진공 측정

기체의 얇음은 기체 분자 밀도(단위 부피당 기체 분자 수) n으로 설명할 수도 있습니다. 완벽한 평형 상태에 있는 이상 기체 분자의 경우 P=nkT, k는 볼츠만 상수, T는 절대 온도입니다. 진공도를 측정하는 장치를 진공 게이지라고 하며, 진공 게이지의 압력 감지 요소를 게이지 헤드라고 합니다. 일부 진공 게이지는 총 가스 압력을 직접 측정할 수 있습니다. 일부 진공 게이지도 압력 판독값을 제공하지만 실제 측정값은 가스 분자 밀도이며 측정 결과는 주변 온도와 관련이 있습니다. 용기에 동시에 여러 가스 성분이 있을 때 용기의 총 가스 압력은 각 가스의 부분 압력의 합과 같습니다. 전체 압력 측정 방법은 직접 방법과 간접 방법의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 직접 방법은 액면 압력 게이지, 압축 진공 게이지 및 탄성 요소 진공 게이지를 포함하여 액체 기둥 차이 및 기계적 변형의 원리를 사용하여 압력을 직접 측정합니다. 처음 두 기기로 측정한 물리량에 따라 절대 진공 게이지에 속하는 압력 값을 계산할 수 있습니다. 간접 방법은 열전도 진공 게이지, 점성 진공 게이지 및 이온화 진공 게이지를 포함하여 가스의 일부 물리적 특성(예: 열전도, 점도, 이온화 ​​및 광산란 효과 등)을 사용하여 압력을 측정합니다. 진공 기술에 사용되는 대부분의 진공 게이지는 간접 방법을 사용하며 이러한 진공 게이지는 절대 진공 게이지 또는 기타 방법으로 교정해야 합니다. 간접법으로 측정한 진공계는 같은 압력에서도 기체의 종류에 따라 물성이 다르기 때문에 기체에 따라 압력값이 달라지므로 해당 기체로 교정해야 합니다. 측정 중인 가스가 단일 구성 요소가 아닌 경우 이러한 진공 게이지 판독값의 의미가 더 복잡해집니다. 일반적인 진공 게이지 교정에 사용되는 가스는 순수 질소이므로 이러한 진공 게이지의 판독값은 가스 종류에 따라 수정되기 전의 등가 질소 압력으로 통칭됩니다. 측정된 공간이 다양한 가스 성분을 포함할 때 부분압 측정만이 용기의 진공 상태와 전체 압력을 정확하게 반영할 수 있습니다.

일반 진공 게이지

1. 열전도율 진공 게이지

가스 압력은 가스의 열전도율이 압력에 따라 변한다는 원리를 사용하여 측정됩니다. 이 유형의 진공 게이지에서는 열선이 장착된 게이지 헤드에 일정한 가열 전류가 흐르고 열선의 온도는 가열과 방열의 균형에 의해 결정됩니다. 방열 용량은 가스 압력의 함수이므로 열선의 온도는 압력에 따라 달라집니다. 추가 열전대가 열선의 온도를 측정하는 데 사용되는 경우 이 게이지 헤드를 열전대 게이지라고 합니다. 열선 자체의 저항값을 온도를 반영하는 데 사용하는 경우 저항 게이지 또는 피라니 게이지라고 합니다. 가스 열전도는 저압(P<100 Pa)에서 압력에 의해서만 변화하며, 10-1 Pa만큼 낮을 때 가스 열전도는 주요 방열 방법이 아닙니다. 따라서 열전도 진공 게이지는 주로 100-10-1 Pa의 범위. 특별한 조치는 측정 범위를 확장할 수 있습니다. 열전도 진공 게이지의 표시는 가스의 종류와 관련이 있을 뿐만 아니라 전열선의 표면 오염, 주위 온도 등의 요인에 의해 영향을 받기 쉽기 때문에 정확도가 높지 않고 단지 거친 진공 표시에 사용됩니다.

2. 피라니 진공 게이지

작동 원리는 진공도가 다르고 단위 부피당 공기 분자 수가 다르며 열을 제거하는 가열 저항 와이어의 능력(방열 용량)이 다르고 저항 와이어의 온도가 다릅니다. , 저항선의 저항률이 온도이기 때문입니다. 따라서 다른 진공도는 다른 저항을 유발하고 저항은 다르며 저항 와이어에 흐르는 전류의 전압 강하는 다릅니다. 전압의 변화에 ​​따라 기압을 환산할 수 있다. 즉, 진공도를 측정한다. 실제 피라니 진공 게이지는 일반적으로 4개의 암 브릿지로 만들어지며 온도 보상을 위한 저항선이 직렬로 연결되어 있습니다.

3. 정전 용량 필름 진공 게이지

탄성 요소 진공 게이지이며 탄성 필름은 조절 진공 챔버를 두 개의 작은 챔버, 즉 기준 압력 챔버와 측정 챔버로 나눕니다. 저압(P<100Pa)을 측정할 때 기준 챔버는 고진공으로 배출되고 압력은 거의 0입니다. 측정 챔버의 압력이 다르면 멤브레인 변형 정도도 다릅니다. 측정 챔버에는 멤브레인과 함께 커패시터를 형성하는 고정 전극이 있습니다. 필름이 변형되면 그에 따라 커패시턴스 값이 변경되고 커패시턴스 브리지를 통해 커패시턴스의 변화를 측정하여 해당 압력 값을 결정할 수 있습니다. 필름의 크리핑을 방지하기 위해 고정전극과 필름 사이에 직류전압을 인가하고 정전기력을 이용하여 압력에 의해 발생하는 응력을 보상하는 제로포지션법이 일반적으로 사용된다. 다이어프램을 0 위치로 유지하기 위한 필름의 차이. 커패시턴스 필름 진공 게이지는 가스 또는 증기의 압력을 직접 측정할 수 있습니다. 측정값은 가스의 종류와 관계가 없으며 구조가 견고하며 베이킹에도 견딜 수 있습니다. 다른 압력 범위에 대해 다른 게이지 헤드를 사용하면 더 높은 정확도를 얻을 수 있습니다. 커패시턴스 필름 진공 게이지는 고순도 가스 모니터링, 저진공 정밀 측정 및 압력 제어에 사용할 수 있으며 저진공 측정의 2차 표준으로도 사용할 수 있습니다.

4. 이온화 진공 게이지

이오노미터로 약칭하는 이 장치는 가스 이온화 원리를 사용하여 압력을 측정합니다. 이온화 진공 게이지는 열음극과 냉음극의 두 가지 범주로 나뉩니다. 열음극 이온화 진공 게이지의 게이지 헤드에는 일반적으로 전자를 방출하고 전자를 가속하며 이온을 수집하는 역할을 하는 음극, 양극 및 수집기의 세 전극이 있습니다. 전자는 음극에서 양극으로 이동하는 과정에서 가스를 이온화합니다. 2차 이온화 효과를 무시하면(이온화 과정에서 생성된 새로운 전자가 전기장에 의해 가속되어 이온화 능력을 얻어 새로운 이온화를 유발함) 음극에서 방출되는 각 전자가 이온화됩니다. 생성된 양이온의 수는 공간의 가스 밀도에 비례하므로 특정 온도에서의 압력에 비례합니다. 따라서 Ii=SieP 컬렉터가 받는 이온전류, Ie는 음극전자방출전류, S는 비례상수이며, 이를 이오노미터 계수라고 합니다. 특정 온도에서 표준 진공 게이지로 이온화 미터 계수를 확인한 후 이온 전류의 크기에 따라 압력을 결정할 수 있습니다. 열음극 이온화 게이지 헤드의 주요 유형 음극은 일반적으로 텅스텐 와이어로 만들어지며 양극은 그리드로 만들 수 있으므로 전자가 전자의 이동을 증가시키기 위해 양쪽에서 앞뒤로 이동할 수 있으므로 또한 그리드라고 합니다. 3극관 이오노미터의 수집기는 원통형이며 그리드 외부에 배치되며 압력 측정 범위는 10-1 ~ 10-5 Pa입니다. 작동 압력이 10-1 Pa보다 높으면 텅스텐 와이어의 수명이 단축되고, 그리고 이온 전류와 압력 사이의 관계는 2차 이온화 효과로 인해 선형에서 벗어나기 시작합니다. 토륨 산화물 또는 이트륨 산화물로 코팅된 이리듐 필라멘트 음극은 최대 100Pa의 압력에서 작동할 수 있고 상당히 긴 수명을 가지며 대기 중에서 가열해도 필라멘트가 손상되지 않습니다. 이온화 게이지 헤드가 이 필라멘트를 채용하고 애노드와 콜렉터를 특수한 형태로 만들면 전극 사이의 거리가 짧아지고 애노드 전압이 감소하며 가스 이온화 확률이 감소합니다(즉, 이온화 ​​게이지 계수 감소), 이 이온화 게이지는 10-3에서 100Pa의 압력을 측정할 수 있습니다. 이를 고압 이온화 미터라고 합니다. 3극관 이온화계로 측정되는 저전압 세기의 하한은 집전체의 광전류, 즉 집전체를 조사하는 양극에 전자가 부딪혀 발생하는 연 X선에 의해 발생하는 광방출에 의해 결정되며, 광전류는 컬렉터 전류의 배경을 구성합니다. 광전류가 이온 전류의 10%를 차지할 때 이오노미터의 측정 하한에 도달합니다. 이온화 게이지 헤드 수집기는 필라멘트로 만들어 그리드 축에 배치됩니다. 필라멘트는 그리드 외부에 있습니다. 이 때 이온화게이지의 감도는 크게 변하지 않고 컬렉터의 면적이 작기 때문에 가로채는 X-ray가 삼극관형보다 작아 압력을 측정할 수 있다. 10-8 Pa까지 낮춥니다. 1950년 Bayard와 Albert에 의해 제안되었으므로 BA라고 합니다. 10-9Pa 이하의 압력을 측정하기 위해 변조된 BA 미터, 극 이온화 미터, 곡선 기둥 이온화 미터 또는 열음극 마그네트론 이온화 미터를 사용할 수 있습니다. 이 이온 측정기는 또한 압력 측정에 대한 게이트 전자 유도 탈착 이온의 영향을 어느 정도 배제합니다