Krystalový manometr
princip: změna frekvence kmitů krystalu rozsah: 0,1 Pa- 105 Pa přesnost: ~ 15%
na podobném principu velmi přesné barometry ~ 0,01%
Vakuová fyzika 1
1/33
Tepelné manometry
Princip je založen na závislosti tepelné vodivosti plynu na tlaku. Podstatnou částí manometru je nějaký citlivý element, který je elektrickým příkonem P vyhříván na teplotu T, vyšší než je teplota okolí To. Nejčastěji měříme teplotu T:
• z velikosti odporu - odporové manometry
• pomocí termočlánku - termočlánkové manometry
• z deformace bimetalu - dilatační manometry
Vakuová fyzika 1
2/33
roszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981
Odpor vlákna R = f(T)
Tj2
Pe = UI = I2R= — ;  R = R0(1 + /3(T-
ti
Pe=Pc+Pz+Pp
• Pc - výkon odváděný molekulami plynu
• Pz - výkon odváděný zářením vlákna
• Pp - výkon odváděný přívody vlákna
Pz = S0ae(T4 - Tg)
Pc = [«AT(p)]So(T-T0)
a - akomodační koeficient Xt(p) - tepelná vodivost
10* KT4
10"3       10"2 10 Pressure [mbar]
10 100
I   Thermal dissipation due to radiation and conduction in the metallic ends il  Thermal dissipation due to the gas, pressure-dependent 111 Thermal dissipation due to radiation and convection
2_
2firemní materiály firmy Pfeiffer
< □ ►   <      ►   <      >■   < -Ě:
3_
3J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981
Vakuová fyzika 1 6/33
Tab. 5.3. Měrný odpor q a teplotní součinitel odporu /í (orientační údaje)
Kov	g (í = 0°C)	J? (ř = 0 až 100 °C)
	(ílcm)	(K"1)
t konstantan (60 % Cu, 40 % Ni)	50 .10"6	~0
měď (obyčejná, vyžíhaná)	1,6.10-6	4,5.10"3
molybden (vyžíhaný)	4,5.10" 6	3,3.10-3
nikl (obyčejný)	6,5.10" 6	6 .IQ"3
platina	10 .10~6	3 .10-3
slitina Pt-Rh (90 %Pt)	21 .10-6	4 .10-3
stříbro elektrolytické	1,5.10-6	4 .ÍO-3
tantal	15 .10"6	4,5.10-3
wolfram (vyžíhaný)	4,5-5,5.10-6	4,5.10-3
železo (čisté)	9 .10-6	5 -10-3
4
4J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981
Vakuová fyzika 1 7/33
Metody měření
Metoda konstantního proudu Metoda konstantní teploty (odporu)
Vakuová fyzika 1
roszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981
Obr. 5.19, Závislost u =«/(p) u manometru měřícího při / = konst a) lineární stupnice, b) semilogaritmická stupnice
J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981
Vakuová fyzika 1
Metoda konstantní teploty (odporu)
7J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981
Vakuová fyzika 1
Obr. 5.18. Závislost
i
U
u2.
v min
i = M
Při nízkých tlacích je lineární
8
8
J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984«
Vakuová fyzika 1
12 / 33
Tepelný vakuometr s konstantním odporem
9J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981
=
u2(v) 5
4 3 2 1
10'1 10° 101 102 /O3 10* 10*
p(Pa)
Vlákno d= 50 fim, L= 50 mm, teplota T = 470 K, měřící obor 10 - 5000 Pa 10
J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981
Kompenzace teploty
11
11
L. Pátý: Fyzika nízkých tlaků, Academia, Praha 1968<
Vakuová fyzika 1
15 / 33
Pirani manometr
velmi jednoduchá konstrukce
měřící rozsah 10~2 — 105 Pa
chyba měření asi ~ 15%
závisí na druhu plynu a na okolní teplotě
MicroPirani - MKS 910
I/O Connector
KF16 flange
manuál MKS - 910
MKS 910
Analog output VDC (MKS Standard) 4 5 6
8
9
																							T		4f																									
		■	■	■	1	II						m																			■	1	II																	
																					*							■																			i—\ •			I
																				vurmMimni																											Pip;	7	r	
																																							m								i i tři	_		
		■		■	1	II																																	m											
																																																		
																																															i i			
1,0E-05        1.0E-04        1.0E-03        1.0E-02        1.0E-01        1.0E+00        1.0E+01        1.0E+02 1.0E+03
Pressure torr
(PR3/PR4 output)
13
13manuál MKS - 910
Vakuová fyzika 1
18 / 33
MKS 910
Specifications
Measuring range (N2 and Air):
MicroPirani
Accuracy ^ (N2)
Repeatability <1> (N2):
Piezo absolute
Accuracy Piezo <1>
Repeatability <1> (N2):
Supply Voltage:
Power consumption:
Fuse (thermal recoverable):
5x104 to 1x10-3 Torr: 1x103 to 100 Torr: 100 Torr to Atm.: 1x103 to 100 Torr:
0.1 to 10 Torr: 10 to 1000 Torr: 1000 to 1500 Torr: 10 to 800 Torr
1x10"5 to 1500 Torr
±10% of reading ± 5% of reading ± 25% of reading ± 2% of reading
±1% of reading ± 0.75% of reading ± 2% of reading ± 0.2% of reading
9-30 VDC < 1.2 Watt 200 mA
14
14
manuál MKS - 910
Vakuová fyzika 1
19 / 33
Convectron
TEMPERATURE COMPENSATOR
15_
15firemnf materialy firmy Kurt J. Lesker
Vakuova fyzika 1 20/33
využíva i tepelnou konvekci plynu předepsaná orientace měřící rozsah ÍO"2 - 105 Pa chyba měření asi ~ 15%
Vakuová fyzika 1
□
S1
Termistorový manometr
16
u (y)
30
20
10
o
o;
	\ *	
		
		
	v	
		
		
Obr. 5.22. Voltampérová charakteristika termistorového měřícího elementu
10
100 I(mA)
16
J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984«
Vakuová fyzika 1
22 / 33
b)
Obr. 5.23. Termistorový vakuometr (podle Pytkowského, 1955)
a) elektrické schéma: 1 ~ výbojový stabilizátor napětí; 2 — usměrňovač proudu; i — filtr;
b) kalibrační křivky pro vzduch při můstku v rovnováze: můstek vyrovnán při tlaku p <š 10"1 Pa (plně); můstek vyrovnán při atmosférickém tlaku (čárkovaně)
17_
17J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 198i
Vakuová fyzika 1 23/33
Termočlánkový-manometr
J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981
Dilatační manometr
Obr. 5.26. Dvojkovový dilatační vakuometr (dle Klumba a Haasc, 1936). Dvé dvojkovové (bimetalové) spirály jsou upevněny na svých koncích xx a jejich druhé konce jsou spojeny s ručičkou. Spirálami prochází proud, který je zahřívá. Ručička se otáčí v závislosti na tlaku
5W; 0,1-100 Pa
19
J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984«
Vakuová fyzika 1 25/33
Indikace tlaku podle výboje
Aston Dark Space Cathode Glow Cathode Dark Space Negative Glow
Faraday Dark Space Positive Column
T
€1
Anode Glow
Anode Dark Space
í
B-+
Potential &
Electric
Field
Charge Density
Current Density
20
20
commons.wikimedia.org
Vakuová fyzika 1
< □ ►
26 / 33
Pouze přibližná metoda.
P[Pa]	Tvar výboje
5 x 103 - 103	hadovitý výboj
103 - 5 x 102	elektrody se pokryjí doutnavým světlem
102	kladný sloupec vyplní 2/3 trubice
5 x 101	vrstvy v kladném sloupci
10	vrstvy mizí, záporné světlo 1/2 trubice
5	záporné světlo v celé trubici, fluorescence skla
1	fluorescence mizí
Manometr na principu dynamické expanze
Do kalibrační komory vpouštíme známý proud plynu a komoru čerpáme známou čerpací rychlostí. Pak platí
P =
I
Š
Mezi vývevu a kalibrační komoru se zařazuje kruhová clona se známou vodivostí. Vodivost clony je řádově menší než čerpací rychlost (eliminace fluktuací čerpací rychlosti). Nutno zajistit izotermičnost měření. Je nutné udržet konstantní proud plynu I, konstantní čerpací rychlost vývevy, molekulární režim proudění plynu clonou.
Vakuová fyzika 1
28 / 33
Rozprašovač plynu
4 ». V* «
Kalibrační komora
Clona
^£5
Hlavní vývěva
INIllllllllllllfltlI
Předčerpávaci vývěva
21_
21P.KIenovský, bakalářská práce, MU, 2006
□ {3
Speciální clony NPL (vyrábí National Physical Laboratory)
22
22
P.KIenovský, bakalářská práce, MU, 2006
Vakuová fyzika 1
30 / 33
23
P.KIenovsky, Bakalářská práce, Brno 2006
Vakuová fyzika 1
31 / 33
24
24
P.KIenovsky, Bakalářská práce, Brno 2006
□
Vakuová fyzika 1
32 / 33
Etalon na principu dynamické expanze
rozsah 1CT1 - 1CT6 Pa chyba měření 0, 6% — 2%
j Vi - V2 I = p-
ti — t2
T  í1 1
Pref = I Š+G