Что такое вакуумметр?

Что такое вакуумметр?

Вакуумметр — это датчик, используемый для измерения степени вакуума в заданном пространстве.

В зависимости от назначения выбирается либо вакуумметр парциального давления, либо вакуумметр полного давления. Существует также много методов измерения, и диапазон измеряемого вакуума варьируется в зависимости от разницы между ними.

Примеры применения вакуумметров

Вакуумные пространства часто используются на производственных площадках, где требуется высокая чистота, поскольку в вакуумном пространстве содержится бесконечно мало примесей, включая влагу. Среди них вакуумные датчики устанавливаются в жидкостных контурах, соединенных с камерами и кварцевыми трубками, требующими контроля вакуума.

Вакуумные датчики часто устанавливаются в плазменных травильных пространствах в оборудовании для производства полупроводников и экспериментальных установках, таких как металлургия и органический синтез. Вакуумные датчики также используются в ситуациях, когда требуется чистота поверхности, например, в ионно-лучевом оборудовании и испарительном оборудовании, где обрабатывается поверхность объекта.

Принцип работы вакуумных датчиков

Существует широкий спектр типов вакуумметров и принципов измерения. Вакуумметры успешно измеряют импульс очень малого количества молекул газа и преобразуют его в плотность газа и степень вакуума в пространстве. Наиболее часто используемыми вакуумметрами являются вакуумметры Пирани.

Вакуумметры Пирани — это вакуумметры электрического сопротивления, которые вычисляют электрический ток из тепловой энергии, рассеиваемой при столкновении газа с платиновой проволокой, по которой течет электрический ток. Он вычисляет давление в обратном направлении от этого значения. Микродавление напрямую эквивалентно степени вакуума.

Как выбрать вакуумметры

Существует много типов вакуумметров, поэтому необходимо выбрать вакуумметр, который наилучшим образом соответствует вашим целям. Важно полностью понимать характеристики каждого типа вакуумметра, поскольку они различаются в зависимости от типа применения и метода измерения.

Кроме того, поскольку существует несколько типов вакуумметров различных типов, выбор следует делать в соответствии с уровнем вакуума желаемого вакуумного пространства, которое необходимо измерить. Чтобы гарантировать достижение конечного вакуума, достаточно одного вакуумметра, но если вы хотите узнать поведение скорости вакуумной откачки и других факторов, необходимо установить несколько вакуумметров.

Типы вакуумметров

Вакуумметры можно классифицировать на несколько типов с точки зрения области применения, метода измерения и диапазона измерения.

1. По области применения

Вакуумметры парциального давления
Вакуумметр парциального давления выбирается, когда вакуум необходимо измерить только для отдельных газов, т. е. когда смешиваются два или более газов, парциальное давление — это давление, показываемое каждым газом.

Он используется для анализа качества вакуума, поскольку разные типы газов имеют разные свойства при одном и том же давлении. Наиболее распространенными вакуумметрами парциального давления являются масс-спектрометры.

Масс-спектрометр состоит из источника ионов, анализатора и блока обнаружения. Используя электрическое или магнитное поле, можно определить давление каждого газа, наблюдая только определенные ионы.

Вакуумметры полного давления
Вакуумметры полного давления выбираются, когда вы просто хотите измерить вакуум в пространстве. Поскольку существует множество типов вакуумметров в зависимости от метода измерения, необходимо выбрать тот, который лучше всего подходит для вашей цели.

2. Методы измерения

Существует три основных типа методов измерения. Существует три основных типа методов измерения: методы, которые определяют само давление, методы, которые используют явление переноса газа, и методы, которые используют явление ионизации в газе.

Методы, которые определяют само давление
U-образный вакуумметр — это дифференциальный манометр, который использует стеклянную U-образную трубку, один конец которой откачан до вакуума, а другой конец запаян.

U-образные вакуумметры характеризуются тем, что они не зависят от типа газа. U-образные вакуумметры уникальны тем, что они не зависят от типа газа и используются в качестве калибровочного стандарта для других вакуумметров, поскольку позволяют проводить абсолютное измерение давления.

Метод с использованием явлений переноса газа
Теплопроводные вакуумметры — это вакуумметры, которые используют явление переноса газов. Эти вакуумметры используют свойство, что теплопроводность газа изменяется в зависимости от давления.

Существует много типов теплопроводных вакуумметров, включая вакуумметры Пирани, термисторные вакуумметры и термопарные вакуумметры. Важно отметить, что в отношении теплопроводных вакуумметров при высоком вакууме эффект теплового излучения больше, чем теплопроводности. Поэтому теплопроводные вакуумметры имеют тот недостаток, что их нельзя использовать для измерения высокого вакуума.

Метод с использованием явлений ионизации в газах
Вакуумметры Пеннинга (ионизационные вакуумметры с холодным катодом) и ионные вакуумметры (ионизационные вакуумметры с горячим катодом) — это вакуумметры, которые используют явление ионизации газов. Вакуумметры Пеннинга используют явление разряда в вакууме для измерения давления. Хотя вакуумметры Пеннинга очень долговечны, их чувствительность варьируется в зависимости от типа газа.

Преимущество вакуумметров Пеннинга заключается в том, что их конфигурация схемы проста. С другой стороны, недостатком является то, что разряды Пеннинга могут быть нестабильными, что затрудняет проведение очень точных измерений. Кроме того, если поверхность сильно загрязнена, количество электронов, испускаемых катодом, уменьшается и разряд не происходит, и в условиях высокого вакуума трудно инициировать разряд.

3. Диапазон измерений

Давление делится на низкий вакуум, средний вакуум, высокий вакуум, сверхвысокий вакуум и т. д., а степень измеряемого вакуума зависит от типа вакуумметра. Уровни вакуума классифицируются на пять категорий в соответствии с диапазоном давления, как показано ниже. Вакуумметры Пирани могут измерять низкий и средний вакуум, а ионизационные вакуумметры могут измерять средний и сверхвысокий вакуум.

• Низкий вакуум: от 105 Па до 102 Па
• Средний вакуум: от 102 Па до 10-1 Па
• Высокий вакуум: от 10-1 Па до 10-5 Па
• Сверхвысокий вакуум: от -5 Па до 10-8 Па
• Очень высокий вакуум: 10-8 Па или меньше