Sådan måles vakuumtrykket

Trykket, der måles med vakuumteknologi i dag, dækker området fra 2000 mbar til 10-12 mbar, dvs. over 15 størrelsesordener. Den enorme dynamik, der er repræsenteret her, kan påvises ved analogianalyse af vakuumtryk- og længdemålinger, som vist i tabel 3.1.

Analyse af analogi

Målinger foretages over dette brede trykområde ved hjælp af måleanordninger kaldet vakuummålere. I den udstrækning det er fysisk umuligt at lave et vakuummåler, der kan foretage kvantitative målinger over hele vakuumområdet, findes der nogle vakuummålere, der normalt har et karakteristisk måleområde på flere størrelsesordener (se fig. 9.16a).

For at det størst mulige måleområde kan tildeles enkelte typer vakuummålere, erkender man, at måleusikkerheden stiger meget hurtigt, nogle gange op til 100 % ved de øvre og nedre områdegrænser. Derfor skal der skelnes mellem det måleområde, der er angivet i kataloget, og måleområdet for den "nøjagtige" måling. Måleområdet for hver vakuummåler er begrænset til det øvre og nedre område på grund af fysisk påvirkning.

Vakuummåleren er en enhed til måling af gastryk fra direkte over til langt under det barometriske tryk (DIN 28.400, del 3, udgave 1992). Trykaflæsninger afhænger ofte af gastypen . Partialtrykkene for en bestemt gas eller damp måles nøjagtigt ved hjælp af et måleinstrument, der fungerer efter principperne for et massespektrometer (for at få mere at vide, gå til afsnittet Gasanalyse og massespektrometre ).

Der skelnes mellem følgende vakuummålere:

1. En enhed, der måler tryk som en kraft, der virker på en overflade, er pr. definition kendt som den direkte eller absolutte vakuummåler. Ifølge teorien om gaskinetik afhænger denne kraft, der virker, når en partikel rammer en væg, kun af antallet af gasmolekyler pr. enhedsvolumen (antal densitet n af molekyler) og temperatur, men ikke af molekylernes masse. Visningen på måleinstrumentet afhænger ikke af gastypen. Dertil hører mekaniske og væskefyldte vakuummålere.

2. Udstyr med indirekte trykmåling. Trykket bestemmes som en funktion af gassens trykafhængige (mere præcist densitetsafhængige) egenskaber (varmeledningsevne, elektrisk ledningsevne, ioniseringssandsynlighed). Disse egenskaber afhænger af både molekylvægt og tryk. Måleapparatets trykvisning afhænger af gastypen.

Disse manometre angiver altid testgassen luft eller nitrogen. For andre gasser eller dampe er det normalt nødvendigt at angive en korrektionsfaktor baseret på luft eller nitrogen (se tabel 3,2). Kendskab til gassammensætningen er vigtigt for nøjagtig trykmåling med vakuummålere, der indirekte måler taldensiteten ved at anvende elektrisk energi. I praksis er gassammensætningen kun kendt som et groft skøn. I mange tilfælde er det dog tilstrækkeligt at vide, om lette eller tunge molekyler dominerer i en gasblanding, hvis tryk vil blive målt (f.eks. brint- eller flydende dampmolekyler i en pumpe).

Eksempel: Når trykket i en gas, der hovedsageligt består af pumpevæskemolekyler, måles med en ioniseringsmåler, er trykaflæsningen (baseret på luft eller N₂) ca. 10 gange højere end vist i tabel 3.2.

Trykmålinger i grovvakuumområdet udføres relativt nøjagtigt ved hjælp af en vakuummåler med direkte trykmåling. På den anden side er målinger af tryk så små som <10 ^-3 hånd ofte plaget af en række grundlæggende fejl, der begrænser målenøjagtigheden fra starten. Derfor kan den ikke sammenlignes med den nøjagtighed, der normalt opnås med indirekte måleenheder.

For at kunne komme med meningsfulde udsagn om det tryk, som vakuummåleren viser i grovvakuum, skal du først overveje, hvor og hvordan målesystemet er tilsluttet. I alle trykområder, hvor laminær strømning er dominerende (1013 > p > 10 ^-1 mbar), skal der tages højde for den trykgradient, der forårsages af pumpen. Komponenter med høj ledningsevne kan også generere sådanne trykgradienter. Endelig bør konduktansen i forbindelsesledningen mellem vakuumsystemet og målesystemet ikke være for lille, da ledningen langsomt vil dræne i det laminare trykområde, og det viste tryk vil være for højt.

Målinger i medium vakuum kan foretages med en kapacitanssensor med lav fuld skala (f.eks. CTR100 0,1 Torr), eller der anvendes oftere en varmeledningsevnemåler (f.eks. TTR91RN THERMOVAC-seriens målere). Det er normalt her, overgangen fra laminar til molekylær gasstrøm begynder, så for at opnå den bedste ydeevne bør du overveje, hvor måleren skal placeres. Målinger i dette område er typisk +-15 % ved brug af en varmeledningsevnemåler, så du kan få et rimeligt nøjagtighedsniveau, men ikke så højt som ved brug af direkte målere, detaljeret i grovvakuum.

Højvakuum- og ultrahøjvakuumsituationer er mere komplicerede. Afhængigt af installationen kan trykket være for højt eller for lavt. Ved tilstrækkeligt afgassede målerør kan der registreres et meget lavt tryk på grund af udgasning af vakuummålerens vægge eller utilstrækkelig afgasning af målesystemet. Ved højt og ultrahøjt vakuum kan trykudligningen mellem vakuumsystemet og målerøret tage lang tid. Måleprocessens indvirkning på trykmålingen kræver altid særlige overvejelser.

I et ioniseringsmåleapparat, der arbejder på en varm katode, pyrolyseres f.eks. gaspartikler, især af højere kulbrinter. Dette vil ændre gassens sammensætning. Sådanne effekter spiller en rolle i forhold til trykmålinger i det ultrahøje vakuumområde. Det samme gælder for gasrensning med ioniseringsvakuummålere, især koldkatodemålere (i størrelsesordenen 10 ^-2 til 10 ^-1 l/s). Forurening af målesystemet, elektriske og magnetiske interferensfelter, dårlig isolering og uacceptabelt høje omgivelsestemperaturer forfalsker trykmålingerne.

Ved måling af tryk i området mellemhøjt til højt vakuum med en måleusikkerhed på mindre end 50 % skal testpersonen være meget forsigtig. Trykmålinger, der kræver få procent nøjagtighed, kræver en stor indsats og som regel brug af særligt måleudstyr. Dette gælder især for alle trykmålinger i det ultrahøje vakuumområde (p < 10 ^-7 mbar).

Ved valg af den rigtige måleenhed er det ikke kun det ønskede trykområde, der skal tages i betragtning. Driftsforholdene, som instrumentet arbejder under, spiller også en vigtig rolle. Måleudstyr skal være robust, når der foretages målinger under vanskelige driftsforhold, f.eks. høj risiko for kontaminering, manglende evne til at eliminere rørvibrationer og forventning om luftsprængninger. Bourdon-målere, membranmålere, varmeledningsevnemålere, varmkatodeioniseringsvakuummålere og Penning-målere anvendes i industrielle anlæg. Nogle af disse måleenheder er følsomme over for ugunstige driftsforhold. Hvis årsagerne til ovennævnte fejl i vid udstrækning er afhjulpet, skal og kan de anvendes korrekt ved at følge betjeningsvejledningen.