5.2 Anwendungshinweise

Bei Auswahl, Einbau und Betrieb von Vakuummetern sind deren Eigenschaften und die Besonderheiten der Vakuummessung zu beachten.

In Vakuumrezipienten können Druckgradienten auftreten, daher ist der Einbauort mit Bedacht zu wählen.
Oberflächen und Dichtmaterialien weisen eine Ausgasung auf. Das Vakuummeter kann daher einen gegenüber dem Druck in der Vakuumkammer höheren Druck messen. Die Anschlussflansche sollten daher möglichst kurz und die Zahl der Dichtungen minimiert sein.
Ionisationsvakuummeter können eine Pumpwirkung besitzen und dadurch einen niedrigeren Druck ausweisen als dem tatsächlichen Druck der Vakuumkammer entspricht.
Kaltkathodenvakuummeter besitzen eine Eigensputterwirkung, die besonders ausgeprägt ist beim Betrieb mit schweren Gasen (z. B. Argon) im Feinvakuumbereich. Dies kann zu instabilen und ungenauen Messwerten führen.
In Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen verschmutzen Ionisationsvakuummeter durch Abbauprodukte der organischen Moleküle. Wie beim Sputtereffekt kann dadurch der Messwert verfälscht oder instabil werden.
Die Einschaltpunkte für Ionisationsvakuummeter sind so zu wählen, dass eine Verschmutzung infolge der vorstehenden Phänomene weitgehend verhindert wird.
Starke Magnetfelder und elektrische Felder können die Funktion von Vakuummetern beeinträchtigen. Dies gilt insbesondere für Ionisationsvakuummeter.
Um Ultrahochvakuum zu erreichen, muss die Vakuum-apparatur ausgeheizt werden, einschließlich der Messröhren. Dabei sind die maximalen Ausheiztemperaturen und die in den technischen Daten genannten Bedingungen zu beachten.

Bei Verschmutzung können Kaltkathodenvakuummeter leicht demontiert und gereinigt werden. Bei anderen Messprinzipien ist meist ein Austausch des Sensors möglich. Generell ist zu beachten, dass Vakuummeter einem gewissen Verschleiß durch Abnutzung und Verschmutzung unterliegen und daher von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden sollten. Die große Breite der Einsatzbedingungen lässt es dabei leider nicht zu, eine generelle Empfehlung für das Austauschintervall zu geben.

5.2.1 Messbereiche

Im Druckbereich von 1.000 hPa – 1 hPa benutzt man gelegentlich rein mechanische Zeigervakuummeter (Druckfeder- oder Bourdonrohr-Manometer), die jedoch nur eine beschränkte Genauigkeit aufweisen und nur direkt am Einbauort abgelesen werden können. Für genauere Messungen und Fernanzeige verwendet man elektrische Membranvakuummeter (Piezo-Sensoren oder kapazitive Sensoren).

Zwischen 10 hPa und 10^-4 hPa werden Pirani-Wärmeleitungsvakuummeter eingesetzt. Man kann schon bei Drücken p < 10^-2 hPa spezielle „Hochdruck“-Heißkathoden-Ionisationsvakuummeter anwenden. Bei Drücken unter 10^-3 hPa verwendet man entweder Kaltkathoden-Ionisationsvakuummeter oder bei sauberen Bedingungen und hohen Anforderungen an die Messgenauigkeit Ionisationsvakuummeter nach Bayard-Alpert. Sinnvoll ist immer die Kombination von zwei oder mehr Sensoren, die den gesamten genutzten Druckbereich abdeckt.

Abbildung 5.8: Druckmessbereiche und Messprinzipien

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Mit Membran- und Pirani-Vakuummetern erzeugt man Druckschaltpunkte, um Ionisationsvakuummeter erst bei ausreichend niedrigem Druck einzuschalten und diese so vor Verschmutzung oder Durchbrennen der beheizten Kathode zu schützen. Es werden deshalb auch Kombinationssensoren mit automatischer Umschaltung angeboten, die weiter unten beschrieben werden.

5.2.2 Aktive Messröhren (Transmitter)

Aktive Messröhren vereinen den eigentlichen Sensor, der die Wandlung der mechanischen Größe Druck in eine elektrische Größe vornimmt, mit einer kompakten Steuer- und Auswerteelektronik. Sie geben den gemessenen Druck als analoges Messsignal (0 – 10 Volt) oder als numerischen Wert über eine (genormte) digitale Schnittstelle aus. Sie müssen mit einer Gleichspannung (typischerweise 24 Volt) versorgt werden. Zu den aktiven Messröhren werden auch Versorgungsgeräte mit Messwertanzeige angeboten.

Aufbau	Bezeichnung
Vakuumsensor, der über ein Kabel mit der notwendigen Speise- und Auswerteelektronik verbunden ist; sensorspezifische Signal- und Versorgungsleitungen zwischen Sensor und Elektronik	Messröhre Passive Messröhre Sensor
Vakuumsensor und Elektronik in einem Gehäuse integriert, Speisung mit standardisierter Versorgungsspannung (typischer-weise 24 VDC); Druckinformation als analoges Ausgangs-signal (typischerweise 0 – 10 Volt) oder digitale Standardschnittstellen (RS-485, Profibus, DeviceNet)	Transmitter Aktive Messröhre Messwandler

Tabelle 5.1: Aktive und passive Messröhren

5.2.3 Passive Messröhren (Sensoren)

Passive Messröhren besitzen keine eingebaute Elektronik. Sie werden über Kabel mit Steuergeräten verbunden, welche die Energieversorgung, Messdatenauswertung und Anzeige übernehmen. Die Steuergeräte stellen dann gewöhnlich auch analoge Spannungsausgänge, digitale Schnittstellen und Relaiskontakte für Schaltpunkte bereit

5.2.4 Kombinationsmessröhren

Kombinationsmessröhren (Kombisensoren) vereinigen zwei Sensoren in einer Messröhre und bieten folgende Vorteile:

Erweiterung des Messbereichs gegenüber einem einzelnen Sensor
Nur ein Messwertausgang für beide Sensoren
Integrierter Schutz empfindlicher Hochvakuummessröhren vor Einschalten bei zu hohem Druck
Nur ein Anschlussflansch erforderlich

Die verschiedenen Kombinationen sind bei den einzelnen Baureihen beschrieben.