7 ปัจจัยที่ส่งผลต่อความไวของเกจวัดสุญญากาศ

ในแง่ของวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์ เป็นเรื่องยากที่จะเน้นย้ําความสําคัญของการตรวจวัดมากเกินไป

ซึ่งเป็นหัวใจสําคัญของทั้งสองสาขานี้ ซึ่งเราใช้เพื่ออธิบายสิ่งที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยสมการ ตาราง กราฟ และตัวเลข ในทางกลับกัน สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถเปรียบเทียบ เปรียบเทียบ ทําซ้ํา และกําหนดความสับสนที่เห็นได้ชัดซึ่งกําหนดโลกของเรา

อย่างไรก็ตาม ในการตระหนักถึงความสําคัญของการตรวจวัด เราต้องยอมรับว่าความถูกต้องแม่นยําต้องเป็นไปควบคู่กับความสามารถในการเปรียบเทียบ คมชัด ทําซ้ํา และกําหนด และในทํานองเดียวกัน เราต้องตระหนักว่าเมื่อใช้มาตรวัดสุญญากาศ มาตรวัดเหล่านี้มีความไวต่ออิทธิพลภายนอกที่หลากหลายซึ่งวิศวกรสุญญากาศจําเป็นต้องทํางานด้วยและรอบๆ (หมายเหตุสําหรับวัตถุประสงค์ของบล็อกนี้: ความถูกต้องแม่นยํา ความไว และความต้านทานต่อความเสียหายของเกจ ทั้งหมดเป็นส่วนหนึ่งของ "การทับซ้อน" ของแผนผังเวนน์เดียวกัน)

มีปัจจัย 7 ประการที่ส่งผลกระทบต่อความไว ความถูกต้อง และความต้านทานต่อความเสียหายของเกจวัดสุญญากาศ:

ตามลําดับความไว มีเกจวัดความดันสองประเภทหลัก:

• ไอออนไนซ์
• ความร้อน

ทั้งสองประเภทนี้เรียกว่า "ทางอ้อม" แต่แตกต่างกันไปในวิธีที่วัดแรงดันที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลก๊าซที่ตกค้าง

• เกจวัดไอออนไนซ์มักใช้สําหรับการวัดค่าแรงดันต่ําที่ความแม่นยําสูงไม่สําคัญ ทํางานโดยโมเลกุลก๊าซไอออนไนซ์ ซึ่งจะเร่งความเร็วไปยังเครื่องตรวจจับ ซึ่งจะวัดกระแสไฟฟ้าใดๆ ที่เกิดจากแรงกระแทกของโมเลกุล
• มีเกจวัดความร้อนหลายประเภท แต่แต่ละประเภทจะขึ้นอยู่กับ "การขนส่ง" ความร้อน โดยเกจวัด Pirani เป็นเกจที่พบได้ทั่วไปที่สุด เครื่องวัดอุณหภูมิทํางานตามหลักการที่ว่าเมื่อโมเลกุลก๊าซสัมผัสกับพื้นผิวที่ร้อน จะมีการถ่ายโอนพลังงานจากพื้นผิวไปยังก๊าซ อัตราการสูญเสียพลังงานจะขึ้นอยู่กับจํานวนการชนกับโมเลกุลก๊าซ ดังนั้นจึงขึ้นอยู่กับแรงดันของก๊าซ

เกจวัดสุญญากาศมักมาจากผู้ผลิตที่สอบเทียบก๊าซไนโตรเจน (ซึ่งหมายความว่าเมื่อวัดค่าก๊าซไนโตรเจน จะมีค่าแก้ไขที่ 1)

หากก๊าซแตกต่างจากก๊าซไนโตรเจน แรงดันที่แท้จริง P_i จะแสดงเป็น:
P_i = ((S_N2÷S_i) x P_N2)

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง:

• S_i และ S_N2 คือความไวสัมพัทธ์ของเกจวัดต่อก๊าซ i (โดยที่ S_N2 ของไนโตรเจนเท่ากับ 1.0 โดยคําจํากัดความ) 
• P_N2 คือแรงดันที่ระบุ (วัดได้)

หากก๊าซที่วัดค่ามีส่วนผสมของก๊าซ กฎของ Dalton สําหรับแรงดันทั้งหมดหรือบางส่วนสามารถใช้เพื่อ "ขยาย" การแก้ไขนี้:

โดยที่ r_i คือสัดส่วนสัมพัทธ์ (ความดันบางส่วน) ของก๊าซชนิด i เมื่อเทียบกับไนโตรเจน ดังนั้น r_i = P_i ÷P_N2

สําหรับการสอบเทียบเกจวัดไอออนไนซ์ ซึ่งทราบกระแสตัวเก็บและกระแสการปล่อย จะใช้สมการต่อไปนี้:

P = [I_c ÷ (S_g x I_e)]

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง:

• I_c คือกระแสไฟฟ้าของตัวเก็บประจุในหน่วยแอมป์ 
• i_e คือกระแสไฟฟ้าที่ปล่อยอิเล็กตรอนในหน่วยแอมป์ 
• และ S g เป็นปัจจัยความไวสําหรับก๊าซ_g ในหน่วย mbar ^-1 และที่
  • S_g = S_N2 x R_G 
  • และโดยที่ R_G คือปัจจัยความไวในการแก้ไขค่าก๊าซ ( ดังที่แสดงในกราฟด้านล่าง)

การเลือกเกจวัดสุญญากาศขึ้นอยู่กับความเข้าใจในหลักการทํางานของเกจวัด และช่วงแรงดันที่สามารถวัดได้ รวมถึงความแม่นยําในช่วงที่ต้องการ

ปัจจัยเหล่านี้ได้รับการกําหนดโดยการทดลองและตรวจสอบยืนยันโดยประสบการณ์

• สําหรับช่วงสุญญากาศต่ํา (หยาบ) ระหว่าง 10 mbar และบรรยากาศ ท่อบูร์ดอน ท่อพับยืด สเตรนเกจแบบแอ็คทีฟ และเซ็นเซอร์ความจุจะเหมาะสม 
• ระหว่าง 10¹ และ 10 ^-3 เหมาะสําหรับมาโนมิเตอร์ความจุ เทอร์โมคัปเปิล หรือเกจวัดประเภท Pirani 
• ระหว่าง 10 ^-3 และ 10 ^-9 mbar เหมาะสําหรับเครื่องวัดแคโทดแบบเย็นและแบบคาโทดแบบร้อน Bayard-Alpert (แต่ทั้งสองแบบต้องมีการ "เช็ด" โมเลกุล/อิเล็กตรอนที่ใช้แล้วบ่อยครั้ง จากนั้นจึงทําการสอบเทียบใหม่)

ได้แสดงให้เห็นว่าโมเลกุลที่มีมวลสูงกว่ามีแนวโน้มต้องใช้ปัจจัยการแก้ไขที่มากกว่า

ในกรณีของเกจวัดการถ่ายเทความร้อน อาจเป็นเพราะโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่กว่าโดยทั่วไปจะมีการนําไฟฟ้า (ความร้อน) สูงกว่า มีปัจจัยหลายประการที่ส่งผลต่อการนําไฟฟ้าของก๊าซชนิดหนึ่ง รวมถึงผลกระทบจากปฏิกิริยา ความร้อนจําเพาะ และค่าสัมประสิทธิ์การปรับตัว

ปัญหาด้านอุณหภูมิข้อที่สองมีลักษณะทั่วไปมากกว่า แม้ว่าเกจวัดความดันจะได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้ที่อุณหภูมิต่างๆ แต่ก็อาจให้ค่าที่ผิดพลาดได้หากอุณหภูมิสูงหรือต่ําเกินไป

หากสภาวะแวดล้อมอยู่ในสภาวะสุดขั้ว (เช่น ร้อนหรือเย็นเกินไป) อาจเกิดการสูญเสีย "การกักเก็บ" ซึ่งอาจทําให้ส่วนประกอบเกิดการกัดกร่อนหรือชํารุดได้ นอกจากนี้ หากใช้เกจวัดรอบน้ํา เกจวัดอาจระเบิดได้หากสัมผัสกับน้ําแข็ง/น้ําแข็ง หรือมีหมอกเนื่องจากการควบแน่น

ความแม่นยําของเกจวัดสุญญากาศจะขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย แต่โดยทั่วไปแล้ว เกจวัดจะมาจากผู้ผลิตที่มีการสอบเทียบ "หยาบ" เท่านั้น (ซึ่งไม่มีการใช้ปัจจัยแก้ไข) และอาจมีความไม่แน่นอนระหว่าง 20 และ 50% ภายในช่วงที่ระบุ

การใช้ปัจจัยแก้ไขก๊าซคงที่สามารถปรับปรุงค่านี้ให้อยู่ระหว่าง 10 ถึง 20%

อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่ต้องการความแม่นยําสูงขึ้น ควรสอบเทียบเกจวัดตลอดช่วงแรงดันทั้งหมด
สําหรับมาตรวัดคุณภาพสูงที่สอบเทียบแยกกันสําหรับก๊าซแต่ละประเภทตลอดช่วงเต็มที่เทียบกับมาตรฐานหลัก ความแม่นยําสามารถปรับปรุงให้อยู่ในช่วงระหว่าง 2 ถึง 5%

การเพิ่มแรงดันเกินเป็นประจํา (และมักเกิดซ้ําๆ) อาจทําให้เกิดปัญหาด้านความแม่นยําและทําให้เกจชํารุดเสียหาย

การสั่นสะเทือนมีผลกระทบต่อค่าที่อ่านได้จากเกจวัดความดันอย่างไม่รู้จัก

อันที่จริงแล้ว การสั่นสะเทือน (เนื่องจากมอเตอร์ เครื่องจักรหนัก ปั๊ม และอุปกรณ์หมุนอื่นๆ) อาจส่งผลให้เกจวัดความดันสึกหรอมากเกินไป ส่งผลให้การอ่านค่าไม่ถูกต้อง รวมทั้งทําให้กลไกตัวชี้เสียหายบ่อยครั้งเนื่องจากมีการเคลื่อนที่ออกจากศูนย์อย่างต่อเนื่อง แม้ในขณะที่ทํางานอย่างถูกต้อง การสั่นสะเทือนอาจทําให้การอ่านค่าที่ถูกต้องเป็นเรื่องยาก

การสัมผัสกับการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องอาจทําให้เกจล้มเหลวได้

ดังที่คุณเห็น มีปัจจัยหลายประการที่นักวิทยาศาสตร์สุญญากาศต้องพิจารณาเพื่อให้แน่ใจว่าเกจวัดสุญญากาศของตนทํางานได้อย่างถูกต้อง