Was ist ein Vakuummessgerät?
Ein Vakuummessgerät ist ein Sensor, der zur Messung des Vakuums in einem bestimmten Raum verwendet wird.
Je nach Anwendung wird entweder ein Partialdruck-Vakuummessgerät oder ein Gesamtdruck-Vakuummessgerät gewählt. Außerdem gibt es eine große Anzahl verschiedener Messmethoden. Der Bereich des Vakuums, der gemessen werden kann, variiert je nach diesen Unterschieden.
Anwendungen von Vakuummessgeräten
Vakuumräume werden häufig in Produktionsstätten eingesetzt, in denen ein hohes Maß an Sauberkeit erforderlich ist, da es in Vakuumräumen unendlich wenige Verunreinigungen, einschließlich Feuchtigkeit, gibt. So werden Vakuummessgeräte in Flüssigkeitskreisläufen installiert, die mit Kammern und Quarzrohren verbunden sind, wenn eine Kontrolle der Vakuumreichweite erforderlich ist.
Vakuummessgeräte werden häufig in Plasmaätzanlagen in der Halbleiterherstellung und in Versuchseinrichtungen wie der Metallurgie und der organischen Synthese eingesetzt. Sie werden auch in Situationen eingesetzt, in denen Oberflächenreinheit erforderlich ist, wie z. B. bei der Bearbeitung von Objektoberflächen, z. B. in Ionenstrahl- und Beschichtungsanlagen.
Funktionsweise der Vakuummessgeräte
Es gibt eine breite Palette von Vakuummessgeräten und Messprinzipien. Vakuummessgeräte messen erfolgreich den Impuls von Gasmolekülen, die in sehr kleinen Mengen vorhanden sind, was in Gasdichte und Vakuum in einem Raum umgerechnet wird. Das am häufigsten verwendete Vakuummessgerät ist das Pirani- Vakuummessgerät.
Das Pirani-Vakuummessgerät ist ein elektrisches Widerstandsvakuummessgerät, das den Strom aus der Wärmeenergie berechnet, die beim Auftreffen des Gases auf einen stromdurchflossenen Platindraht verloren geht, und aus diesem Wert den Druck rückwärts berechnet. Der Mikrodruck entspricht direkt dem Grad des Vakuums.
Auswahl eines Vakuummessgeräts
Da es viele verschiedene Arten von Vakuummessgeräten gibt, ist es notwendig, das richtige Vakuummessgerät für den richtigen Zweck auszuwählen. Es ist wichtig, die Eigenschaften der einzelnen Vakuummeter zu kennen, da sie sich je nach Anwendungsart und Messverfahren unterscheiden.
Da es auch verschiedene Arten von Vakuummessgeräten gibt, sollte die Auswahl entsprechend dem Vakuumniveau des zu messenden Raums getroffen werden. Soll das Erreichen des Endvakuums gewährleistet werden, genügt ein Vakuummessgerät, soll jedoch das Verhalten der Vakuumpumpe, z.B. das Saugvermögen, ermittelt werden, müssen mehrere Vakuummessgeräte installiert werden.
Arten von Vakuummessgeräten
Vakuummessgeräte lassen sich je nach Anwendung, Messverfahren und Messbereich in mehrere Typen einteilen.
1. Nach Anwendung
Vakuummessgeräte für Partialdruck
Ein Partialdruck-Vakuummessgerät wird gewählt, wenn das Vakuum nur für einzelne Gase gemessen werden soll: In einem Gemisch aus zwei oder mehr Gasen ist der Partialdruck der Druck, der von jedem einzelnen Gas angezeigt wird.
Es wird zur Analyse der Qualität des Vakuums verwendet, da verschiedene Gase bei gleichem Druck unterschiedliche Eigenschaften haben. Das gebräuchlichste Vakuummessgerät für Partialdruck ist das Massenspektrometer.
Massenspektrometer bestehen aus einer Ionenquelle, einem Analysator und einer Detektionseinheit. Durch die Verwendung eines elektrischen oder magnetischen Feldes kann der Druck jedes Gases bestimmt werden, indem nur bestimmte Ionen beobachtet werden.
Vakuummessgeräte für den Gesamtdruck
Vakuummessgeräte für den Gesamtdruck werden gewählt, wenn das Vakuum in einem Raum einfach gemessen werden soll. Es gibt zahlreiche Typen, je nach Messverfahren, so dass die Wahl je nach Zweck getroffen werden muss.
2. Messverfahren
Es gibt drei Haupttypen von Messverfahren. Es gibt drei Haupttypen von Messverfahren: Verfahren, die den Druck selbst messen, Verfahren, die Transportphänomene von Gasen nutzen, und Verfahren, die Ionisierungsphänomene in Gasen nutzen.
Methoden, die den Druck selbst messen
Zu den Vakuummessgeräten, die den Druck selbst messen, gehören die U-Rohr-Vakuummessgeräte, bei denen ein Ende eines Glas-U-Rohrs evakuiert und vakuumdicht verschlossen ist.
Das U-förmige Vakuummessgerät zeichnet sich dadurch aus, dass es von der Gasart unabhängig ist. Es ermöglicht die Messung des Absolutdrucks und wird daher als Kalibrierungsstandard für andere Vakuummessgeräte verwendet.
Methoden, die Gastransportphänomene nutzen
Vakuummessgeräte, die sich das Transportphänomen von Gasen zunutze machen, sind Wärmeleitfähigkeits-Vakuummessgeräte. Diese Vakuummessgeräte machen sich die Eigenschaft zunutze, dass die Wärmeleitfähigkeit von Gasen mit dem Druck variiert.
Es gibt zahlreiche Arten von Wärmeleitungsvakuummessgeräten, darunter Pirani-Vakuummessgeräte, Thermistor-Vakuummessgeräte und Thermoelement-Vakuummessgeräte. Es ist wichtig zu beachten, dass Vakuummessgeräte mit Wärmeleitung im Hochvakuum mehr durch Wärmestrahlung als durch Wärmeleitfähigkeit beeinflusst werden. Daher haben Vakuummessgeräte mit Wärmeleitung den Nachteil, dass sie nicht zur Messung des Hochvakuums verwendet werden können.
Methoden, die Ionisierungsphänomene in Gasen nutzen
Penning-Vakuummessgeräte (Kaltkathoden-Ionisationsvakuummessgeräte) und Ionenmessgeräte (Heißkathoden-Ionisationsvakuummessgeräte) sind zwei Arten von Vakuumröhren, die sich das Ionisationsphänomen von Gasen zunutze machen. Die Vakuummessgeräte von Penning nutzen das Phänomen der Entladung im Vakuum zur Druckmessung. Sie sind sehr langlebig, ihre Empfindlichkeit ist jedoch je nach Art des Gases sehr unterschiedlich.
Der Vorteil der Vakuummessgeräte von Penning ist ihr einfacher Aufbau. Der Nachteil ist jedoch, dass Penning-Entladungen instabil sein können, was sehr genaue Messungen erschwert. Wenn die Oberfläche stark verunreinigt ist, wird die Menge der von der Kathode emittierten Elektronen reduziert, und es kommt zu keiner Entladung, und es ist schwierig, eine Entladung im Hochvakuum zu initiieren.
3. Messbereich
Der Druck wird in Niedervakuum, mittleres Vakuum, Hochvakuum, Ultrahochvakuum usw. eingeteilt, und der Grad des gemessenen Vakuums hängt von der Art des Vakuummessgeräts ab. Je nach Industriestandard wird das Vakuum je nach Druckbereich in verschiedene Kategorien eingeteilt. Vakuummessgeräte von Pirani können niedriges bis mittleres Vakuum messen, während Vakuummessgeräte mit Ionisation mittleres bis sehr hohes Vakuum messen können.