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 1/42 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 2/42 Odporové manometry - Pirani J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 3/42 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 go go o 03 03 10* 10"4 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 III Thermal dissipation due to radiation and convection firemní materiály firmy Pfeiffer Vakuová fyzika 1 5/42 10~1 70° ^ Vtf V2 X)$ odečteno hodnoto tlaku (Po) J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 6/42 Tab. 5.3. Měrný odpor q a teplotní součinitel odporu p (orientační údaje) Kov Q (ř = 0°C) (fícm) j?(ř = 0ažl00oC) (K"1) 4 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 .10"3 platina 10 .10~6 3 .10"3 slitina Pt-Rh (9Q%Pt) 21 .HT6 4 .10"3 stříbro elektrolytické 1,5.10" 6 4 .10'3 tantal 15 .10~6 4,5.10" 3 wolfram (vyžíhaný) 4,5-5,5.10" 6 4,5.10" 3 železo (Čisté) 9 AQ~6 5 . 10-3 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 7/42 Metody měření Metoda konstantního proudu Metoda konstantní teploty (odporu) Vakuová fyzika 1 Metoda konstantního proudu J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 9/42 Q) b) U(V) UM O S 10 15 20 K)'2 10'1 10° V1 10* fO3 " p (Po) p (Pa) Obr. 5.19. Závislost U = /(p) u manometru měřícího při / = konst a) lineární stupnice, b) semilogarítmická stupnice J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 i ono Vakuová fyzika 1_I 10 / 42 Metoda konstantní teploty (odporu) J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 o Obr. 5.18. Závislost U U i = m mm Při nízkých tlacích je lineární J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 19£jl Vakuová fyzika 1 12 / 42 Tepelný vakuometr s konstantním odporem J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vlákno d= 50 fim, L= 50 mm, teplota T = 470 K, měřící obor 10 - 5000 Pa J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 □ Kompenzace teploty Vakuová fyzika 1 15 / 42 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 MicroPirani Piezo 1.0E-05 1T0E-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) manuál MKS - 910 Vakuová fyzika 1 18 / 42 MKS 910 Specifications Measuring range (N2 and Air): MicroPirani Accuracy <1> (N2) Repeatability <1> (N2): Piezo absolute Accuracy Piezo ^ 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 manuál MKS - 910 Vakuová fyzika 1 19 / 42 Convectron TEMPERATURE COMPENSATOR Vakuova fyzika 1 20/42 využíva i tepelnou konvekci plynu předepsaná orientace měřící rozsah ÍO"2 - 105 Pa chyba měření asi ~ 15% Vakuová fyzika 1 □ S1 Termistorový manometr U (V) 30 20 10 0 o; V Obr. 5.22. Voltampérová charakteristika termistorového měřícího elementu 10 100 I(mA) J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 22 / 42 b) Q) p(PQ) Í0S 10^ 10' 10 10L 10 •s. s \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ N \ \ - \ \ \ \ \ \ \ \ O 20 40 60 80 VO 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) J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 = Vakuová fyzika 1 23 / 42 Termočlánkový-manometr b) 25 20 15 10 5 0 10'2 10'1 10° V1 r f X o\rA\ 10 p(Po) J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 □ s vákuová fyzika 1 Dilatační manometr s////, Obr. 5.26. Dvojkovový dilatační vakuometr (dle Klumba a Haase, 1936). Dvě 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 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 25 / 42 Indikace tlaku podle výboje Aston Dark Space Cathode Glow Cathode Dark Space Negative Glow Faraday Dark Space Positive Column T Anode Glow í Anode Dark Space Potential & Electric Field Charge Density Current Density commons.wikimedia.org Vakuová fyzika 1 < □ ► \3 < = ► 4 = ► 3 >o <\o 26 / 42 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 I P = 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. Rozprašovač plynu 4 « Kalibrační komora Clona Hlavní vývěva Tljj, illtlllllllillltflljl Předčerpávaci vývěva P.KIenovský, bakalářská práce, MU, 2006 Vakuová fyzika 1 29 / 42 Speciální clony NPL (vyrábí National Physical Laboratory) P.KIenovský, bakalářská práce, MU, 2006 Vakuová fyzika 1 30 / 42 P.KIenovsky, Bakalářská práce, Brno 2006 Vakuová fyzika 1 31 / 42 P.KIenovsky, Bakalářská práce, Brno 2006 □ Vakuová fyzika 1 32 / 42 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 Kalibrace manometrů Přímé porovnání Redukce tlaku • metody statické • metody dynamické Pomalý nárůst Molekulární proud Statická expanze Vi V2 Vn-l >1 + V2 ' V2 + V3 " ' Vn-x + Vn V2 = 1000 cm3

7] i r k výveve s velkou čerpoa rychlosti Obr. 5.92. Aparatura pro kalibraci vakuometrů metodou s konstantním proudem. Místo dvou vakuometrů (7,8) je možno použít jen jeden (9) s dvoucestným kohoutem (10); 1,10 — kohouty; 2,4,6 — komory; 3,5, 7, 8, 9 — vakuometry; Gt, G2 — vodivosti otvorů mezi příslušnými komorami J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 36 / 42 I = G2(P2 - Pi) = G1(p1 -p') P2 = i + ^(i-^) pí g2 pro velkou čerpací rychlost p'