Was ist ein Pirani-Vakuummeter?
Ein Pirani-Vakuummeter ist ein Sensor, der mit Hilfe eines elektrischen Widerstands den Grad des Vakuums misst.
Sie werden in vielen Situationen zur Messung des Vakuums eingesetzt, da das Gerät aufgrund seiner geringen Größe leicht zu transportieren und einfach zu bedienen ist. Sie werden auch als Pirani-Unterdruckmessgeräte oder Pirani-Messgeräte bezeichnet.
Sie zeichnen sich durch ihren einfachen Aufbau und ihre geringen Kosten aus. Wird das Messelement in die Messumgebung eingebracht, ändert sich der Strom zum Messelement in Abhängigkeit vom Vakuumgrad, wodurch der Vakuumgrad gemessen werden kann. Pirani-Vakuummeter bestehen im Allgemeinen aus einem Steuergerät und einem Messelement und haben einen Messbereich von etwa 0,5 Pa bis 2 KPa.
Für Messungen, bei denen Druckwerte wichtig sind, sind grundsätzlich andere Vakuummessgeräte erforderlich, da die Genauigkeit am unteren Ende des Messbereiches schlecht wird. Einige Pirani-Vakuummeter haben ein separates Messelement und einen Controller. Einige Vakuummeter können nur innerhalb des Messbereichs eingesetzt werden und brechen ab, wenn sie außerhalb dieses Bereichs eingesetzt werden. Das Pirani-Vakuummeter ist jedoch frei von solchen Einschränkungen und kann ab Atmosphärendruck betrieben werden.
Anwendungen von Pirani-Vakuummetern
Pirani-Vakuummeter werden in Flüssigkeitskreisläufen eingesetzt, die mit Kammern und Quarzrohren verbunden sind, wenn die Reichweite des Vakuums kontrolliert werden muss und eine saubere Oberfläche erforderlich ist. Insbesondere werden sie häufig zur Messung im mittleren Vakuumbereich eingesetzt.
Der mittlere Vakuumbereich ist das Vakuum, das mit einer ölumlaufenden Vakuumpumpe erreicht werden kann, z. B. bei der Messung der Absaugung von FCKW-Gas. Pirani-Vakuummeter werden häufig in den Vorlaufleitungen von Hochvakuum- bis Ultrahochvakuum-Pumpsystemen und in den Rücklaufleitungen von Hochvakuumpumpen eingesetzt.
Da der angezeigte Wert jedoch je nach Art und Zusammensetzung des Gases schwankt, ist eine ausreichende Kalibrierung im Vorfeld erforderlich, um den Absolutdruck zu messen. Pirani-Vakuummeter werden auch zur Messung der Vakuumbedingungen bei physikalischen und chemischen Experimenten, Vakuumverdampfung, Gefriertrocknung, medizinischen Instrumenten, Analysegeräten, Laseranwendungsgeräten, Vakuumpumpen, Plasmaätzplätzen in Halbleiterfertigungsanlagen, Vakuumpackungen in Elektronenmikroskopen usw. verwendet.
Funktionsweise des Pirani-Vakuummeters
Pirani-Vakuummeter sind elektrische Widerstandsmessgeräte, die den Strom aus der Wärmeenergie berechnen, die beim Auftreffen von Gas auf einen stromdurchflossenen Platindraht (Pt) verloren geht. Der Druck wird aus dem Stromwert rückwärts berechnet. Dieser infinitesimale Druck entspricht direkt dem Grad des Vakuums.
Beim Pirani-Vakuummeter befindet sich im Inneren des Messelements ein sehr dünner Platindraht, der durch Anlegen einer elektrischen Spannung auf eine Temperatur von etwa 200 °C erhitzt wird. Wenn Luft auf den Platindraht trifft, entzieht sie dem Platindraht Wärme, was den Regler veranlasst, dem Platindraht mehr Strom zuzuführen, um den Platindraht auf 200 °C zu halten.
Wenn umgekehrt keine Gasmoleküle auf den Platindraht treffen, kann die Temperatur des Platindrahtes mit weniger Energie auf 200 °C gehalten werden. Durch die Messung von Änderungen in der dem Platindraht zugeführten Energiemenge kann das Vakuum in der Messumgebung gemessen werden.
Der Umgang mit dem Platindraht ist auch wichtig für die Genauigkeit der Pirani-Vakuumröhre. Der Platindraht nutzt sich durch die wiederholte Stromzufuhr ab und benötigt mehr Strom als im Neuzustand, um eine Temperatur von 200 °C zu erreichen, so dass er regelmäßig ausgetauscht werden muss. Eine regelmäßige Reinigung ist ebenfalls unerlässlich, da am Platindraht haftender Staub die Messgenauigkeit beeinträchtigen kann.
Weitere Informationen zum Pirani-Vakuummeter
Definition von Vakuum
Der Druck wird in verschiedene Vakuumbereiche eingeteilt, z. B. Niedrigvakuum, mittleres Vakuum, Hochvakuum und Ultrahochvakuum und Pirani-Vakuummeter können vom niedrigen bis zum mittleren Vakuum messen.