직접 압력 진공 게이지는 어떻게 작동합니까?

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기체 유형과 무관한 압력 판독값이 있는 진공 게이지

기계식 진공 게이지는 기체로 채워진 공간에 있는 입자(분자 및 원자)가 열 속도로 표면에 작용하는 힘을 기록하여 압력을 직접 측정합니다.

부르동 진공 게이지

원형 아크(부르동 튜브라고 함)(3)로 구부러진 튜브의 내부는 배기시킬 용기에 연결됩니다(그림 3.2). 외부 공기 압력의 영향을 통해 튜브 단부가 배기 중에 다소 편향되고 연결된 포인터 메커니즘((4)과 (2))이 작동합니다. 압력 판독값은 외부 기압에 따라 달라지기 때문에 주변 대기압의 변화가 검교정되지 않으면 약 10mbar까지만 정확합니다.

그림 3.2 부르동 게이지의 단면.

연결 플랜지에 튜브 연결
포인터
부르동 튜브
레버 시스템

다이어프램 진공 게이지

캡슐 진공 게이지

가장 잘 알려진 다이어프램 진공 게이지는 아네로이드 캡슐이 측정 시스템으로 사용되는 바로미터입니다. 여기에는 구리 베릴륨 합금으로 만든 완전 밀봉, 배출, 박막형 다이어프램 캡슐이 포함되어 있습니다. 압력이 떨어지면 캡슐 다이어프램이 확장됩니다. 이러한 움직임은 레버 시스템에 의해 하나의 지점으로 전송됩니다. 이 원리에 따라 설계된 캡슐 진공 게이지는 외부 기압과 무관하게 선형 척도의 압력을 나타냅니다.

DIAVAC 다이어프램 진공 게이지

50mbar 미만에서는 가장 정확한 압력 판독값이 필요한 경우가 많습니다. 이 경우 다른 다이어프램 진공 게이지가 더 적합합니다. 즉, 압력 스케일이 1~100mbar 사이에서 크게 확장된 DIAVAC입니다. 게이지 헤드의 레버 시스템(2)이 위치한 내부 섹션(그림 3.3)은 10^-3mbar 미만의 기준 압력 pref로 배기됩니다. 용기의 밀폐는 특수 강철의 골판 다이어프램(4)의 형태로 되어 있습니다. 용기가 배기되지 않는 한 이 다이어프램은 벽에 단단히 눌려 있습니다(1). 배기량이 증가하면 측정할 압력 px와 기준 압력 간의 차이가 감소합니다. 다이어프램은 처음에는 약간 휘지만 100mbar 아래에서는 더 크게 휩니다. DIAVAC를 사용하면 다이어프램 편향이 포인터(9)로 다시 전송됩니다. 특히 1~20mbar 사이의 측정 범위가 크게 확장되어 압력을 매우 정확하게 판독할 수 있습니다(약 0.3mbar 단위). 이 계기의 진동에 대한 민감도는 캡슐 진공 게이지보다 다소 높습니다.

그림 3.3 DIAVAC DV 1000 다이어프램 진공 게이지의 단면.

베이스 플레이트
레버 시스템
연결 플랜지
다이어프램
기준 압력 pref
핀치 오프 단부
미러 시트
플렉시글라스 시트
포인터
유리 베트
장착 플레이트
하우징

캡슐 진공 게이지는 10mbar(선형 척도로 인해 척도 끝부분의 낮은 압력에 대해서는 정확성이 가장 낮음)까지 압력을 정확하게 측정합니다. 30mbar 미만의 압력만 측정할 경우 판독값(위 참조)이 훨씬 정확하기 때문에 DIAVAC 사용이 권장됩니다. 매우 정밀한 측정 정확도를 위해 정밀 다이어프램 진공 게이지를 사용해야 합니다. 낮은 압력을 정확하게 측정해야 하고 이러한 이유로 측정 범위(예: 최대 100mbar)를 선택한 경우, 이러한 게이지에는 선형 척도가 있기 때문에 더 높은 압력을 더 이상 측정할 수 없습니다. 모든 기계식 진공 게이지는 어느 정도 진동에 민감합니다. 배압 펌프에 직접 연결되는 경우 발생하는 미세한 진동은 일반적으로 유해하지 않습니다.

스트레인/피에조 다이어프램 게이지

다이어프램의 변위는 전기적 "변형"으로 측정되거나 정전 용량의 변화로 측정될 수도 있습니다. 과거에는 다이어프램이 변형될 때(즉, 인장 하중 하에서) 저항을 바꾸는 4개의 변형 게이지가 브리지 회로의 금속 다이어프램에 장착되었습니다. Leybold에서 이러한 기기들은 MEMBRANOVAC이라는 명칭으로 지정되었습니다. 이후 표면에 직접 4개의 "변형 저항"이 포함된 실리콘 다이어프램이 사용되었습니다. 다시 전기 배열은 브리지 회로로 구성되었고, 두 개의 반대편 코너 지점에서 정전류가 공급되었고, 두 개의 다른 코너 지점에서 압력에 비례하는 선형 전압 신호가 포착되었습니다. 그림 3.4는 이러한 배열의 원리를 보여줍니다. 이러한 기기는 PIEZOVAC으로 지정되었고 현재 DI/DU2000 장치로 지정되어 있으며 많은 사례에서 계속해서 사용 중입니다.

그림 3.4 압전 센서(기본 다이어그램)

정전 용량 다이어프램 게이지

브리지 회로의 일부로서 변형을 측정하면 정확도가 높아지지만 범위가 제한적입니다. 보다 발전된 방법은 플레이트 커패시터의 정전 용량 변화로 다이어프램의 변위를 측정하는 것입니다. 한 전극은 고정되어 있고 다른 전극은 다이어프램에 의해 형성됩니다. 다이어프램이 변위되면 전극과 커패시터 사이의 거리가 변합니다. 그림 3.5에서는 이 배열의 원리를 보여줍니다. 이 방법은 CEREVAC CTR 범위에서 사용됩니다. 금속성 센서와 세라믹 다이어프램이 있는 센서는 구별됩니다. 정전 용량 다이어프램 게이지는 대기압에서 1.10^-4mbar까지 사용됩니다(10^-4mbar 미만에서는 측정 불확실성이 빠르게 상승함). 이러한 저압에서 다이어프램의 충분한 변위를 보장하기 위해 다양한 두께의 다이어프램이 다양한 압력 수준에서 사용됩니다. 각각의 경우에서 센서를 사용하여 10의 3거듭제곱의 정확도를 측정할 수 있습니다.

1000~1Torr
100~10^–1Torr
10~10^–2Torr
1~10^–3Torr
10–1~10^–4Torr

정확도를 더욱 높이기 위해 정전식 셀을 가열할 수도 있습니다. 이 경우 정전식 셀은 주변 온도에 대해 크게 절연되고 작은 가열 필라멘트가 셀을 고정된 온도로 가열합니다. 이렇게 하면 주변 온도 변동으로 인한 변수를 없애는 데 도움이 됩니다. 또한 게이지 내부에서 응축되지 않도록 하는 기체로 작동할 때도 사용되며, 그 외에는 시스템의 콜드 스팟이 됩니다.