De drukwaarden die tegenwoordig in vacuümtechnologie worden gemeten, variëren van 2000 mbar tot 10-12 mbar, d.w.z. meer dan 15 grootte-eenheden. De enorme dynamiek die hiermee gepaard gaat, kan worden aangetoond door een analogieanalyse van vacuümdrukmeting en lengtemeting, zoals weergegeven in tabel 3,1. 

Voor metingen in dit brede drukbereik worden meetinstrumenten gebruikt die als vacuümmeters zijn aangeduid. Aangezien het om fysieke redenen onmogelijk is om een vacuümmeter te bouwen die kwantitatieve metingen in het gehele vacuümbereik kan uitvoeren, is er een reeks vacuümmeters beschikbaar, die elk een karakteristiek meetbereik hebben dat meestal over meerdere ordes van grootte strekt (zie Afb. 9.16a). Om de grootst mogelijke meetbereiken aan de afzonderlijke typen vacuümmeters te kunnen toewijzen, wordt geaccepteerd dat de meetonzekerheid zeer snel stijgt, in sommige gevallen tot 100%, bij de boven- en ondergrens van het bereik. Daarom moet een onderscheid worden gemaakt tussen het meetbereik zoals vermeld in de catalogus en het meetbereik voor een 'nauwkeurige' meting. De meetbereiken van de afzonderlijke vacuümmeters zijn in het bovenste en onderste bereik door fysieke invloeden beperkt. 

Grondbeginselen van lagedrukmeting

Vacuümmeters zijn apparaten voor het meten van gasdrukwaarden net boven tot ver onder de atmosferische druk (DIN 28.400, deel 3, uitgave 1992). In veel gevallen is de drukindicatie afhankelijk van de aard van het gas. De exacte meting van de deeldruk van bepaalde gassen of dampen wordt uitgevoerd met behulp van deeldrukmeetinstrumenten die volgens het massaspectrometerprincipe werken ( zie hoofdstuk over gasanalyse en massaspectrometers ). 

Afhankelijkheid van de drukindicatie van het type gas

Er moet een onderscheid worden gemaakt tussen de volgende vacuümmeters: 

1. Instrumenten die per definitie de druk meten als de kracht die op een oppervlak inwerkt, de zogenaamde directe of absolute vacuümmeters. Volgens de kinetische theorie van gassen hangt deze kracht, die de deeltjes uitoefenen door hun impact op de wand, alleen af van het aantal gasmoleculen per eenheidsvolume (aantal dichtheid van moleculen n) en hun temperatuur, maar niet van hun molaire massa. De aflezing van het meetinstrument is onafhankelijk van het type gas. Hiertoe behoren vloeistofgevulde vacuümmeters en mechanische vacuümmeters.
   
   
2. Instrumenten met indirecte drukmeting. In dit geval wordt de druk bepaald als functie van een drukafhankelijke (of beter gezegd, dichtheidsafhankelijke) eigenschap (warmtegeleidingsvermogen, ionisatiewaarschijnlijkheid, elektrische geleidbaarheid) van het gas. Deze eigenschappen zijn zowel afhankelijk van de molaire massa als van de druk. De drukaflezing van het meetinstrument is afhankelijk van het type gas. 

De schalen van deze drukmeetinstrumenten zijn altijd gebaseerd op lucht of stikstof als testgas. Voor andere gassen of dampen moeten correctiefactoren worden opgegeven, meestal op basis van lucht of stikstof (zie tabel 3,2). Voor een nauwkeurige drukmeting met indirect metende vacuümmeters die de getaldichtheid bepalen door toepassing van elektrische energie (indirecte drukmeting), is het belangrijk om de gassamenstelling te kennen. In de praktijk is de gassamenstelling slechts bij benadering bekend. In veel gevallen is het echter voldoende om te weten of lichte of zware moleculen domineren in het gasmengsel waarvan de druk moet worden gemeten (bijv. waterstof- of pompvloeistofdampmoleculen).

Als de druk van een gas dat hoofdzakelijk uit pompvloeistofmoleculen bestaat, wordt gemeten met een ionisatievacuümmeter, dan is de drukaflezing (van toepassing op lucht of N2), zoals weergegeven in tabel 3,2, met een factor van ongeveer 10 te hoog. 

Meting in het ruwe vacuümdrukbereik – atmosfeer tot 1 mbar

Met vacuümmeters met directe drukmeting kunnen drukken in het grofvacuümbereik relatief nauwkeurig worden gemeten. Het meten van lagere drukwaarden, <10 ^-3 daarentegen, is bijna altijd onderhevig aan een aantal fundamentele fouten die de meetnauwkeurigheid vanaf het begin beperken. Zodat het helemaal niet vergelijkbaar is met de mate van nauwkeurigheid die gewoonlijk wordt bereikt met indirecte meetinstrumenten 

Om een zinvolle uitspraak te kunnen doen over een druk die een vacuümmeter aangeeft in grofvacuüm, moet men eerst nagaan op welke plaats en op welke manier het meetsysteem is aangesloten. In alle drukgebieden waar laminaire stromingen heersen (1013 > p > 10 ^-1 mbar), moet rekening worden gehouden met drukgradiënten veroorzaakt door pompen. Direct voor de pomp (gezien vanaf het vat) wordt een lagere druk gecreëerd dan in het vat. Zelfs componenten met een hoge geleidingscoëfficiënt kunnen een dergelijke drukgradiënt veroorzaken. Ten slotte mag de geleiding van de verbindingsleiding tussen het vacuümsysteem en het meetsysteem niet te klein zijn, omdat de leiding anders in het drukgebied van de laminaire stroming te langzaam wordt geëvacueerd, zodat de aangegeven druk te hoog is. 

Meting in het middenvacuümbereik – 1 mbar tot 10 ^-3 mbar

Voor metingen in het middenvacuüm is het gebruik van een capaciteitssensor met een lage volledige schaal (zoals een CTR100 0,1 Torr) of, meer gewoonlijk, een thermische geleidbaarheidsmeter zoals de THERMOVAC-serie meters (zoals de TTR91RN) vereist. Gewoonlijk begint u in dit bereik met de overgang van laminaire naar moleculaire gasstroom en moet u daarom beginnen na te denken over de plaatsing van de meter voor maximale prestaties. Metingen in dit bereik zijn gewoonlijk +-15% bij gebruik van een thermische geleidbaarheidsmeter, zodat u redelijke nauwkeurigheidsniveaus kunt bereiken, maar niet zo hoog als wanneer u de directe meters kunt gebruiken, gedetailleerd in grofvacuüm. 

Meting in het hoog- en ultrahoogvacuümbereik 10 ^-3 mbar tot <10 ^-12

De situatie is ingewikkelder bij hoog- en ultrahoogvacuüm. Afhankelijk van de specifieke installatiekenmerken kan door uitgassen van de wanden van de vacuümmeter of onvoldoende ontgassing van het meetsysteem een te hoge druk of bij goed ontgaste meetbuizen een te lage druk worden geregistreerd. Bij hoog en ultrahoog vacuüm kan de drukvereffening tussen het vacuümsysteem en de meetbuizen lang duren. Er moet altijd bijzondere aandacht worden besteed aan de invloed van het meetproces zelf op de drukmeting. Bijvoorbeeld, in ionisatievacuümmeters die werken met een hete kathode, worden gasdeeltjes, vooral die van de hogere koolwaterstoffen, thermisch afgebroken. Hierdoor verandert de gassamenstelling. Dergelijke effecten spelen een rol bij drukmetingen in het ultrahoogvacuümbereik. Hetzelfde geldt voor de gasreiniging in ionisatievacuümmeters, in het bijzonder koude kathodemeters (in de orde van 10 ^-2 tot 10 ^-1 l/s). Verontreiniging van het meetsysteem, storende elektrische en magnetische velden, isolatiefouten en ontoelaatbaar hoge omgevingstemperaturen vervalsen de drukmeting. 

Om de druk in het midden- en hoogvacuümbereik met een meetonzekerheid van minder dan 50 % te meten, moet de persoon die het experiment uitvoert uiterst voorzichtig te werk gaan. Drukmetingen die tot op een paar procent nauwkeurig moeten zijn, vergen veel moeite en in het algemeen de inzet van speciale meetinstrumenten. Dit geldt met name voor alle drukmetingen in het ultrahoogvacuümbereik (p < 10 ^-7 mbar). 

Een geschikte vacuümmeter kiezen

Het gewenste drukbereik is niet de enige factor die in overweging wordt genomen bij de selectie van een geschikt meetinstrument. De bedrijfsomstandigheden waaronder de meter werkt, spelen ook een belangrijke rol. Als metingen onder moeilijke bedrijfsomstandigheden moeten worden uitgevoerd, d.w.z. als er een hoog risico op verontreiniging bestaat, trillingen in de buizen niet kunnen worden uitgesloten, luchtstoten te verwachten zijn enz., dan moet het meetinstrument robuust zijn. In industriële installaties worden Bourdon-meters, membraanvacuümmeters, vacuümmeters voor thermische geleidbaarheid, vacuümmeters voor warme kathode-ionisatie en Penning-vacuümmeters gebruikt. Sommige van deze meetinstrumenten zijn gevoelig voor ongunstige bedrijfsomstandigheden. Ze moeten en kunnen alleen met succes worden gebruikt als de bovengenoemde foutbronnen zoveel mogelijk worden uitgesloten en de gebruiksaanwijzing wordt opgevolgd.