Como calibrar os vacuômetros
Definição de termos
Como esses termos geralmente são confundidos no uso diário, uma definição clara deles será fornecida primeiro:
Ajuste
Ajuste ou afinação refere-se à configuração correta de um instrumento. Por exemplo, configurar vácuo (zero) e atmosfera em THERMOVACs ou configurar o espectrômetro de massa para massa 4 no detector de vazamento de hélio.
Inspeção da calibração
A inspeção da calibração refere-se à comparação com um padrão de acordo com determinadas regulamentações legais por pessoal especialmente autorizado (Bureau of Standards). Às vezes, é conhecida como calibração de fábrica. Se o resultado desta inspeção regular for positivo, uma licença de operação para o próximo período de operação (por exemplo, três anos) é visível para pessoas de fora por meio de um adesivo ou selo de chumbo. Se o resultado for negativo, o instrumento será retirado de operação.
Calibração
A calibração refere-se à comparação com um padrão de acordo com certas regulamentações legais por pessoal especialmente autorizado (instalação de calibração). O resultado deste procedimento é um certificado de calibração que contém os desvios das leituras do instrumento que está sendo calibrado em relação ao padrão. As instalações de calibração realizam esse trabalho de calibração. Um problema que surge é a questão de quão bons são os padrões e onde eles são calibrados. Esses padrões são calibrados em instalações de calibração do Serviço de Calibração Alemão (DKD). O Serviço de Calibração Alemão é gerenciado pelo Federal Physical-Technical Institute (PTB). Sua função é garantir que os equipamentos de medição e teste utilizados para fins de medição industrial estejam sujeitos a padrões oficiais. A calibração de vacuômetros e vazamentos de teste no âmbito do DKD foi atribuída à Leybold, bem como a outras empresas, pelo PTB. A bancada da bomba de calibração necessária foi configurada conforme a norma DIN 28 418 e, em seguida, inspecionada e aceita pelo PTB. Os padrões das instalações do DKD, chamados padrões de transferência (vacuômetros de referência), são calibrados diretamente pelo PTB em intervalos regulares. Os vacuômetros de todas as marcas são calibrados de forma imparcial pela Leybold em Colônia. Um certificado de calibração DKD é emitido com todos os dados característicos na calibração.
Os padrões do Federal Physical-Technical Institute são os chamados padrões nacionais. Para garantir uma precisão de medição adequada ou o mínimo possível de incerteza de medição nas suas calibrações, o PTB realiza na maioria suas medições por meio da aplicação de métodos fundamentais. Isso significa, por exemplo, que se tenta descrever as pressões de calibração por meio da medição de força e área ou diluindo os gases em estrita conformidade com as leis físicas. A cadeia de recalibração de instrumentos padrão realizada uma vez por ano na próxima instalação de calibração qualificada até o PTB é chamada de "redefinição para os padrões nacionais". Em outros países também, métodos semelhantes são realizados pelos institutos nacionais de normalização como aqueles aplicados pelo Federal Physical-Technical Institute (PTB) na Alemanha. A Fig. 3.17 mostra a escala de pressão do PTB. As diretrizes de calibração são especificadas nas normas DIN (DIN 28 416) e propostas ISO.
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Fig. 3.17 Escala de pressão do Federal Physical-Technical Institute (PTB), Berlim: escala de pressão para nitrogênio
Exemplos de métodos fundamentais de medição de pressão (como métodos padrão para calibrar vacuômetros)
a) Medição da pressão com um medidor de referência
Um exemplo desse instrumento são os medidores de Diafragma de Capacitância, com as versões de referência desses tipos de medidores capazes de medir com incrível precisão de até 10-4 mbar. (Consulte a página sobre medição de pressão direta). Abaixo desse nível, os medidores SRG e de cátodo quente são normalmente usados como referência (consulte a página sobre medição de pressão indireta)
b) Geração de uma pressão conhecida; método de expansão estática
Com base em uma certa quantidade de gás cujos parâmetros p, V e T são conhecidos exatamente – p está dentro da faixa de medição de um medidor de referência, como um tubo em U ou vacuômetro McLeod – uma pressão mais baixa, dentro da faixa de trabalho de medidores de ionização, é alcançada através da expansão em várias etapas.
Se o gás com volume V1 for expandido para um volume (V1 + V2), e de V2 para (V2 + V3), etc., obtém-se, após n fases de expansão:
(3.7)
p1 = pressão inicial medida diretamente em mbar
pn = pressão de calibração
Os volumes aqui devem ser conhecidos com a maior precisão possível (consulte a Fig. 3.18) e a temperatura deve permanecer constante. Este método exige que o aparelho usado seja mantido muito limpo e atinja o seu limite em pressões em que a quantidade de gás possa ser alterada por efeitos de dessorção ou adsorção além dos limites de erro permitidos. Conforme a experiência, esse limite inferior é de cerca de 5 · 10-7 mbar. Esse método é chamado de método de expansão estática porque a pressão e o volume do gás em repouso são as variáveis decisivas.
Fig. 3.18 Geração de baixas pressões por meio de expansão estática
c) Método de expansão dinâmica
- Volume 1
- Volume 2
- Válvula de entrada (condutância L1)
- Abertura com condutância L2
- Válvula
- para o sistema da bomba
- Válvula
- para o reservatório de gás
- Válvula
- LN2 armadilha a frio
- para o sistema da bomba
- Vacuômetro do tubo em U
- Vacuômetro McLeod
- Válvula
- Tubo do medidor de ionização calibrado
- para bomba (velocidade de bombeamento PSp)
- Entrada de gás
- Espectrômetro de massa
- 19, 20 Medidores a serem calibrados
- Medidor nu a ser calibrado
- Forno de aquecimento
De acordo com este método, a pressão de calibração p é produzida pela admissão de gás a uma taxa de transferência constante Q em uma câmara de vácuo, enquanto o gás é bombeado simultaneamente para fora da câmara por uma unidade de bombeamento, com uma velocidade de bombeamento constante S. Em equilíbrio, o seguinte se aplica de acordo com a equação 1.10 a:
(1.10a)
p = Q/S
Q é obtido a partir da quantidade de gás que flui para a câmara de calibração a partir de um reservatório de abastecimento onde a pressão constante prevalece ou a partir da quantidade de gás que flui para a câmara de calibração a uma pressão medida através de uma condutância conhecida. A pressão na frente da válvula de entrada deve ser alta o suficiente para poder ser medida com um medidor de referência. As aberturas de entrada da válvula (pequenos capilares, corpos sinterizados) devem ser tão pequenas que a condição d << λ seja atendida, ou seja, um fluxo molecular e, portanto, uma condutância constante da válvula de entrada seja obtida. A quantidade de gás é então definida por p1· L1, onde p1 = pressão na frente da válvula de admissão e L1 = condutância da válvula. O sistema de bombeamento consiste em uma abertura medida com precisão com a condutância L2 em uma parede o mais fina possível (condutância de tela) e uma bomba com uma velocidade de bombeamento de PSp:
Este método tem a vantagem de que, após atingir um estado de equilíbrio, os efeitos de sorção podem ser ignorados, portanto, este procedimento pode ser usado para calibrar medidores em pressões muito baixas.
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Referências
- Símbolos de vácuo
- Glossário de unidades
- Referências e fontes
Símbolos de vácuo
Um glossário de símbolos normalmente usados em diagramas de tecnologia de vácuo como uma representação visual dos tipos de bomba e peças em sistemas de bombeamento
Glossário de unidades
Uma visão geral das unidades de medida usadas na tecnologia de vácuo e o que os símbolos significam, bem como os equivalentes modernos das unidades históricas
Referências e fontes
Referências, fontes e leitura adicional relacionadas aos conhecimentos fundamentais da tecnologia de vácuo
