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Richtlinien für Wartung und Betrieb von Vakuum-Messsensoren

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Informationen zum Einbau von Vakuum-Messsensoren

Hierbei sind die äußeren Bedingungen um das Vakuumsystem und die Betriebsbedingungen im Inneren (z. B. Betriebsdruck, Zusammensetzung des Gasinhalts) wichtig. Die Sensoren sollten nur senkrecht mit dem Vakuumflansch nach unten eingebaut werden, um zu verhindern, dass sich Kondensate, Metallspäne und Feilspäne im Sensor ansammeln oder sogar kleine Bauteile wie winzige Schrauben und Ähnliches in den Sensor und das Messsystem fallen. Die heißen Glühfäden könnten sich auch verbiegen und ungünstig verformen und elektrische Kurzschlüsse im Messsystem verursachen. Aus diesem Grund gilt die folgende allgemeine Regel: Installieren Sie die Sensoren möglichst senkrecht und nach unten hin offen. Außerdem ist es sehr wichtig, die Messsysteme möglichst an den Stellen im Vakuumsystem zu installieren, die während des Betriebs frei von Vibrationen bleiben.

Die Außentemperatur muss berücksichtigt werden, und es ist notwendig, heiße Öfen oder andere Quellen intensiver Strahlung zu vermeiden, die eine Umgebungstemperatur über dem für das Messsystem zulässigen Wert erzeugen. Zu hohe Umgebungstemperaturen führen zu falschen Druckanzeigen bei Vakuumsensoren für die Wärmeleitfähigkeit.

Verunreinigungen am Messsystem und deren Entfernung

Die in der Vakuumtechnik zur Druckmessung verwendeten Messgeräte arbeiten zumeist unter „schmutzigen“ Bedingungen. Das ist durchaus nachvollziehbar, denn in einem Vakuumsystem entstehen nicht einfach nur niedrige Drücke, sondern es müssen auch chemische, metallurgische oder kernphysikalische Prozesse bei niedrigen Drücken ablaufen. Dabei werden je nach Art des Prozesses kontinuierlich oder stoßweise zum Teil erhebliche Menge an Gasen oder Dämpfen gepumpt, die in die Messsysteme gelangen und durch Oberflächenreaktionen oder Ablagerungen die Druckmessungen erheblich verfälschen können. Das gilt für alle Arten von Vakuum-Messsensoren, wobei hochempfindliche, hochgenaue Messsysteme besonders sensibel auf Verunreinigungen reagieren. Man kann versuchen, die Messsysteme durch eine geeignete Abschirmung vor Verunreinigungen zu schützen. Das führt jedoch oft dazu, dass der vom Messsystem registrierte Druck, der ja sauber ist, erheblich von dem tatsächlich im System herrschenden Druck abweicht.

Es ist grundsätzlich nicht möglich, das Messsystem in einem Vakuum-Messsensor frei von Verunreinigungen zu halten. Daher muss sichergestellt werden, dass:

der Einfluss der Verunreinigung auf die Druckmessung so gering bleibt wie möglich
das Messsystem sich leicht reinigen lässt.

Diese beiden Bedingungen sind für die meisten Vakuum-Messsensoren in der Praxis nicht leicht zu erfüllen. Verschmutzte THERMOVAC-Sensoren zeigen im unteren Messbereich einen zu hohen Druck an, wenn sich die Oberfläche des heißen Drahtes verändert hat. Bei Penning-Vakuum-Messsensoren führen Verschmutzungen zu viel zu niedrigen Druckwerten, da die Entladeströme kleiner werden. Bei Ionisations-Vakuum-Messsensoren mit Glühkathoden können die Elektroden und die Rohrwände verunreinigt sein, was unter Umständen zu einer Verringerung der Durchschlagsfestigkeit führt. Hier können die Messsysteme jedoch in der Regel durch Stromdurchgang oder Elektronenbeschuss ausgeheizt und entgast werden, ganz abgesehen davon, dass Ionisations-Vakuum-Messsensoren oft im Ultrahochvakuumbereich eingesetzt werden, wo es aus anderen Gründen notwendig ist, saubere Betriebsbedingungen sicherzustellen.

Der Einfluss magnetischer und elektrischer Felder

Bei allen Messgeräten, die die Ionisierung von Gasmolekülen als Messverfahren verwenden (Ionisations-Vakuum-Messsensoren mit Kalt- und Heißkathoden), können starke magnetische Streufelder oder elektrische Potenziale einen großen Einfluss auf die Druckanzeige haben. Bei niedrigen Drücken ist es auch möglich, dass Wandpotenziale, die vom Kathodenpotenzial abweichen, den Ionenfallenstrom beeinflussen.

Bei Vakuum-Messsystemen, die im Hoch- und Ultrahochvakuum eingesetzt werden, muss sichergestellt werden, dass die erforderliche hohe Isolation von Hochspannungselektroden und Ionenfallen auch während des Betriebes, ja manchmal sogar während des Ausheizens, erhalten bleibt. Isolationsfehler können sowohl in der externen Zuleitung als auch im Messsystem selbst auftreten. Eine unzureichende Isolierung an der Leitung der Ionenfalle (Detektor) kann dazu führen, dass durch Kriechströme – bei niedrigen Drücken – zu hohe Druckwerte vorgetäuscht werden. Aufgrund der sehr geringen Ionenfallenströme muss diese Leitung besonders gut isoliert sein. Auch innerhalb der Messsensoren können Kriechströme auftreten, wenn die Falle nicht wirksam gegen die anderen Elektroden abgeschirmt ist.

Ein Fehler, der häufig beim Anschluss von Messsensoren an das Vakuumsystem auftritt, ist die Verwendung von Verbindungsleitungen, die zu lang und zu eng sind. Der Leitwert muss so groß wie möglich gehalten werden. Die günstigste Lösung ist die Verwendung integrierter Messsysteme. Wenn Anschlussleitungen mit niedrigeren Leitwerten verwendet werden, kann die Druckanzeige entweder zu hoch oder zu niedrig sein. Hier sind Messfehler im Zehnerbereich möglich! Bei ausheizbaren Systemen ist darauf zu achten, dass auch die Anschlussleitung beheizt werden kann.

Passive Sensoren und Messsysteme

Die Messkabel (Verbindungskabel zwischen Sensor und Steuereinheit des Vakuum-Messsensors) sind normalerweise 2 m lang. Wenn längere Messkabel verwendet werden müssen, z. B. für den Einbau in Schalttafeln, dann muss der situative Einfluss auf den Druckwert überprüft werden. Informationen zur Verwendung von sehr langen Kabeln erhalten Sie bei unserem technischen Beratungsdienst.

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