Qu’est-ce qu’une jauge à vide ?
Une jauge à vide est un capteur utilisé pour mesurer la dépression dans un espace donné.
En fonction de son utilisation, l’on choisira soit une jauge à vide à pression partielle, soit une jauge à vide à pression totale. Il existe également un grand nombre de méthodes de mesure différentes. La plage de vide pouvant être mesurée varie en fonction de ces différences.
Utilisations des jauges à vide
Les jauges à vide sont souvent employées dans les sites de production où des niveaux élevés de propreté sont requis car il y a peu d’impuretés, y compris l’humidité, dans les espaces sous vide. Parmi ces domaines, les jauges à vide sont installées dans des circuits de fluides reliés à des chambres et à des tubes de quartz où le contrôle de la portée du vide est nécessaire.
Les jauges à vide sont souvent installées dans les espaces de gravure au plasma des équipements de fabrication de semi-conducteurs et dans les installations expérimentales, telles que la métallurgie et la synthèse organique. Elles sont également nécessaires dans les situations où la propreté de la surface est requise, par exemple dans le cas de traitement des surfaces d’objets, tels que les équipements à faisceau d’ions et de dépôt.
Principe des jauges à vide
Il existe un large éventail de types de jauges à vide et de principes de mesure. Les jauges à vide mesurent avec succès la quantité de mouvement des molécules de gaz présentes en très petites quantités, convertie en densité de gaz et en vide dans un espace. La jauge à vide la plus couramment utilisée est la jauge à vide Pirani.
La jauge à vide Pirani est une jauge à vide à résistance électrique. Elle calcule le courant à partir de l’énergie thermique dissipée lorsque le gaz entre en collision avec un fil de platine transportant un courant électrique. Elle calcule la pression à rebours à partir de cette valeur. La micro-pression correspond directement au degré de vide.
Comment choisir une une jauge à vide
Comme il existe de nombreux types de jauges à vide, il est nécessaire de choisir la bonne jauge à vide pour le bon usage. Il est important de bien comprendre les caractéristiques de chaque type de vacuomètre car elles diffèrent selon le type d’utilisation et la méthode de mesure.
Comme il existe également plusieurs types de vacuomètres, la sélection doit se faire en fonction du niveau de vide de l’espace à mesurer. Si l’on veut garantir le niveau de vide final, une seule jauge à vide suffit. Si l’on veut déterminer le comportement de la pompe à vide, par exemple la vitesse de pompage, plusieurs jauges à vide doivent être installées.
Types de jauges à vide
Les jauges à vide peuvent être classées en plusieurs types en fonction de l’utilisation, de la méthode de mesure et de la plage de mesure.
1. Selon l’utilisation
Jauges à vide à pression partielle
Une jauge à vide à pression partielle est choisie lorsque le vide ne doit être mesuré que pour des gaz individuels : dans un mélange de deux gaz ou plus, la pression partielle est la pression indiquée par chaque gaz.
Elle permet d’analyser la qualité du vide car les différents gaz ont des propriétés différentes à la même pression. La jauge de vide à pression partielle la plus courante est le spectromètre de masse.
Les spectromètres de masse se composent d’une source d’ions, d’un analyseur et d’une unité de détection. En utilisant un champ électrique ou magnétique, il est possible de déterminer la pression de chaque gaz en observant uniquement des ions spécifiques.
Jauges à vide à pression totale
Les jauges à vide à pression totale sont choisies lorsqu’il s’agit simplement de mesurer la dépression dans un espace. Il en existe de nombreux types, en fonction de la méthode de mesure, et le choix doit donc être fait en fonction de l’objectif.
2. Méthodes de mesure
Il existe trois grands types de méthodes de mesure. Il existe trois grands types de méthodes de mesure : les méthodes qui détectent la pression elle-même, les méthodes qui utilisent les phénomènes de transport des gaz et les méthodes qui utilisent les phénomènes d’ionisation des gaz.
Les méthodes qui détectent la pression elle-même
Les jauges à vide qui utilisent la détection de la pression elle-même comprennent les jauges à vide à tube en U, qui sont des jauges de pression différentielle dont l’une des extrémités d’un tube en U en verre est mise sous vide et scellée.
La jauge à vide en forme de U se caractérise par le fait qu’elle est indépendante du type de gaz. Elle permet de mesurer la pression absolue et sert donc d’étalon de calibration pour d’autres jauges à vide.
Méthodes utilisant les phénomènes de transport de gaz
Les jauges à vide qui utilisent le phénomène de transport des gaz sont des jauges à vide à conductivité thermique. Ces jauges à vide utilisent la propriété selon laquelle la conductivité thermique des gaz varie en fonction de la pression.
Il existe de nombreux types de jauges à vide à conduction thermique, notamment les jauges à vide Pirani, les jauges à vide à thermistance et les jauges à vide à thermocouple. Il est important de noter que les jauges à vide à conduction thermique sont davantage affectées par le rayonnement thermique que par la conductivité thermique à vide poussé. Par conséquent, les jauges à vide à conduction thermique présentent l’inconvénient de ne pas pouvoir être utilisées pour mesurer le vide poussé.
Méthodes utilisant les phénomènes d’ionisation dans les gaz
Les jauges à vide de Penning (jauges à vide à ionisation à cathode froide) et les jauges à ion (jauges à vide à ionisation à cathode chaude) sont deux types de tubes à vide qui utilisent le phénomène d’ionisation des gaz. Les jauges à vide de Penning utilisent le phénomène de décharge dans le vide pour mesurer la pression. Elles sont très résistantes mais leur sensibilité varie fortement en fonction du type de gaz.
L’avantage des jauges à vide de Penning est la simplicité de leur circuit. En revanche, les décharges de Penning peuvent être instables, ce qui rend difficile la réalisation de mesures très précises. De plus, si la surface est fortement contaminée, la quantité d’électrons émis par la cathode est réduite et aucune décharge ne se produit. Il est difficile d’initier une décharge dans des conditions de vide poussé.
3. Plage de mesure
La pression est divisée en vide faible, vide moyen, vide élevé, ultra-vide, etc., et le degré de vide mesuré dépend du type de jauge à vide. Selon la norme japonaise, les niveaux de vide sont classés en cinq catégories en fonction de la plage de pression, comme suit. Les jauges à vide Pirani peuvent mesurer un vide faible à moyen, tandis que les jauges à vide à ionisation peuvent mesurer un vide moyen à ultra-haut.
- Vide faible : 105Pa à 102Pa
- Vide moyen : 102Pa à 10-1Pa
- Vide poussé : 10-1Pa à 10-5Pa
- Vide très poussé : -5Pa à 10-8Pa
- Vide extrêmement poussé : 10-8Pa et moins