Grundlagen der Vakuumtechnik und Druckmessung Inaltsverzeichnis



Yüklə 483 b.
tarix18.04.2018
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#39247


Grundlagen der Vakuumtechnik und Druckmessung


Inaltsverzeichnis

  • Druck

  • Druckeinheiten

  • Umrechnungen der Druckeinheiten

  • Anwendungen

  • Vakuumbereiche

  • Strömungsarten

  • Vakuummeter

  • Eichen von Vakuummetern



Druck

  • Druck = Kraft pro Fläche



Druckeinheiten

  • Pascal (SI-Einheit)



Druckeinheiten

  • Pascal (SI-Einheit)

  • bar



Druckeinheiten

  • Pascal (SI-Einheit)

  • bar

  • atm



Druckeinheiten

  • Pascal (SI-Einheit)

  • bar

  • atm

  • Torr = mm Hg



Umrechnungen der Einheiten

  • 1 Pa = 1 N/m2



Umrechnungen der Einheiten

  • 1 Pa = 1 N/m2

  • 1 bar = 100000 Pa



Umrechnungen der Einheiten

  • 1 Pa = 1 N/m2

  • 1 bar = 100000 Pa

  • 1 atm = 101325 Pa



Umrechnungen der Einheiten

  • 1 Pa = 1 N/m2

  • 1 bar = 100000 Pa

  • 1 atm = 101325 Pa

  • 1 Torr = 133,322 Pa



Umrechnungen der Einheiten

  • 1 Pa = 1 N/m2

  • 1 bar = 100000 Pa

  • 1 atm = 101325 Pa

  • 1 Torr = 133,322 Pa

  • 1 Torr = 1 mm Hg



Anwendungen:

  • Schmelzen und Entgasen von Metallen

  • Elektronenstrahlschweißen

  • Destillationen, Sublimationen

  • Trocknungen (Gefrier-) von Massengütern, Kunststoffen,

  • Pharmazeutischen Produkten

  • Glühlampen und Gasentladungsröhren



Vakuumbereiche

  • Torr

  • Grobvakuum



Vakuumbereiche

  • Torr

  • Grobvakuum

  • Feinvakuum



Vakuumbereiche

  • Torr

  • Grobvakuum

  • Feinvakuum

  • Hochvakuum



Vakuumbereiche

  • Torr

  • Grobvakuum

  • Feinvakuum

  • Hochvakuum

  • Ultrahochvakuum



Strömungsarten

  • Grobvakuum viskose Strömung



Strömungsarten

  • Grobvakuum viskose Strömung

  • Feinvakuum Knudsen-Strömung



Strömungsarten

  • Grobvakuum viskose Strömung

  • Feinvakuum Knudsen-Strömung

  • Hochvakuum molekulare Strömung



Strömungsarten

  • Grobvakuum viskose Strömung

  • Feinvakuum Knudsen-Strömung

  • Hochvakuum molekulare Strömung

  • Ultrahochvakuum molekulare Strömung



Mittlere freie Weglänge λ

  • Stoßquerschnitt des Gases

  • Anzahl der Teilchen pro Volumeneinheit



Viskose Strömung

  • im Grobvakuum



Viskose Strömung

  • im Grobvakuum

  • kleine mittlere freie Weglänge bei verhältnissmäßig hohen Druck



Viskose Strömung

  • im Grobvakuum

  • kleine mittlere freie Weglänge bei verhältnissmäßig hohen Druck

  • mittlere freie Weglänge viel kleiner als räumliche Dimension

  • λ<< d



Viskose Strömung

  • im Grobvakuum

  • kleine mittlere freie Weglänge bei verhältnissmäßig hohen Druck

  • mittlere freie Weglänge viel kleiner als räumliche Dimension

  • λ<< d

  • Wechselwirkung der Teilchen untereinander, innere Reibung



Molekulare Strömung

  • im Hoch- und im Ultrahochvakuum



Molekulare Strömung

  • im Hoch- und im Ultrahochvakuum

  • große mittlere freie Weglänge, viel größer als räumliche Dimension

  • λ>>d



Molekulare Strömung

  • im Hoch- und im Ultrahochvakuum

  • große mittlere freie Weglänge, viel größer als räumliche dimension

  • λ>>d

  • Teilchen haben keine gegenseitige

  • Wechselwirkung



Knudsen Strömung

  • im Feinvakuum



Knudsen Strömung



Knudsen Strömung

  • im Feinvakuum

  • Übergang zwischen viskose und molekularer Strömung

  • weder völlig viskos noch ausschließlich molekular



Knudsen Strömung

  • im Feinvakuum

  • Übergang zwischen viskose und molekularer Strömung

  • weder völlig viskos noch ausschließlich molekular

  • mittlere freie Weglänge etwa proportional der räumlichen Dimension

  • λ ≈ d



Vakuummeter

  • Bourdon-vakuummeter



Vakuummeter

  • Bourdon-vakuummeter

  • Kapselfeder-vakuummeter



Vakuummeter

  • Bourdon-vakuummeter

  • Kapselfeder-vakuummeter

  • U-Rohr-Manometer



Vakuummeter

  • Bourdon-vakuummeter

  • Kapselfeder-vakuummeter

  • U-Rohr-Manometer

  • McLeod-Vakuummete



Vakuumeter

  • Wärmeleitfähigkeits

  • Vakuummeter

  • Kapazitäts-Vakuummeter

  • Kalkkathoden-Ionisations-

  • Vakuummeter



Absolute und relative Druckmessung



Absolute und relative Druckmessung

  • absolute Druckmessung:

  • Druck wird direkt gemessen

  • Kraft pro Fläche



Absolute und relative Druckmessung

  • absolute Druckmessung:

  • Druck wird direkt gemessen

  • Kraft pro Fläche

  • Zum Beispiel:

    • U-Rohr-Manometer


Absolute und relative Druckmessung

  • absolute Druckmessung:

  • Druck wird direkt gemessen

  • Kraft pro Fläche

  • Zum Beispiel:

    • U-Rohr-Manometer
    • McLeod-Vakuummeter


Absolute und relative Druckmessung

  • relative Druckmessung:

  • Druck wird relativ gemessen



Absolute und relative Druckmessung

  • relative Druckmessung:

  • Druck wird relativ gemessen

  • Zum Beispiel:

    • Wärmeleitung


Absolute und relative Druckmessung

  • relative Druckmessung:

  • Druck wird relativ gemessen

  • Zum Beispiel:

    • Wärmeleitung
    • Gasionisation


Absolute und relative Druckmessung

  • relative Druckmessung:

  • Druck wird relativ gemessen

  • Zum Beispiel:

    • Wärmeleitung
    • Gasionisation
    • Kapazität eines Kondensators


Bourdonvakuummeter



Bourdonvakuummeter

  • Messelement ist ein kreisförmig gebogenes Rohr

  • wird ein Vakuum angelegt ändert sich die Krümmung und somit ändert das Rohr seine Lage

  • über eine verbundenen Pfeil kann man den Druck ablesen



Doppelkapselfeder-Vakuummeter



Doppelkapselfeder-Vakuummeter

  • zwei gleichgroße Barometerkapseln

  • fest eingebaut

  • sind über einen Steg miteinader verbunden

  • Um die Kapseln herum im Gehäuse herrscht ein konstanter Druck

  • In der einen Kapsel Vk herrscht ein konstantes Vakuum

  • Die andere ist die Messkapsel



Doppelkapselfeder-Vakuummeter

  • an die Messkapsel wird ein Vakuum angeschlossen

  • dadurch wird die Messkapsel durch den umgebenden Druck zusammengedrückt

  • dadurch wird der Steg verschoben und der Pfeil zeigt den messwert an



U-Rohr-Manometer



U-Rohr-Manometer

  • Ein Schenkel des Rohres ist verschlossen

  • kein Gas ist oberhalb der Flüssigkeitssäule des verschlossenen Schenkels vorhanden

  • als Messflüssigkeit wird Quecksliber verwendet

  • bei der Messung zeigt sich ein Unterschied



McLeod-Vakuummeter



McLeod-Vakuummeter

  • Druckausgleich im System

  • Befüllen des Vakuummeters unter Atmosphärendruck

  • Vergleichskapillare auf „0 Markierung“ bringen

  • Höhendifferenz ablesen und Druck zuordnen



McLeod-Vakuummeter

  • Komprimierung des zu messenden Gases festen Volumens

  • Druckerhöhung in der Messkapillare somit eine Ablesung über ein U-Rohr möglich

  • Boyle-Mariottsches Gesetz



Wärmeleitfähigkeits-Vakuummeter



Wärmeleitfähigkeits-Vakuummeter

  • elektrisch beheizter Draht

  • Wärmeableitung ans Gas

  • dadurch Änderung des elektrischen Widerstandes



Wärmeleitfähigkeits-Vakuummeter

  • Druck abhängig von der Wärmeleitung

    • wenn mittlere freie Weglänge in die Größenordnung der Gefäßabmessungen kommt
  • dann ist die Wärmeleitfähigkeit proportional dem fallenden Vakuumdruck



Kapazitäts-Vakuummeter



Kapazitäts-Vakuummeter

  • in der befindet sich eine Metallmembran

  • dazu gibt es noch eine Mtallplatte, die fest ist

  • auf den beiden Seiten gibt es einen anderen Druck

  • das ganze ist in einen Metallgehäuse

  • die Metallmembran und die Metallplatte bilden einen Kondensator



Kapazitäts-Vakuummeter

  • bei Druckdifferenzen biegt sich die Membran

  • dadurch erfolgt eine Änderung der elektrischen Kapazität



Ionisationsvakuummeter

  • Messung des Drucks über die Teilchenanzahldichte:

    • Teil der Moleküle wird durch wird durch Elektronenstoß ionisiert.
    • diese erzeugten Ionen geben ihre positive Ladung an die Mess-Elektrode weiter
    • Der so erzeugte Ionenstrom ist ein Maß für den Druck


Eichung von Vakuummetern

  • Vakuumeter messen im bereich von 760 Torr bis torr

  • zum Eichen im Bereich von 760 bis 1 Torr verwendet man Quecksilbersäulen

  • im Bereich dann bis Torr werden Kompressionsvakuummeter benutzt

  • um dann noch tiefer zu Eichen wird dann auf die niedrigeren Bereiche extrapoliert



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