Was ist ein Vakuum-Manometer?
Ein Vakuum-Manometer (englisch: vacuum pressure gauge) ist ein Druckmessgerät, das Unterdruck unterhalb des Atmosphärendrucks misst.
Es gibt drei Arten von Manometern: Druck-, Verbund- und Vakuum-Manometer. Diese Geräte unterscheiden sich durch den Druckbereich, den sie messen können: Druck-Manometer können nur Überdruck messen, Verbund-Manometer können einen begrenzten Bereich von Über- und Unterdruck messen und Vakuum-Manometer können nur Unterdruck messen.
Daher muss darauf geachtet werden, dass Vakuum-Manometer nur für die Messung von Unterdruck verwendet werden, da dies zu Fehlfunktionen führen kann.
Anwendungen von Vakuum-Manometern
Vakuum-Manometer werden in Plasmaätzanlagen für die Herstellung von Halbleitern, in der Metallurgie, in der organischen Synthese und in anderen experimentellen Einrichtungen verwendet. Weitere Anwendungen sind Ionenstrahl-, Verdampfungs- und Verarbeitungsanlagen, die eine saubere Oberfläche erfordern.
Bei Vorgängen, bei denen die Luft aus den Rohrleitungen entfernt, ein Vakuum erzeugt und dann mit Gas gefüllt wird, werden Vakuum-Manometer zur Messung des Vakuumgrades eingesetzt. Ein bekannter Anwendungsfall ist die Installation einer neuen Klimaanlage.
Indem die Rohrleitungen der Klimaanlage nur mit Kühlgas gefüllt werden, kann die Klimaanlage störungsfrei betrieben werden.
Funktionsweise von Vakuum-Manometern
Es gibt drei Hauptmethoden zur Messung des Vakuumdrucks: mechanische, Gastransport- und Gasionisierungsphänomene.
1. Mechanische Phänomene
Die Messung mechanischer Phänomene kann mit U-Rohr-, McLeod-, Membran-, Rohrfeder- und Totgewichts-Manometern durchgeführt werden.
U-Rohr-Manometer
Es handelt sich um ein Differenz-Manometer, bei dem ein Ende eines Glas-U-Rohrs evakuiert und mit einem Vakuum verschlossen ist. Es ist in der Lage, Druckunterschiede in Gasen aus der Höhe der durch den Druckunterschied erzeugten Flüssigkeitssäule abzulesen und ist nicht von der Art des Gases abhängig. Es kann daher absolute Druckwerte messen.
McLeod-Manometer
Diese Quecksilber-Flüssigkeitssäulen-Manometer werden zur Messung des Drucks von Hochvakua verwendet. Sie sind mit einem Mechanismus ausgestattet, der das Gas komprimiert, um den Druck auszudehnen, so dass der absolute Druck gemessen werden kann.
Membran-Manometer
Dies ist ein System, das mechanisch, optisch oder elektrisch das Ausmaß der Verformung misst, die durch den Druck auf eine Membrane verursacht wird.
2. Gastransportphänomene
Wärmeleitfähigkeits-Vakuum-Manometer sind Vakuum-Manometer, die sich das Transportphänomen von Gasen zunutze machen. Sie machen sich die Eigenschaft zunutze, dass die Wärmeleitfähigkeit von Gasen mit dem Druck variiert.
Es gibt viele Arten von Wärmeleitungsmanometern, darunter Pirani-, Thermistor- und Thermoelement-Manometer. Es ist wichtig zu wissen, dass die Wärmeleitfähigkeit von Vakuum-Manometern im Hochvakuum stärker von der Wärmestrahlung als von der Wärmeleitfähigkeit beeinflusst wird. Daher haben Wärmeleitungs-Vakuum-Manometer den Nachteil, dass sie nicht zum Messen von Hochvakuum verwendet werden können.
Pirani-Manometer sind Messgeräte, die Änderungen des elektrischen Widerstands feststellen. Ein Strom wird durch einen dünnen Platinwiderstandsdraht geleitet, und die Änderung des Platinwiderstands aufgrund von Wärmeverlusten durch Zusammenstöße von Gasmolekülen durch eine Brückenschaltung erfasst.
3. Gasionisierungsphänomene
Diese Methode nutzt das Ionisationsphänomen von Gasen zur Messung des Vakuums. Es gibt verschiedene Typen, darunter Heißkathoden-Ionisations-, Kaltkathoden-Ionisations- und Strahlungs-Manometer:
Thermokathoden-Ionisations-Manometer
Die Glühkathode emittiert thermische Elektronen, die das Gas ionisieren und die erzeugten Ionen werden gemessen.
Kaltkathoden-Ionisations-Manometer
Bei dieser Methode wird eine Kaltkathodenentladung verwendet, um ein Gas zu ionisieren und die erzeugten Ionen zu messen.
Strahlungs-Manometer
Dieses misst durch Strahlung erzeugte Ionen.
Auswahl eines geeigneten Vakuum-Manometers
Da es viele verschiedene Arten von Vakuum-Manometern gibt, ist es notwendig, das geeignete Vakuum-Manometer für den jeweiligen Zweck auszuwählen. Das Vakuumniveau des zu messenden Raums kann als Niedrigvakuum, mittleres Vakuum, Hochvakuum oder Ultrahochvakuum klassifiziert werden.
- Niedervakuum: 105 Pa bis 102 Pa
- Mittleres Vakuum: 102 Pa bis 10-1 Pa
- Hochvakuum: 10-1 Pa bis 10-5 Pa
- Ultrahochvakuum: 10-5 Pa bis 10-8 Pa
- Extrem hohes Vakuum: 10-8 Pa oder weniger
U-Rohr-Quecksilber-Manometer und Membran-Vakuum-Manometer können im Niedrigvakuumbereich messen. McLeod-Manometer können vom Hoch- bis zum Niedrigvakuum messen.
Pirani-Manometer messen im niedrigen bis mittleren Vakuumbereich, während Ionisations-Manometer im mittleren bis ultrahohen Vakuumbereich messen.