Pengukuran vakum

Kenipisan gas juga boleh digambarkan oleh ketumpatan molekul gas (bilangan molekul gas per unit isipadu) n. Untuk molekul gas ideal dalam keseimbangan sempurna, P=nkT, k ialah pemalar Boltzmann, dan T ialah suhu mutlak. Peranti untuk mengukur tahap vakum dipanggil tolok vakum, dan unsur sensitif tekanan tolok vakum dipanggil kepala tolok. Sesetengah tolok vakum boleh mengukur secara langsung jumlah tekanan gas. Walaupun beberapa tolok vakum juga memberikan bacaan tekanan, pengukuran sebenar ialah ketumpatan molekul gas, dan hasil pengukuran adalah berkaitan dengan suhu ambien. Apabila terdapat berbilang komponen gas dalam bekas pada masa yang sama, jumlah tekanan gas dalam bekas adalah sama dengan jumlah tekanan separa setiap gas. Jumlah kaedah pengukuran tekanan boleh dibahagikan kepada dua jenis: kaedah langsung dan kaedah tidak langsung. Kaedah langsung menggunakan prinsip perbezaan lajur cecair dan ubah bentuk mekanikal untuk mengukur tekanan secara langsung, termasuk tolok tekanan aras cecair, tolok vakum mampatan dan tolok vakum unsur elastik. Mengikut kuantiti fizik yang diukur oleh dua instrumen pertama, nilai tekanan boleh dikira, yang tergolong dalam tolok vakum mutlak. Kaedah tidak langsung menggunakan beberapa sifat fizikal gas (seperti pengaliran haba, kelikatan, pengionan dan kesan serakan cahaya, dll.) untuk mengukur tekanan, termasuk tolok vakum pengaliran haba, tolok vakum likat dan tolok vakum pengionan. Sebilangan besar tolok vakum yang digunakan dalam teknologi vakum menggunakan kaedah tidak langsung, dan tolok vakum ini mesti ditentukur dengan tolok vakum mutlak atau kaedah lain. Untuk tolok vakum yang diukur dengan kaedah tidak langsung, disebabkan oleh sifat fizikal yang berbeza bagi jenis gas yang berbeza, walaupun di bawah tekanan yang sama, bacaan tekanan berbeza dengan gas, jadi ia harus ditentukur dengan gas yang sepadan. Apabila gas yang disukat bukan satu komponen, maksud bacaan tolok vakum ini adalah lebih rumit. Oleh kerana gas yang digunakan dalam penentukuran tolok vakum am adalah nitrogen tulen, bacaan tolok vakum ini secara kolektif dirujuk sebagai tekanan nitrogen setara sebelum dibetulkan oleh jenis gas. Apabila ruang yang diukur mengandungi pelbagai komponen gas, hanya pengukuran tekanan separa boleh mencerminkan keadaan vakum dan jumlah tekanan dalam bekas dengan tepat dengan tepat

Tolok vakum biasa

1. Tolok Vakum Kekonduksian Terma

Tekanan gas diukur menggunakan prinsip bahawa kekonduksian terma gas berubah dengan tekanan yang berbeza. Dalam tolok vakum jenis ini, arus pemanasan tertentu dialirkan melalui kepala tolok yang dilengkapi dengan wayar panas, dan suhu wayar panas ditentukan oleh keseimbangan antara pemanasan dan pelesapan haba. Kapasiti pelesapan haba adalah fungsi tekanan gas, jadi suhu wayar panas berbeza-beza mengikut tekanan. Jika termokopel tambahan digunakan untuk mengukur suhu wayar panas, kepala tolok ini dipanggil tolok termokopel; jika nilai rintangan wayar panas itu sendiri digunakan untuk mencerminkan suhu, ia dipanggil tolok rintangan atau tolok Pirani. Pengaliran haba gas hanya berubah dengan tekanan pada tekanan rendah (P<100 Pa), dan pengaliran haba gas bukanlah kaedah pelesapan haba utama apabila ia serendah 10-1 Pa. Oleh itu, tolok vakum pengaliran haba digunakan terutamanya dalam julat 100-10-1 Pa. Langkah-langkah khas boleh memanjangkan julat ukuran. Petunjuk tolok vakum pengaliran haba bukan sahaja berkaitan dengan jenis gas, tetapi juga mudah dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti pencemaran permukaan wayar pemanasan, suhu ambien, dan lain-lain, jadi ketepatannya tidak tinggi, dan ia hanya digunakan untuk petunjuk vakum kasar.

2. Tolok vakum Pirani

Prinsip kerjanya ialah: darjah vakum adalah berbeza, bilangan molekul udara per unit isipadu adalah berbeza, keupayaan wayar rintangan pemanasan untuk menghilangkan haba (kapasiti pelesapan haba) adalah berbeza, dan suhu wayar rintangan adalah berbeza , kerana kerintangan wayar rintangan ialah suhu. Oleh itu, darjah vakum yang berbeza menyebabkan kerintangan yang berbeza, maka rintangan adalah berbeza, dan penurunan voltan semasa pada wayar rintangan adalah berbeza. Mengikut perubahan voltan, tekanan udara boleh ditukar, iaitu, tahap vakum diukur. Tolok vakum Pirani sebenar biasanya dibuat menjadi jambatan empat lengan, dan terdapat wayar rintangan untuk pampasan suhu secara bersiri dengannya.

3. Tolok vakum filem kapasitif

Ia adalah tolok vakum unsur elastik, dan filem elastik membahagikan ruang vakum yang mengawal selia kepada dua ruang kecil, iaitu ruang tekanan rujukan dan ruang ukuran. Apabila mengukur tekanan rendah (P<100Pa), ruang rujukan dipindahkan ke vakum tinggi, dan tekanannya adalah lebih kurang sifar. Apabila tekanan dalam ruang pengukuran berbeza, tahap ubah bentuk membran juga berbeza. Terdapat elektrod pegun di dalam ruang pengukur, yang membentuk kapasitor dengan membran. Apabila filem itu cacat, nilai kapasitansi berubah dengan sewajarnya, dan perubahan dalam kapasitans boleh diukur melalui jambatan kapasitans untuk menentukan nilai tekanan yang sepadan. Untuk mengelakkan filem daripada menjalar, kaedah kedudukan sifar biasanya digunakan untuk pengukuran, iaitu, voltan DC digunakan di antara elektrod tetap dan filem, dan daya elektrostatik digunakan untuk mengimbangi tegasan yang dihasilkan oleh tekanan. perbezaan filem untuk mengekalkan diafragma pada kedudukan sifar. Tolok vakum filem kapasitans boleh secara langsung mengukur tekanan gas atau wap. Nilai yang diukur tidak ada kaitan dengan jenis gas, strukturnya kukuh, dan ia boleh menahan penaik. Jika kepala tolok yang berbeza digunakan untuk julat tekanan yang berbeza, ketepatan yang lebih tinggi boleh diperolehi. Tolok vakum filem kapasitans boleh digunakan untuk pemantauan gas ketulenan tinggi, pengukuran ketepatan vakum rendah dan kawalan tekanan, dan juga boleh digunakan sebagai standard sekunder untuk pengukuran vakum rendah.

4. Tolok vakum pengionan

Disingkat sebagai ionometer, ia menggunakan prinsip pengionan gas untuk mengukur tekanan. Tolok vakum pengionan dibahagikan kepada dua kategori: katod panas dan katod sejuk. Biasanya terdapat tiga elektrod dalam kepala tolok tolok vakum pengionan katod panas, iaitu katod, anod dan pengumpul, yang masing-masing memainkan peranan memancarkan elektron, mempercepatkan elektron dan mengumpul ion. Elektron mengionkan gas dalam proses bergerak dari katod ke anod. Jika kesan pengionan sekunder diabaikan (bermaksud bahawa elektron baru yang dijana dalam proses pengionan dipercepatkan oleh medan elektrik dan mendapat keupayaan pengionan dan menyebabkan pengionan baru), setiap elektron yang dipancarkan daripada katod diionkan. Bilangan ion positif yang dihasilkan adalah berkadar dengan ketumpatan gas dalam ruang, dan oleh itu berkadar dengan tekanan pada suhu tertentu. Oleh itu, arus ion Ii=SIeP yang diterima oleh pengumpul, Ie ialah arus pelepasan elektron katod, dan S ialah pemalar kekadaran, yang dipanggil pekali ionometer. Selepas mengesahkan pekali meter pengionan dengan tolok vakum standard pada suhu tertentu, tekanan boleh ditentukan mengikut saiz arus ion. Jenis utama kepala tolok pengionan katod panas Katod biasanya diperbuat daripada dawai tungsten, dan anod boleh dibuat menjadi grid, supaya elektron boleh bergerak ke sana ke mari di kedua-dua belah pihak untuk meningkatkan perjalanan elektron, jadi ia juga dipanggil grid. Pengumpul ionometer triod adalah silinder dan diletakkan di luar grid, dan julat pengukuran tekanannya ialah 10-1 hingga 10-5 Pa. Apabila tekanan kerja lebih tinggi daripada 10-1 Pa, hayat wayar tungsten dipendekkan, dan hubungan antara arus ion dan tekanan mula menyimpang daripada kelinearan disebabkan oleh kesan pengionan sekunder. Katod filamen iridium yang disalut dengan torium oksida atau yttrium oksida boleh berfungsi pada tekanan sehingga 100 Pa dan mempunyai jangka hayat yang agak panjang, dan filamen tidak akan rosak walaupun dipanaskan di atmosfera. Jika kepala tolok pengionan menggunakan filamen ini, dan anod dan pengumpul dibuat ke dalam bentuk khas, jarak antara elektrod dipendekkan, voltan anod dikurangkan, dan kebarangkalian pengionan gas dikurangkan (iaitu, pekali tolok pengionan dikurangkan), maka tolok pengionan ini boleh Mengukur tekanan 10-3 hingga 100 Pa dipanggil meter pengionan tekanan tinggi. Had bawah keamatan voltan rendah yang diukur oleh meter pengionan triod ditentukan oleh arus foto pengumpul, iaitu, disebabkan oleh pancaran foto yang disebabkan oleh sinar-X lembut yang dihasilkan oleh elektron yang mengenai anod yang menyinari pengumpul, arus foto membentuk latar belakang arus pengumpul. Apabila arus foto menyumbang 10% daripada arus ion, had ukuran yang lebih rendah bagi ionometer dicapai. Pengumpul kepala tolok pengionan dibuat menjadi filamen dan diletakkan pada paksi grid. Filamen terletak di luar grid. Pada masa ini, kepekaan tolok pengionan tidak banyak berubah, dan disebabkan oleh kawasan pengumpul yang kecil, sinar-X yang dipintas olehnya adalah lebih kecil daripada Tiga urutan magnitud kurang jenis triod, ionometer ini boleh mengukur tekanan. turun ke 10-8 Pa. Ia telah dicadangkan oleh Bayard dan Albert pada tahun 1950, jadi ia dipanggil BA. Untuk mengukur tekanan 10-9 Pa atau lebih rendah, meter BA termodulat, meter pengionan kutub, meter pengionan lajur melengkung atau meter pengionan magnetron katod panas boleh digunakan. Ionometer ini juga mengecualikan pada tahap tertentu pengaruh ion nyahserap yang disebabkan oleh elektron get pada pengukuran tekanan