Bagaimana cara mengukur tekanan vakum?

Bagikan lewat

Tekanan yang diukur dalam teknologi vakum saat ini mencakup kisaran dari 2000 mbar hingga 10 ^-12 mbar, yaitu lebih dari 15 urutan magnitudo. Dinamika besar yang terlibat di sini dapat ditunjukkan melalui analisis analogi pengukuran tekanan vakum dan pengukuran panjang, seperti yang digambarkan dalam Tabel 3.1.

Tabel 3,1 Analisis analogi pengukuran tekanan vakum dan pengukuran panjang

Instrumen pengukuran yang disebut sebagai pengukur vakum digunakan untuk pengukuran dalam kisaran tekanan yang luas ini. Karena tidak mungkin untuk membuat pengukur vakum yang dapat melakukan pengukuran kuantitatif di seluruh kisaran vakum karena alasan fisik, serangkaian pengukur vakum tersedia, yang masing-masing memiliki kisaran pengukuran karakteristik yang biasanya mencakup beberapa urutan magnitudo (lihat Gambar 9.16a). Agar dapat mengalokasikan kisaran pengukuran semaksimal mungkin ke setiap jenis pengukur vakum, kita menerima fakta bahwa ketidakpastian pengukuran meningkat sangat cepat, dalam beberapa kasus hingga 100%, pada batas atas dan bawah kisaran. Oleh karena itu, harus ada perbedaan antara rentang pengukuran yang disebutkan dalam katalog dan rentang pengukuran untuk pengukuran "presisi". Rentang pengukuran masing-masing pengukur vakum dibatasi pada kisaran atas dan bawah oleh efek fisik.

Gambar 9.16a Rentang pengukuran pengukur vakum umum

Dasar-dasar pengukuran tekanan rendah

Pengukur vakum adalah perangkat untuk mengukur tekanan gas dari sedikit di atas hingga jauh di bawah tekanan atmosfer (DIN 28 400, Bagian 3, edisi 1992). Dalam banyak kasus, indikasi tekanan tergantung pada sifat gas . Pengukuran yang tepat dari tekanan parsial gas atau uap tertentu dilakukan dengan bantuan instrumen pengukuran tekanan parsial yang beroperasi pada prinsip spektrometer massa ( lihat bagian tentang analisis gas dan spektrometer massa ).

Ketergantungan indikasi tekanan pada jenis gas

Perbedaan harus dibuat antara pengukur vakum berikut:

Instrumen yang secara definisi mengukur tekanan sebagai gaya yang bertindak pada area, yang disebut pengukur vakum langsung atau absolut. Menurut teori kinetik gas, gaya ini, yang diterapkan partikel melalui dampaknya pada dinding, hanya bergantung pada jumlah molekul gas per satuan volume (densitas jumlah molekul n) dan suhunya, tetapi tidak pada massa molarnya. Bacaan instrumen pengukuran tidak tergantung pada jenis gas. Unit tersebut mencakup pengukur vakum berisi cairan dan pengukur vakum mekanis.
Instrumen dengan pengukuran tekanan tidak langsung. Dalam hal ini, tekanan ditentukan sebagai fungsi dari sifat gas yang bergantung pada tekanan (atau lebih akurat, bergantung pada massa jenis) (konduktivitas termal, probabilitas ionisasi, konduktivitas listrik). Properti ini bergantung pada massa molar serta tekanan. Bacaan tekanan instrumen pengukur tergantung pada jenis gas.

Skala instrumen pengukur tekanan ini selalu didasarkan pada udara atau nitrogen sebagai gas uji. Untuk gas atau uap lain, biasanya berdasarkan udara atau nitrogen, faktor koreksi harus diberikan (lihat Tabel 3,2). Untuk pengukuran tekanan yang akurat dengan pengukur vakum yang mengukur secara tidak langsung yang menentukan densitas bilangan melalui penerapan energi listrik (pengukuran tekanan tidak langsung), penting untuk mengetahui komposisi gas. Dalam praktiknya, komposisi gas hanya dikenal sebagai perkiraan kasar. Namun, dalam banyak kasus, cukup untuk mengetahui apakah molekul ringan atau berat dominan dalam campuran gas yang tekanannya akan diukur (misalnya, molekul uap hidrogen atau cairan pompa).

Tabel 3,2 Faktor koreksi

Contoh

Jika tekanan gas yang pada dasarnya terdiri dari molekul cairan pompa diukur dengan pengukur vakum ionisasi, maka pembacaan tekanan (berlaku untuk udara atau N2), seperti ditunjukkan dalam Tabel 3,2, terlalu tinggi dengan faktor sekitar 10.

Pengukuran dalam kisaran tekanan vakum kasar - Atmosfer hingga 1mbar

Pengukuran tekanan dalam kisaran vakum kasar dapat dilakukan secara relatif akurat menggunakan pengukur vakum dengan pengukuran tekanan langsung. Pengukuran tekanan yang lebih rendah, <10 ^-3 di sisi lain, hampir selalu rentan terhadap sejumlah kesalahan mendasar yang membatasi akurasi pengukuran sejak awal. Agar tidak sebanding sama sekali dengan tingkat akurasi yang biasanya dicapai dengan instrumen pengukuran tidak langsung

Agar dapat membuat pernyataan yang bermakna tentang tekanan yang ditunjukkan oleh pengukur vakum dalam vakum kasar, pertama-tama harus dipertimbangkan di lokasi mana dan dengan cara apa sistem pengukuran disambungkan. Di semua area tekanan di mana aliran laminar dominan (1013 > p > 10 ^-1 mbar), gradien tekanan yang disebabkan oleh pemompaan harus diperhatikan. Segera di depan pompa (seperti terlihat dari bejana), tekanan yang dihasilkan lebih rendah daripada di dalam bejana. Komponen dengan konduktansi tinggi sekalipun dapat menciptakan gradien tekanan semacam itu. Terakhir, konduktivitas selang penghubung antara sistem vakum dan sistem pengukuran tidak boleh terlalu kecil karena jika tidak, selang akan dikosongkan terlalu lambat di area tekanan aliran laminar sehingga tekanan yang ditunjukkan terlalu tinggi.

Pengukuran dalam kisaran tekanan vakum Sedang - 1mbar hingga 10 ^-3 mbar

Pengukuran dalam vakum menengah memerlukan penggunaan sensor kapasitansi skala penuh rendah (seperti CTR100 0.1Torr) atau biasanya pengukur konduktivitas termal seperti pengukur seri THERMOVAC (seperti TTR91RN). Biasanya dalam kisaran ini Anda mulai beralih dari aliran gas laminar ke aliran gas molekuler, dan oleh karena itu Anda harus mulai mempertimbangkan di mana pengukur diposisikan untuk mendapatkan kinerja terbaik. Pengukuran dalam kisaran ini biasanya +-15% saat menggunakan pengukur konduktivitas termal, sehingga Anda dapat mencapai tingkat akurasi yang wajar, tetapi tidak setinggi saat Anda dapat menggunakan pengukur langsung, yang terperinci dalam vakum kasar.

Pengukuran dalam kisaran tekanan vakum tinggi dan ultratinggi 10 ^-3 mbar hingga <10 ^-12

Situasinya lebih rumit dalam kasus vakum tinggi dan ultratinggi. Tergantung pada fitur pemasangan tertentu, tekanan yang terlalu tinggi atau, dalam kasus tabung pengukur yang dibersihkan dengan baik, tekanan yang terlalu rendah mungkin tercatat karena gas keluar dari dinding pengukur vakum atau degassing sistem pengukuran yang tidak memadai. Pada vakum tinggi dan ultratinggi, ekualisasi tekanan antara sistem vakum dan tabung pengukur bisa memakan waktu lama. Pertimbangan khusus harus selalu diberikan pada pengaruh proses pengukuran itu sendiri pada pengukuran tekanan. Misalnya, pada pengukur vakum ionisasi yang bekerja dengan katoda panas, partikel gas, terutama partikel hidrokarbon yang lebih tinggi, dipecah secara termal. Hal ini mengubah komposisi gas. Efek tersebut berperan dalam pengukuran tekanan dalam kisaran vakum ultratinggi. Hal yang sama berlaku untuk pembersihan gas pada pengukur vakum ionisasi, khususnya pengukur katoda dingin (dalam urutan 10-2 hingga 10-1 l/dtk). Kontaminasi sistem pengukuran, medan listrik dan magnetik yang mengganggu, kesalahan insulasi, dan suhu sekitar yang tidak diperbolehkan tinggi akan memalsukan pengukuran tekanan.

Untuk mengukur tekanan dalam kisaran vakum menengah dan tinggi dengan ketidakpastian pengukuran kurang dari 50%, orang yang melakukan eksperimen harus melanjutkan dengan sangat hati-hati. Pengukuran tekanan yang harus akurat hingga beberapa persen memerlukan upaya besar dan, secara umum, penerapan instrumen pengukuran khusus. Hal ini terutama berlaku untuk semua pengukuran tekanan dalam kisaran vakum ultratinggi (p < 10 ^-7 mbar).

Cara memilih pengukur vakum yang sesuai

Rentang tekanan yang diinginkan bukanlah satu-satunya faktor yang dipertimbangkan saat memilih instrumen pengukuran yang sesuai. Kondisi pengoperasian di mana pengukur berfungsi juga berperan penting. Jika pengukuran harus dilakukan dalam kondisi pengoperasian yang sulit, misalnya jika ada risiko kontaminasi yang tinggi, getaran dalam tabung tidak dapat dikecualikan, ledakan udara dapat diharapkan, dll., maka instrumen pengukuran harus kokoh. Di fasilitas industri, pengukur Bourdon, pengukur vakum diafragma, pengukur vakum konduktivitas termal, pengukur vakum ionisasi katoda panas, dan pengukur vakum Penning digunakan. Beberapa instrumen pengukuran ini sensitif terhadap kondisi pengoperasian yang merugikan. Alat ini hanya boleh dan dapat digunakan dengan sukses jika sumber kesalahan yang disebutkan di atas dikecualikan sejauh mungkin dan petunjuk pengoperasian diikuti.

Blog & Wiki Vacuum Fundamentals Vacuum measurement