In de kamer vaneen vacuümcoatingmachineVacuümmeting verwijst naar het bepalen van het vacuümniveau in een specifieke ruimte met behulp van specifieke instrumenten en apparaten. Dit type instrument of apparaat wordt een vacuümmeter (instrument, meter) genoemd. Er zijn veel soorten vacuümmeters, meestal onderverdeeld in absolute vacuümmeters en relatieve vacuümmeters volgens meetprincipes. Elke vacuümmeter die de gasdruk rechtstreeks verkrijgt door fysieke parameters te meten, is een absolute vacuümmeter, zoals U-vormige manometers, vacuümmeters van het compressietype, enz. De fysieke parameters die door deze vacuümmeters worden gemeten, zijn onafhankelijk van de gassamenstelling en de meting. is relatief nauwkeurig. Het is echter uiterst moeilijk om direct te meten bij lage gasdrukken; Een vacuümmeter die fysieke hoeveelheden meet die verband houden met druk en deze vergelijkt met een absolute vacuümmeter om de drukwaarde te verkrijgen, wordt een relatieve vacuümmeter genoemd, zoals een afvoervacuümmeter, een warmtegeleidingsvacuümmeter, een ionisatievacuümmeter, enz. Kenmerkend is dat de meetnauwkeurigheid iets lager is en afhankelijk is van het type gas. Bij de daadwerkelijke productie worden, behalve bij vacuümkalibratie, meestal relatieve vacuümmeters gebruikt.
Weerstand vacuümmeter
Weerstandsvacuümmeter is een type warmtegeleidingsvacuümmeter die indirect de mate van vacuüm verkrijgt door de temperatuur van een hete draad in een vacuüm te meten. Het principe is dat de warmtegeleiding van gas onder lage druk verband houdt met de druk, dus het meten van temperatuurparameters en het vaststellen van de relatie tussen weerstand en druk is het probleem dat de weerstandsvacuümmeter moet oplossen.
De structuur van een weerstandsvacuümmeter is dat het verwarmingsgloeidraad in de meter een wolfraam- of platinadraad is met een weerstandscoëfficiënt bij hoge temperaturen. De verwarmingsgloeidraad is verbonden met een Wheatstone-brug en dient als één arm van de brug. Bij verhitting onder lage druk kan de door gloeidraad Q gegenereerde warmte worden uitgedrukt als: Q=Q1+Q2
In de formule is Q1 de warmte die door het filament wordt uitgestraald, wat gerelateerd is aan de temperatuur van het filament; Q2 is de warmte die wordt afgevoerd door gasmoleculen die tegen de gloeidraad botsen, en de grootte ervan is gerelateerd aan de druk van het gas. Wanneer de temperatuur van de hete draad constant is, is Q1 een constante grootheid, dat wil zeggen dat de hoeveelheid warmte die door de hete draad wordt uitgestraald onveranderd blijft. Onder een constante verwarmingsstroomconditie, wanneer de druk van devacuüm systeemafneemt, dat wil zeggen dat het aantal gasmoleculen in de ruimte afneemt, Q2 zal dienovereenkomstig afnemen. Op dit moment zal de door het filament gegenereerde warmte relatief toenemen, waardoor de temperatuur van het filament stijgt en de weerstand van het filament toeneemt. De relatie tussen de druk van de vacuümkamer en de weerstand van het filament is P ↓ → R ↑, dus de druk kan indirect worden bepaald door de weerstandswaarde van het filament te meten.
Het bereik voor het meten van vacuüm met een weerstandsvacuümmeter is 105 tot 10-2Pa. Omdat het een relatieve vacuümmeter is, is de gemeten druk sterk afhankelijk van het type gas en is de kalibratiecurve voor droge stikstof of lucht. Als de samenstelling van het gemeten gas aanzienlijk verandert, moeten de meetresultaten daarom enigszins worden gecorrigeerd. Bovendien zal de hete draad van de weerstandsvacuümmeter na langdurig gebruik geen drift ondervinden als gevolg van oxidatie. Daarom is het noodzakelijk om langdurige blootstelling aan de atmosfeer of het werken onder hoge druk tijdens gebruik te vermijden, en vaak de stroom aan te passen om de nulpositie te kalibreren.
Thermokoppel vacuümmeter
De meter van een thermokoppel-vacuümmeter bestaat voornamelijk uit verwarmingsgloeidraden C en D (platinadraden) en thermokoppels A en B (platinarhodium of constantaan-nikkelchroom) die worden gebruikt om de temperatuur van de verwarmingsgloeidraden te meten. Het thermokoppel is aan de hete kant verbonden met de hete draad en aan de koude kant met de millivoltmeter in het instrument. De elektromotorische kracht van het thermokoppel kan worden gemeten met de millivoltmeter. Bij het meten wordt de thermokoppelmeterbuis aangesloten op het te testen vacuümsysteem en wordt de hete draad met een constante stroom doorgeleid. In tegenstelling tot een weerstandsvacuümmeter zal op dit moment een deel van de door het filament gegenereerde warmte Q worden geleid en gedissipeerd tussen het filament en de thermokoppeldraad. Wanneer de druk van het gas afneemt, zal de temperatuur op de kruising van het thermokoppel toenemen naarmate de temperatuur van de gloeidraad toeneemt. Op dezelfde manier zal de elektromotorische kracht van het temperatuurverschil aan het koude uiteinde van het thermokoppel ook toenemen, en er is een verband tussen de gasdruk en de elektromotorische kracht van het thermokoppel: P ↓ → ε↑.
De meetresultaten van thermokoppelvacuümmeters voor verschillende gassen zijn verschillend vanwege de verschillende thermische geleidbaarheid van verschillende gasmoleculen. Daarom moeten bepaalde correcties worden aangebracht bij het meten van verschillende gassen. Tabel 1-3 geeft correctiefactoren voor sommige gassen of dampen. Het meetbereik van een thermokoppelvacuümmeter is ongeveer 102-10-1Pa en de meetdruk mag niet te laag zijn. Dit komt omdat wanneer de druk lager is, de hoeveelheid warmte die door gasmoleculen wordt gedissipeerd door thermische geleiding erg klein is, en het warmteverlies veroorzaakt door thermische geleiding en straling van de hete draad en thermokoppeldraad de belangrijkste factor is. Daarom zal de verandering in de elektromotorische kracht van het thermokoppel niet worden veroorzaakt door drukveranderingen.
Thermokoppel-vacuümmeters hebben thermische traagheid, en wanneer de druk verandert, blijft de temperatuur van de hete draad vaak een tijdje achter, dus het lezen van gegevens zou ook enige tijd achter moeten blijven; Bovendien is de verwarmingsgloeidraad van een thermokoppelmeter, net als een weerstandsvacuümmeter, ook gemaakt van wolfraam- of platinadraad. Bij langdurig gebruik zal de verwarmingsgloeidraad geen drift ondervinden als gevolg van oxidatie. Daarom moet bij gebruik de verwarmingsstroom regelmatig worden aangepast en moet de verwarmingsstroomwaarde opnieuw worden gekalibreerd.
Ionisatie vacuümmeter
De ionisatievacuümmeter is een veelgebruikt vacuümmeetinstrument dat het principe van ionisatie van gasmoleculen gebruikt om de vacuümgraad te meten. Volgens verschillende bronnen van gasionisatie is het verdeeld in vacuümmeter voor hete kathode-ionisatie en vacuümmeter voor koude kathode-ionisatie. De eerste is verder onderverdeeld in een gewone hete-kathode-ionisatiemeter, een ultrahoog vacuüm hete-kathode-ionisatiemeter en een laagvacuüm hete-kathode-ionisatiemeter. Het bestaat hoofdzakelijk uit drie elektroden: de gloeidraad die elektronen uitzendt als emitter A, de spiraalvormige versnellings- en elektronenverzamelingspoort (ook bekend als de versnellingselektrode) B, en de cilindrische ionenverzamelingselektrode C. De emitter is verbonden met een nulpotentiaal, de versnellingselektrode is verbonden met een positieve potentiaal (enkele honderden volts), en de verzamelelektrode is verbonden met een negatieve potentiaal (enkele tientallen volts). Er is een afstotend veld tussen B en C. Het werkingsprincipe van een ionisatiemeter is dat de hete kathode A elektronen uitzendt, die worden versneld door de versnellende elektrode, en de meeste elektronen vliegen naar de verzamelelektrode. Onder het afstotende veld tussen BC neemt de elektronensnelheid af. Wanneer de snelheid naar nul daalt, vliegen de elektronen terug naar de B-elektrode. Wanneer het elektron naar de BC-ruimte vliegt, wordt het ook onderworpen aan het afstotende veld. Wanneer de snelheid naar nul afneemt, roteert het elektron terug naar de C-elektrode. De herhaalde beweging van het elektron in de BC-ruimte zal in botsing komen met gasmoleculen, waardoor ze energie winnen en ionisatie produceren. De elektronen worden uiteindelijk verzameld door de versnellende elektrode, en de positieve ionen die door ionisatie worden geproduceerd, worden door de verzamelelektrode geaccepteerd en vormen een ionenstroom I+. Voor een bepaalde buis, wanneer de potentiaal van elke elektrode constant is, is I+en. De lineaire relatie tussen de emissie-elektronenstroom Ie en de gasdruk is als volgt: I+=kIeP
In de formule is k een evenredigheidsconstante, wat de huidige waarde betekent van het ion verkregen bij eenheidselektronstroom en eenheidsdruk, met de eenheid 1/Pa, en kan door experimenten worden bepaald. Voor verschillende gassen varieert de grootte van k, en het bestaansbereik ervan ligt tussen 4-40. Wanneer de emissiestroom constant is, is de ionenstroom alleen evenredig met de druk van het gas, zodat de gasdrukwaarde in de vacuümkamer kan worden bepaald op basis van de grootte van de ionenstroom.
Het meetbereik van een gewone vacuümmeter met hete kathode is 1,33 × 10-1 tot 1,33 × 10-5Pa. Ongeacht of deze boven of onder deze meetlimiet ligt, zal dit een verlies aan lineaire relatie tussen de ionenstroom I+ en de gasdruk veroorzaken. Wanneer de druk hoog is, neemt de kans op meerdere botsingen tussen elektronen en moleculen enorm toe. Omdat het versnellingspotentieel veel hoger is dan het ionisatiepotentieel van het gas (enkele tientallen volts), zijn de door ionisatie gegenereerde elektronen voldoende om gasionisatie te veroorzaken. Dit zal een scherpe toename van de elektronenstroom in de ionisatiemeter veroorzaken. Tegelijkertijd is het vrije pad van elektronen vanwege de hoge gasdichtheid kort en zijn de meeste botsingen botsingen met lage energie die geen ionisatie kunnen veroorzaken. Veel factoren leiden ertoe dat een lineair verband tussen ionenstroom en druk niet langer gehandhaafd blijft bij hogere drukken; Wanneer de druk laag is (minder dan 1,33 × 10-1Pa), zullen snelle elektronen die de versnellingselektrode bereiken zachte röntgenstralen genereren, die vervolgens naar de ionenverzamelelektrode C worden gericht. Hierdoor wordt de verzameling elektrode om foto-elektrische emissie te produceren, waarbij een elektronenstroom wordt uitgezonden, waardoor het oorspronkelijke ionenstroommeetcircuit deze drukonafhankelijke stroom over elkaar heen legt, wat resulteert in een verlies van lineaire relatie tussen de ionenstroom I+ en de gasdruk. Op dit moment kan de ionisatievacuümmeter de druk in de vacuümkamer niet meten.
De vacuümcoatingmachine maakt gebruik van een ionisatievacuümmeter om snel en continu de totale druk van het te testen gas te meten. De meterbuis heeft een klein volume en is eenvoudig aan te sluiten. De emitter in de peilbuis is echter gemaakt van wolfraamdraad. Wanneer de druk hoger is dan 10-1Pa, wordt de levensduur van de meterbuis aanzienlijk verkort en zelfs doorgebrand. Het moet worden vermeden om onder hoge druk te werken; Wanneer het vacuümsysteem wordt blootgesteld aan de atmosfeer, zullen het binnenoppervlak van het glazen omhulsel en verschillende elektroden van de ionisatiemeter gassen adsorberen, wat de nauwkeurigheid van de vacuümmeting zal beïnvloeden. Daarom moet, wanneer het vacuümsysteem gedurende lange tijd aan de atmosfeer wordt blootgesteld of gedurende een bepaalde periode wordt gebruikt, een regelmatige ontgassing van de meter worden uitgevoerd.
