导热仪制造技术

制程临界导热仪(PCTCG)仪器依靠测量腔室壁高于环境温度控制(AATC)以提供改善的精度和热稳定性，同时降低和线性化温度系数。传感器电阻暴露在量具室中的气压下。AATC是通过对加热腔室壁的加热器的控制来提供，以控制传感器电阻和腔室壁之间的温差。该技术的一个示例应用是冷冻干燥中的终点检测，其中TCG用于追踪二元气体混合物中水的分压。踪二元气体混合物中水的分压。踪二元气体混合物中水的分压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】导热仪
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2020年11月16日提交的美国临时申请No.63/114,287的权益。上述申请的全部教导通过引用的方式并入本文。

技术介绍

[0003]导热仪(TCG)根据加热的传感器电阻的温度与施加到传感器电阻的加热功率量之间的关系来测量压力。例如，可以监控将细线(传感器电阻)保持在恒定温度T
s
所需的加热功率量。随着气体压力的增加，气体的导热性增加并从加热的线材带走额外的热量，并且增加使线材保持恒温所需的加热功率。将加热功率与压力相关联的校准曲线允许进行压力测量。通常在工厂使用纯氮气进行校准。这是一种间接压力测量，其中加热功率与气体压力成正比。
[0004]这一原理用于著名的皮拉尼真空计，其中的热损失是通过惠斯通电桥(Wheatstone bridge)网络测量的，该网络用于加热感测组件并测量其电阻。在皮拉尼真空计中，温敏电阻连接为惠斯通电桥的一个臂。温敏电阻安装在暴露于真空环境的腔室中，其压力将被测量。
[0005]传统的皮拉尼真空计根据几个已知压力进行校准，以确定气体压力与气体功率损耗或电桥电压之间的关系。然后，假设端部损耗和辐射损耗保持不变，气体的未知压力可以直接由气体损失的功率确定或与桥平衡时的桥电压有关。US 2007/0186658和US 2019/0316981A1中介绍具有惠斯通电桥和替代TCG电路的皮拉尼真空计。
[0006]许多TCG解决的问题是实际加热功率不仅取决于传感器线的温度T
s
，还取决于腔室壁(T
w
)和传感器线之间的温差，即校准曲线取决于壁，也取决于环境温度。随着腔室壁的温度T
w
增加，加热灯丝所需的功率量减少，除非实施环境温度补偿，否则这被解释为压力下降。环境温度严重影响精度。标准TCG设计在传感器线保持恒温时测量壁温并补偿环境温度变化，需要复杂的算法/校准程序，或调整传感器线的温度以保持传感器线和墙壁之间的恒定温差，需要内建于量具中的额外且昂贵的补偿线方案。即使室温稳定，也需要此类方案，因为随着压力增加，TCG往往会自热(self
‑
heat)，从而改变T
w
。

技术实现思路

[0007]TCG在需要TCG提供的数据来做出关键任务决策的制程关键应用中得到越来越多的使用，并且量具用户开始要求改进的性能，这在当前的商业产品中是不可用的，包括改进的准确性、可重复性和温度稳定性。例如，需要一个制程临界导热仪(PCTCG)来满足现代冷冻干燥(lyophilization)制程的要求。
[0008]影响TCG精度的最大因素之一是压力读数的温度系数。大多数商业产品都指定它们运行的精度和温度范围。然而，商业产品无法在整个操作温度范围内满足精度要求；在单一或狭窄的温度范围内查看操作的准确度规格是标准的。一些更现代的产品透过在工厂执行量具特定的温度补偿校准，在针对环境温度变化对压力读数进行适当补偿方面取得良好
进展。补偿校准测量非常耗时，并且依赖于容易出现故障和高维护成本的温度箱，即使采用此类措施，精度也只能在单个温度下指定，无法预期满足整个温度范围。即使在室温没有大的温度变化的情况下，TCG也会受到压力相关的自热影响，因此即使在稳定的室温下仍然需要温度补偿。
[0009]在真空工业中需要TCG以提高压力测量的准确性、再现性和可重复性同时最小化环境温度变化对压力读数的影响。
[0010]所提出的解决方案基于传感器腔室壁高于环境温度的精确温度控制。当传感器线和壁温都适当稳定时，室温对压力读数的影响就会减少。还可以获得针对制程条件的传感器和壁温的优化。
[0011]一种热导压力计包括传感器电阻和具有与传感器电阻隔开的腔室壁的传感器腔室。加热器加热腔室壁。电子装置件向传感器电阻供电，并根据传感器电阻的电阻与施加的功率之间的关系确定传感器腔室中的气体压力。电子装置还向加热器供电以加热腔室壁，以控制传感器电阻和腔室壁之间的温差。
[0012]在一种热导率压力测量方法中，传感器电阻设置在腔室中，该腔室具有与传感器电阻隔开的腔室壁。加热腔室壁以控制传感器电阻和腔室壁之间的温差。功率施加到传感器电阻，且根据传感器电阻的电阻值与施加的功率之间的关系确定腔室中的气体压力。
[0013]施加到传感器电阻的功率可以保持恒定的温度T
S
，并且施加到加热器的功率可以保持恒定的腔室壁温度T
w
。温度T
S
可以大于T
w
。施加到传感器电阻以保持恒温的功率可以确定腔室中的压力。可选地，施加到传感器的功率可以保持恒定，且感测的温度确定压力。
[0014]温度T
S
可以被控制为不同的恒定温度。类似地，壁温T
w
可以控制为不同的恒定温度。
[0015]加热器可以定位在围绕腔室壁的绝缘内。加热器可以是黏附到围绕腔室的绝缘的内表面的带状加热器。
[0016]加热器可以耦接到向加热器供电的电子装置，并且可以将腔室壁和传感器电阻插入加热器中以将传感器引线插入电子装置中，从而在传感器电阻和电子装置之间建立电连接。
[0017]腔室壁温度可以在45℃
‑
110℃的范围内。传感器电阻温度可以比腔室壁温度高30℃
‑
110℃范围内的量。(在皮拉尼型传感器，传感器线总是比壁热，壁中110℃的上限被选择为高于水的沸点。)
[0018]传感器电阻可以是传统皮拉尼量具中的细传感器线。或者，传感器电阻可以在腔的表面上，腔室壁是腔的相对壁。
[0019]电子装置可以被配置为将加热器加热到清洁加热器壁的温度。拥有可用的加热功率使我们能够：控制腔室的温度并吸收环境的变化，在接触液滴后干燥量具内部，防止污染物在传感器内部沉积和黏附，以及通过烘烤使污染物排气。
[0020]可以跨腔室壁中的开口设置挡板至处理腔室。
附图说明
[0021]从下面对示例实施例的更具体的描述中，上述内容将变得显而易见，如附图所示，在附图中，相同的附图标记在不同的视图中指相同的部分。附图不一定按比例绘制，而重点
是放在说明实施例上。
[0022]图1是说明先前技术导热仪的图示。
[0023]图2是根据本专利技术的原理，图1的量具的修改的剖视图。
[0024]图3是与用于提供总压力和分压力测量的控制电子装置相关联的本专利技术的替代实施例的剖面图。
[0025]图3A是图3的传感器的俯视图。
[0026]图4是在冷冻干燥系统中图3的组件的图标。
[0027]图5是体现本专利技术的MEMS热导率传感器的分解透视图。
[0028]图6是图3的量具的修改的剖视图。
具体实施方式
[0029]下面是示例实施例的描述。
[0030]本文引用的所有专利、公开申请和参考文献的教导通过引用整体并入。
[0031]图1示出T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种导热压力计，包括：传感器电阻；传感器腔室，具有与该传感器电阻隔开的腔室壁；加热器，配置为加热该腔室壁；及电子装置，配置为向该传感器电阻施加电源并基于该传感器电阻的电阻与施加的电源之间的关系确定该传感器腔室中的气体压力，并向该加热器施加电源以加热该腔室壁以控制该传感器电阻和该腔室壁之间的温差。2.一种导热压力测量方法，包括：在具有与传感器电阻隔开的腔室壁的腔室内提供该传感器电阻；加热该腔室壁以控制该传感器电阻与该腔室壁之间的温差；及向该传感器电阻施加电源，并根据该传感器电阻的电阻与施加的电源之间的关系确定该腔室中的气体压力。3.根据权利要求1所述的压力计或根据权利要求2所述的方法，其中，向该传感器电阻施加电源以保持恒定温度T
s
且向该加热器施加电源以保持恒定腔室壁温度T
w
。4.根据任一前述权利要求所述的压力计或方法，其中T
s
大于T
w
。5.根据任一前述权利要求所述的压力计或方法，其中温度T
s
可控制为不同的恒定温度。6.根据任一前述权利要求所述的压力计或方法，其中该壁温T
w
可控制为不同的恒定温度。7.根据任一前述权利要求所述的压力计或方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：万机仪器公司，
类型：发明
国别省市：