Vakuummessgeräte

Kapazitive Messgeräte, auch Kapazitätsmanometer genannt, messen Vakuum unabhängig von der Gasart. Diese Messgeräte verwenden eine flexible Membran, die auf den Differenzdruck zwischen dem gemessenen Vakuum und einem stabilen Referenzvakuum reagiert. Wenn sich der Druck in der Vakuumkammer ändert, biegt sich die Membran leicht. Durch diese Biegung verändert sich der Abstand zwischen der Membran und einer festen Elektrode, wodurch sich auch die elektrische Kapazität zwischen ihnen verändert. Das Messgerät misst diese Kapazitätsänderung und wandelt sie in einen genauen Druckwert um.

Kapazitive Messgeräte decken einen großen Druckbereich von Fein- bis Hochvakuum ab. Sie eignen sich besonders für Anwendungen, die eine präzise Prozesssteuerung erfordern, wie die Dünnfilmbeschichtung, Kalibrierung oder Messung von korrosiven Gasen, wo zuverlässige und gasunabhängige Messwerte für konsistente Ergebnisse entscheidend sind.

Auch piezoresistive Messgeräte basieren auf der mechanischen Biegung einer Membran, allerdings erfassen sie nicht die Kapazität, sondern durch die Biegung bedingte Änderungen des elektrischen Widerstands. Wenn sich der Druck in der Vakuumkammer ändert, biegt sich die Membran leicht und verursacht eine mechanische Spannung im Sensorelement. Diese Spannung verändert den elektrischen Widerstand des Elements, den das Messgerät misst und in einen präzisen Druckwert umwandelt.

Piezoresistive Messgeräte sind gasunabhängig. Sie eignen sich besonders für Anwendungen im Grob- bis Feinvakuumbereich, einschließlich industrieller Prozesse, Überwachung von Vorpumpen und allgemeiner Prozesssteuerung.

Pirani-Messgeräte messen Vakuum anhand der Wärmeleitfähigkeit von Gasen. Das Herzstück des Messgeräts ist ein kleines, beheiztes Filament, dessen Temperatur sich je nach Dichte des umgebenden Gases ändert. Wenn mehr Gasmoleküle vorhanden sind, nehmen sie mehr Wärme vom Filament auf, und dessen Temperatur sinkt. Umgekehrt gilt: Je höher das Vakuum, desto weniger Moleküle stehen zur Wärmeabfuhr zur Verfügung, sodass das Filament heißer bleibt. Das Messgerät misst diese Temperaturänderungen und wandelt sie in einen Druckwert um.

Da die Wärmeleitung von der Gasart abhängt, sind Pirani-Messgeräte gasabhängig. Sie eignen sich ideal für den Grob- bis Hochvakuumbereich und damit für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter Lecksuche, Gefriertrocknung, Beschichtung und industrielle Vakuumsysteme.

Kaltkathoden-Messgeräte, auch bekannt als Penning-Messgeräte, messen den Druck durch Ionisierung von Gasmolekülen im Messgerät. Der Sensor besteht aus zwei Elektroden und einem starken Magnetfeld. Liegt eine hohe Spannung an, werden freie Elektronen beschleunigt und beginnen, sich in einer Spirale zwischen den Elektroden zu bewegen. Dabei kollidieren sie mit Gasmolekülen und schlagen weitere Elektronen heraus, wodurch positive Ionen entstehen.

Die Anzahl der gebildeten Ionen hängt davon ab, wie viele Gasmoleküle vorhanden sind – also vom Druck in der Kammer. Je niedriger das Vakuumniveau, desto mehr Gasmoleküle sind vorhanden, sodass mehr Ionen produziert werden und ein stärkerer Ionenstrom entsteht. Auf Hochvakuumniveau sinkt die Gasdichte, es werden weniger Ionen gebildet und der Strom wird schwächer. Das Messgerät wandelt diesen Ionenstrom in einen Druckwert um.

Da jedes Gas unterschiedlich ionisiert, sind Kaltkathoden-Messgeräte gasabhängig. Sie eignen sich ideal für den Hoch- und Ultrahochvakuumbereich. Zu den typischen Anwendungen gehören die wissenschaftliche Forschung, Teilchenbeschleuniger, Beschichtungsanlagen und Halbleiterprozesse, in denen eine zuverlässige und präzise Druckmessung unter extremen Vakuumbedingungen von wesentlicher Bedeutung ist.

Heißkathoden-Messgeräte, meist nach dem Bayard-Alpert-Prinzip konstruiert, sind mit einem beheizten Filament ausgestattet, das Elektronen emittiert. Darin unterscheiden sie sich von Kaltkathoden-Messgeräten, die auf in einem Magnetfeld beschleunigten freien Elektronen basieren. Heißkathoden-Messgeräte beschleunigen diese Elektronen in Richtung eines positiv geladenen Gitters, wo sie mit Gasmolekülen kollidieren und weitere Elektronen herausschlagen, wodurch positive Ionen entstehen. Wie bei Kaltkathoden-Messgeräten hängt die Anzahl der produzierten Ionen davon ab, wie viele Gasmoleküle vorhanden sind. Dieser Ionenstrom wird gemessen und in einen Druckwert umgewandelt.

Heißkathoden-Messgeräte sind gasabhängig und bieten Präzision im Ultrahoch- bis extremen Hochvakuumbereich, wodurch sie sich besonders für die wissenschaftliche Forschung, die Halbleiterproduktion und anspruchsvolle analytische Anwendungen eignen.

Ein Vakuummessgerät, auch Vakuummeter oder Vakuummanometer genannt, ist eine Vorrichtung zur Druckmessung. Es liefert Messwerte für den Totaldruck, von Grob- bis Ultrahochvakuum, und ist daher unerlässlich für die Überwachung, Steuerung und Aufrechterhaltung von Vakuumprozessen.

Abhängig von der Art des Vakuumsystems und vom Vakuumniveau sind unterschiedliche Messgeräte erforderlich. Zum Einsatz kommen Vakuummessgeräte vor allem in folgenden Anwendungen: industrielle Vakuumprozesse, Lecksuche, Gefriertrocknung, Beschichtungstechnik, Halbleiterproduktion und wissenschaftliche Forschung.

Jedes Vakuummessgerät arbeitet nach einem anderen physikalischen Messprinzip, sodass sich manche Messgeräte für bestimmte Anwendungen besser eignen als andere. Der Druckbereich, den ein Messgerät genau messen kann, hängt sowohl vom zugrunde liegenden Messprinzip als auch vom Design des Messgeräts selbst ab, das auf optimale Leistung unter den vorgesehenen Prozessbedingungen ausgelegt ist.

Bei der Auswahl eines Vakuummessgeräts müssen folgende Faktoren berücksichtigt werden:

Vakuummessgeräte arbeiten nach einem direkten oder indirekten Messprinzip.

Sowohl Pirani- als auch Thermo-Elementmessgeräte sind Wärmeleitfähigkeitsmessgeräte, d. h. sie messen Vakuum durch Überwachung der Geschwindigkeit, mit der ein erhitzter Draht Wärme an das umgebende Gas abgibt. Der Hauptunterschied liegt in der Art und Weise, in der die Abkühlung des Drahts gemessen wird:

Es gibt keine strengen Regeln oder allgemeinen Empfehlungen für die Neukalibrierung. Der Bedarf hängt von Ihren Prozessanforderungen, dem verwendeten Medium und dem Messgerätetyp ab. Viele Kunden wählen Intervalle von sechs Monaten oder einem Jahr.

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In den meisten Vakuumsystemen kann ein einziges Messgerät nicht den gesamten Druckbereich messen. Um bei jedem Druck genaue Messwerte zu erhalten, können in einem System mehrere Messgeräte oder Kombinationsmessgeräte mit unterschiedlichen Messprinzipien installiert werden.

Die Wahl des richtigen Typs und der richtigen Kombination von Messgeräten gewährleistet eine zuverlässige und präzise Drucküberwachung im gesamten Bereich. Somit können Betreiber den gesamten Prozess präzise steuern, von der Evakuierung der Kammer bis zur Wiedereinleitung von Gasen.

Verfügbare Kombinationsmessgeräte:

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