有する、請求項１に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項４】
前記コントローラーと前記ターボ分子ポンプとの間に接続されるポンプコントローラーをさらに含み、該ポンプコントローラーが、前記ターボ分子ポンプの速度をフィードバック制御する、請求項３に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項５】
前記校正リークが、前記校正リーク弁を通じて前記ターボ分子ポンプの中間ポートに接続される、請求項３に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項６】
前記校正リークからの前記中間ポートを通じた前記検出器への前記トレーサーガスの送出が、前記テストポートからの前記ターボ分子ポンプの前記フォアラインを通じた前記検出器への前記トレーサーガスの送出よりも多い、請求項５に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項７】
前記プログラム可能ゲイン要素が、プログラム可能なゲインを有するアナログ／デジタル変換器を含む、請求項１に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項８】
質量分析計を含む、請求項３に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項９】
前記マスフィルターが、軽いガスに関しては比較的低い圧縮比を、重いガスに関しては比較的高い圧縮比を特徴とする真空ポンプを含む、請求項１に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項１０】
前記マスフィルターがトレーサーガス透過性部材を含む、請求項１に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項１１】
校正が、前記モード制御信号に応答して、前記校正リーク弁、前記マスフィルターの前記送出及び前記プログラム可能ゲイン要素の前記ゲインを制御することによって自動的に行われる、請求項１に記載のトレーサーガス式リーク検出器。
【請求項１２】
校正リークからの校正試料を校正リーク弁を通じてマスフィルターへ供給するステップであって、該マスフィルターが前記校正試料に応じてろ過された試料を提供する、ステップと、
前記ろ過された試料を検出し、検出器信号を提供するステップと、
リーク量の測定値を提供するために、プログラム可能ゲイン要素によって前記検出器信号を調整するステップと、
前記校正リークに対して第１の測定値を校正することによって第１の動作範囲の第１の校正値を求めるステップと、
前記校正リークに対して第２の測定値を校正することによって第２の動作範囲の第２の校正値を求めるステップと、
を含む、トレーサーガス式リーク検出器を校正する方法。
【請求項１３】
前記第１の動作範囲に対応するように、前記マスフィルターの送出及び前記プログラム可能ゲイン要素のゲインを第１の校正値に設定するステップと、
前記第２の動作範囲に対応するように、前記マスフィルターの前記送出及び前記プログラム可能ゲイン要素の前記ゲインを第２の校正値に設定するステップと、
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記マスフィルターがターボ分子ポンプを含み、前記マスフィルターの前記送出を前記第１の校正値及び前記第２の校正値に設定するステップが、前記ターボ分子ポンプを第１のポンプ速度及び第２のポンプ速度に設定するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記プログラム可能ゲイン要素の前記ゲインを前記第１の校正値及び前記第２の校正値に設定するステップが、プログラム可能なゲインを有するアナログ／デジタル変換器のゲインを設定するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記校正リークの周囲温度に関して前記第１の校正値及び前記第２の校正値を補正するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
電子ノイズに起因するオフセットに関して前記第１の校正値及び前記第２の校正値を補正するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
バックグラウンドトレーサーガスに関して前記第１の校正値及び前記第２の校正値を補正するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記検出器を調節して検出器信号を最大にするステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
モード制御信号に応答して前記リーク検出器の校正を自動的に行うステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１２−５０６５３４（Ｐ２０１２−５０６５３４Ａ）
【公表日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３２３３９（Ｐ２０１１−５３２３３９）
【出願日】平成２１年１０月２０日（２００９．１０．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６１３６３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０４８２１１
【国際公開日】平成２２年４月２９日（２０１０．４．２９）
【出願人】（５９９０６０９２８）バリアン・インコーポレイテッド (81)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２０日（２００９．１０．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６１３６３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０４８２１１
【国際公開日】平成２２年４月２９日（２０１０．４．２９）
【出願人】（５９９０６０９２８）バリアン・インコーポレイテッド (81)
【Ｆターム（参考）】
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