ISO 19685:2017 真空技術—真空計—ピラニゲージの仕様、校正、および測定の不確かさ | ページ 2

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

序文

ISO (国際標準化機構) は、各国の標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合です。国際規格の作成作業は、通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。 ISOと連携して、政府および非政府の国際機関もこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するすべての問題について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。

この文書の開発に使用された手順と、今後の維持のために意図された手順は、ISO/IEC 指令で説明されています。 1. 特に、さまざまなタイプの ISO 文書に必要なさまざまな承認基準に注意する必要があります。この文書は、ISO/IEC 指令の編集規則に従って作成されました。 2 ( www.iso.org/directives を参照)

このドキュメントの要素の一部が特許権の対象となる可能性があることに注意してください。 ISO は、そのような特許権の一部または全部を特定する責任を負わないものとします。ドキュメントの開発中に特定された特許権の詳細は、序文および/または受信した特許宣言の ISO リストに記載されます ( www.iso.org/patents を参照)

このドキュメントで使用されている商号は、ユーザーの便宜のために提供された情報であり、保証を構成するものではありません。

規格の自主的な性質に関する説明、適合性評価に関連する ISO 固有の用語と表現の意味、および技術的貿易障壁 (TBT) における世界貿易機関 (WTO) の原則への ISO の準拠に関する情報については、次を参照してください。次の URL: www.iso.org/iso/foreword.html

この文書は、技術委員会 ISO/TC 112, 真空技術によって作成されました。

序章

ISO 3567 および ISO 27893 は、特殊なタイプの真空計の具体的なガイドラインがない基本的な規格であり、一般的に適用されます。特定のゲージの詳細なガイダンスは、特殊なタイプのゲージの校正に関する個別の技術仕様で提供されることを意図しています。

このドキュメントは、ピラニ ゲージの特性評価または校正、または基準ゲージとして使用する際に、ISO 3567 および ISO 27893 を補足するものです。

ピラニゲージは、中真空から大気圧までの圧力を測定するために広く使用されています。圧力スケールの普及とピラニゲージによる低圧および中圧の測定に関連するパラメータ、キャリブレーションガイドライン、および不確実性については、この文書に記載されています。

1 スコープ

このドキュメントでは、ピラニ ゲージのパラメータとその校正手順を特定し、これらのゲージを操作する際に考慮すべき測定の不確実性について説明します。

このドキュメントは、0.01 Pa ~ 150 kPa の圧力範囲で動作するピラニ真空計に適用されます。

このドキュメントは、ピラニ ゲージを校正し、参照標準として使用する際に、ISO 3567 および ISO 27893 を補足します。

さらに、このドキュメントでは、応答時間とヒステリシスについてピラニ ゲージを特徴付ける手順を定義しています。

2 参考文献

以下のドキュメントは、その内容の一部またはすべてがこのドキュメントの要件を構成するように、本文で参照されています。日付のある参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。

  • ISO 3567:2011, 真空計 — 基準ゲージとの直接比較による校正
  • ISO 27893, 真空技術 — 真空計 — 基準ゲージとの直接比較による校正結果の不確かさの評価
  • ISO/IEC 17025, 試験所および校正所の能力に関する一般要件

3 用語と定義

このドキュメントでは、次の用語と定義が適用されます。

ISO と IEC は、次のアドレスで標準化に使用する用語データベースを維持しています。

3.1 コンポーネントの定義

3.1.1

熱伝導率ゲージ

異なる温度に維持された2つの固定要素の表面間の熱エネルギーの伝達に関連して圧力が決定される真空計

注記 1:このゲージは、圧力に依存するガスの熱伝導率に基づいています。

[出典:ISO 3529‑3:2014, 2.4.2.2, modified — 例は削除されました]

3.1.2

ピラニゲージ

加熱された要素が、要素にエネルギーを供給するホイートストン ブリッジの一部であり、要素の電気抵抗または消費電力が測定される熱伝導率ゲージ

注記1ピラニゲージの種類によっては、管内の熱対流を利用して測定範囲の上限を広げたものがあります。このタイプは、対流強化ピラニゲージと呼ばれることがよくあります。

注記2:附属書Aを参照。

[出典:ISO 3529‑3:2014, 2.4.2.2.2, 変更 — エントリの注 1 が置き換えられました。]

3.2 物理パラメータの定義

3.2.1

内部容積

接続フランジ面から数えた、取り付けられている真空システムにさらされるゲージの体積

3.2.2

熱調節係数

ピラニゲージの加熱要素でヒットした後の分子の絶対温度と加熱要素の絶対温度の比

3.2.3

長期的な不安定性

相対測定誤差の典型的な変化を特徴付ける量mml_m1期間を指定する必要がある場合

注記1:このゲージタイプの長期不安定性を決定するための測定誤差は、 mml_m2一定時間経過後のPa(窒素)。この量δ tは相対量であり、次の 2 つの方法で決定できます。
  • a)測定誤差e iの相対標準偏差

    mml_m3

ここで、 nはキャリブレーションiの数であり、

mml_m4

  • b)指定された期間で区切られた再校正間の測定誤差 Δ p iの絶対的な (負ではない) 変化の平均として

    mml_m5

およびnは上記のとおり

注記2 a)の式は測定誤差が有意なドリフトではなくランダムな変動を示す場合に推奨され,b)の式は測定誤差が系統的で単調なドリフトを示す場合に推奨される。

注記3ゲージの出力信号が圧力でない場合(電圧または電流など)、この信号は、測定誤差を計算する前に、メーカーの仕様に基づいて圧力に変換する必要があります。

注記 4:長期不安定性は、より正確なゲージまたは一次標準を使用した再校正によって決定できます。多くの場合、これにはトランスポートが必要であり、それ自体が校正値の不安定性につながる可能性があります。このため、時間に対する不安定性の線形関係を仮定することは合理的ではありません (たとえば、2 年間の δ tは 1 年間のδ tの 2 倍ではありません)

注記 5別段の指定がない限り、 δ tを 1 年間にわたって決定することが推奨される。これは通常、コストと輸送の影響との間の妥当な妥協点であり、他方ではドリフトの可能性と測定の不確実性を最小限に抑えることです。

例:

b) の式に従ってδ tが 6.5% と決定され、再校正期間が 1 年である場合、レポートは「 δ t = 1 年間で 6.5%」となります。

3.2.4

反応時間

τ

ピラニゲージが 1 kPa から 100 Pa の間の窒素の急激な圧力変化 (上または下で指定) にさらされたときに、ピラニゲージが圧力変化差の 90% を示すまでに経過する時間。

注記 1:図 1 を参照。

図 1 —応答時間 τ の定義を説明する図

図1

3.2.5

ヒステリシス

上昇と下降のシーケンスで同じ圧力にさらされたときのピラニゲージの表示の相対的な差。

参考文献

[1]JOUSTEN, K., ed.真空技術のハンドブック。第 2 版。第 13.5 章。 Wiley-VCH, ヴァインハイム、2016
[2]JOUSTEN, K. ピラニ真空計のガス種依存性について。 J.Vac.理科技術。 A. 2008, 26 (3) pp.352–359
[3]W. JITSCHINおよびS. LUDWIピラニセンサーを備えたパルス熱フィラメント真空計 (ドイツ語の記事)研究と実践における真空(VIP) 2004, 16 pp. 23–29
[4]Ellefson, RE等。熱伝導タイプの真空計を校正するための推奨される方法。 JVST A. 2000, 18 (5) pp. 2568–2577
[5]JOUSTEN, K. 真空計の校正のための温度補正。真空。 1998, 49 pp. 81–87
[6]真空技術における全圧測定、A. バーマン。セクション 4.アカデミックプレス、1985
[7]真空システムにおける全圧および分圧測定、JH レック。第2章 スプリンガー、1989年

Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described in the ISO/IEC Directives, 1. In particular the different approval criteria needed for the different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the ISO/IEC Directives, 2 (see www.iso.org/directives ).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents ).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not constitute an endorsement.

For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL: www.iso.org/iso/foreword.html .

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 112, Vacuum technology.

Introduction

ISO 3567 and ISO 27893 are basic standards with no specific guidelines of a special type of vacuum gauge and are generally applicable. Detailed guidance for a specific gauge is intended to be given in separate technical specifications for the calibration of special types of gauges.

This document complements ISO 3567 and ISO 27893 when characterizing or calibrating Pirani gauges or using them as reference gauges.

Pirani gauges are widely used to measure pressures in the medium vacuum up to atmospheric pressure. The relevant parameters, calibration guidelines and uncertainties for the dissemination of the pressure scale and measurement of low and medium vacuum pressures by a Pirani gauge are described in this document.

1 Scope

This document identifies parameters of Pirani gauges, their calibration procedure, and describes measurement uncertainties to be considered when operating these gauges.

This document applies to Pirani vacuum gauges operating over a pressure range of 0,01 Pa to 150 kPa.

This document complements ISO 3567 and ISO 27893 when calibrating Pirani gauges and using them as reference standards.

In addition, this document defines procedures to characterize Pirani gauges for response time and hysteresis.

2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

  • ISO 3567:2011, Vacuum gauges — Calibration by direct comparison with a reference gauge
  • ISO 27893, Vacuum technology — Vacuum gauges — Evaluation of the uncertainties of results of calibrations by direct comparison with a reference gauge
  • ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories

3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

3.1 Definitions of components

3.1.1

thermal conductivity gauge

vacuum gauge in which the pressure is determined in relation to the transfer of thermal energy between the surfaces of two fixed elements maintained at different temperatures

Note 1 to entry: This gauge is based on the thermal conductivity of a gas being pressure dependent.

[SOURCE:ISO 3529‑3:2014, 2.4.2.2, modified — Example has been deleted.]

3.1.2

Pirani gauge

thermal conductivity gauge in which the heated element is part of a Wheatstone bridge that supplies the energy to the element and by which the electrical resistance or the dissipated power of the element is being measured

Note 1 to entry: Some types of Pirani gauges have an extended upper limit of measurement range by using the heat convection inside the tube. This type is often called convection-enhanced Pirani gauge.

Note 2 to entry: See Annex A.

[SOURCE:ISO 3529‑3:2014, 2.4.2.2.2, modified — Note 1 to entry has been replaced.]

3.2 Definitions of physical parameters

3.2.1

internal volume

volume of the gauge that is exposed to the vacuum system where it is attached to, counted from the connecting flange plane

3.2.2

thermal accommodation coefficient

ratio of the absolute temperature of the molecule after a hit with the heated element in a Pirani gauge and the absolute temperature of the heated element

3.2.3

long-term instability

quantity characterizing the typical change of relative measurement error mml_m1 over time where the period needs to be specified

Note 1 to entry: Measurement errors to determine long-term instability of this gauge type are taken for nitrogen at a pressure of mml_m2 Pa (nitrogen) after a specified period. This quantity δt shall be a relative quantity and may be determined in two ways:
  • a) as the relative standard deviation of measurement error ei obtained from at least three calibrations each being separated by the specified period

    mml_m3

with n being the number of calibrations i, and

mml_m4

  • b) as the mean of absolute (non-negative) changes of measurement error Δpi between recalibrations separated by the specified period

    mml_m5

and n as described above

Note 2 to entry: The formula in a) is recommended when the measurement error does not show a significant drift but random variations, and the formula in b) when the measurement error shows a systematic and monotonic drift.

Note 3 to entry: If the output signal of the gauge is not pressure (e.g. voltage or current), this signal shall be converted to pressure based on the manufacturer's specification, before the measurement error is calculated.

Note 4 to entry: Long term instability can be determined by recalibrations with a more accurate gauge or a primary standard. This often requires a transport which itself can lead to an instability of the calibrated value. For this reason, it is not reasonable to assume a linear relationship of instability with time (e.g. δt for a period of 2 years is not 2 times δt for a period of 1 year).

Note 5 to entry: If not specified otherwise, it is recommended to determine δt over a period of 1 year. This is usually a reasonable compromise between costs and influence of transport on the one hand and a possible drift and lowest possible measurement uncertainty on the other hand.

EXAMPLE:

If δt was determined to 6,5 % according to the formula in b), where the period of recalibration was 1 year, the report will be “δt = 6,5 % for a period of one year”.

3.2.4

response time

τ

time that elapses when the Pirani gauge is exposed to a sudden pressure change of nitrogen between 1 kPa to 100 Pa (up or down to be specified), until the Pirani shows 90 % of the pressure change difference

Note 1 to entry: See Figure 1.

Figure 1—Illustration to explain definition of response time τ

Figure_1

3.2.5

hysteresis

relative difference of indication of a Pirani gauge when exposed to the same pressure in a rising and decreasing sequence

Bibliography

[1]JOUSTEN, K., ed. Handbook of Vacuum technology. 2nd ed. Chapter 13.5. Wiley-VCH, Weinheim, 2016
[2]JOUSTEN, K. On the gas species dependence of Pirani vacuum gauges. J. Vac. Sci. Technol. A. 2008, 26 (3) pp. 352–359
[3]W. JITSCHIN and S. LUDWIG. Pulsed hot filament vacuum gauge with Pirani sensor (Article in German). Vakuum in Forschung und Praxis (VIP) 2004, 16 pp. 23–29
[4]Ellefson, R.E. et al. Recommended practice for calibrating vacuum gauges of the thermal conductivity type. JVST A. 2000, 18 (5) pp. 2568–2577
[5]JOUSTEN, K. Temperature corrections for the calibration of vacuum gauges. Vacuum. 1998, 49 pp. 81–87
[6]Total Pressure Measurements in Vacuum Technology, A. Berman. Chapter 4.3. Academic Press, 1985
[7]Total and Partial Pressure Measurements in Vacuum Systems, JH Leck. Chapter 2. Springer, 1989