گیج های خلاء فشار غیر مستقیم چگونه کار می کنند؟

در دنیای صنعت و فناوری، استفاده از ابزارها و تجهیزات پیشرفته برای بهبود فرآیندها و افزایش دقت در تولید امری ضروری است. یکی از این تجهیزات کلیدی، انواع پمپ وکیوم و به‌ ویژه پمپ وکیوم روغنی است که نقش مهمی در ایجاد خلأ و مدیریت فشار در سیستم‌های مختلف ایفا می‌کند. مقاله حاضر با عنوان «گیج‌های خلأ فشار غیرمستقیم چگونه کار می‌کنند؟» به بررسی ابزاری می‌پردازد که در کنار پمپ‌های وکیوم، برای اندازه‌گیری و کنترل دقیق فشار در محیط‌های خلأ استفاده می‌شود. خرید پمپ وکیوم روغنی ، با توانایی ایجاد خلأ پایدار و قوی، بستری مناسب برای عملکرد صحیح گیج‌های خلأ فراهم می‌کند و درک ارتباط این دو ابزار می‌تواند به بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی کمک شایانی کند. در این مقاله آموزشی پمپ وکیوم ، نگاهی اجمالی به اهمیت این تجهیزات و نقش آن‌ها خواهیم داشت در ادامه با سی ان سی صنعت همراه باشید:

گیج های خلاء با خوانش فشار وابسته به گاز

این نوع گیج خلاء فشار را مستقیماً به عنوان یک نیروی مربوط به منطقه اندازه گیری نمی کند، بلکه به طور غیرمستقیم با استفاده از سایر متغیرهای فیزیکی که متناسب با چگالی تعداد ذرات و در نتیجه با فشار هستند، اندازه گیری می کند. گیج های خلاء با خوانش فشار وابسته به گاز عبارتند از: کاهش گیج، وکیوم گیج هدایت حرارتی و وکیوم گیج یونیزاسیون با طرح های مختلف.

ابزارها شامل سنسور واقعی (سر سنج، سنسور) و واحد کنترل مورد نیاز برای کار با آن است. مقیاس های فشار یا نمایشگرهای دیجیتال معمولاً بر اساس فشار نیتروژن هستند. اگر فشار واقعی pT یک گاز (یا بخار) باید تعیین شود، فشار pI نشان داده شده باید در ضریبی ضرب شود که مشخصه این گاز است. این عوامل بسته به نوع ابزار متفاوت است و یا به صورت جدولی به عنوان فاکتورهای مستقل از فشار آورده شده است (جدول 3.2 را ببینید) یا اگر به فشار بستگی دارد، باید بر اساس نمودار تعیین شوند (شکل 3.11 را ببینید).

گیج های خلاء با خوانش فشار وابسته به گاز

به طور کلی موارد زیر اعمال می شود:
فشار واقعی pT = فشار نشان داده شده pI · ضریب تصحیح
اگر فشار از “مقیاس نیتروژن” خوانده شود اما اصلاح نشود، به مقادیر “معادل نیتروژن” اشاره می شود.

گیج خلاء فشار

در تمام گیج‌های خلاء الکتریکی (شامل خلاء سنج‌هایی می‌شوند که به نوع گاز وابسته هستند) استفاده روزافزون از رایانه‌ها منجر به تمایل به نمایش مستقیم فشار بر روی صفحه‌نمایش شده است، به عنوان مثال. برای درج آن در محل مناسب در نمودار جریان فرآیند. برای اینکه بتوان از استانداردترین رابط های کامپیوتری ممکن استفاده کرد، به اصطلاح فرستنده (مبدل سیگنال با خروجی های جریان استاندارد) به جای حسگر و واحد نمایش (به عنوان مثال فرستنده THERMOVAC، فرستنده پنینگ، فرستنده IONIVAC و غیره) ساخته شده است. فرستنده ها به ولتاژ تغذیه نیاز دارند (مثلاً 24+ ولت) و سیگنال جریان وابسته به فشار را ارائه می دهند که در کل محدوده اندازه گیری از 4 تا 20 میلی آمپر یا 0 تا 10 ولت خطی است. خوانش فشار تا پس از تامین این سیگنال به رایانه و پردازش توسط نرم افزار مناسب ارائه نمی شود و سپس مستقیماً روی صفحه نمایش داده می شود.

گیج های خلاء هدایت حرارتی

فیزیک کلاسیک می آموزد و تأیید تجربی را ارائه می دهد که رسانایی گرمایی یک گاز ساکن مستقل از فشار در فشارهای بالاتر (تراکم عدد ذرات)، p > 1 mbar است. در فشارهای پایین تر، p <1 mbar، با این حال، هدایت حرارتی وابسته به فشار است.

Leybold – گرافیک Vacuum Fundamentals
در محدوده خلاء متوسط ​​با شروع تقریباً کاهش می یابد. 1 mbar متناسب با فشار است و در محدوده خلاء بالا به مقدار صفر می رسد. این وابستگی فشار در گیج خلاء هدایت حرارتی استفاده می شود و اندازه گیری دقیق (بسته به نوع گاز) فشارها را در محدوده خلاء متوسط ​​امکان پذیر می کند.

گیج های خلاء هدایت حرارتی

متداول ترین ابزار اندازه گیری از این نوع، وکیوم سنج پیرانی است. یک رشته حامل جریان با شعاع r1 که تا حدود 212 تا 302 درجه فارنهایت (100 تا 150 درجه سانتیگراد) گرم شده است (شکل 3.10) گرمای تولید شده در آن را از طریق تشعشع و هدایت حرارتی به گاز اطراف خود می دهد (و البته به تکیه گاه های انتهای رشته ها). در محدوده خلاء ناهموار، هدایت حرارتی از طریق همرفت گاز عملاً مستقل از فشار است (شکل 3.10 را ببینید). با این حال، اگر در چند میلی‌بار، میانگین مسیر آزاد گاز به همان اندازه قطر رشته باشد، این نوع انتقال حرارت بیشتر و بیشتر کاهش می‌یابد و به چگالی و در نتیجه به فشار وابسته می‌شود. زیر 10-3 میلی‌بار، میانگین مسیر آزاد گاز تقریباً با اندازه شعاع r2 لوله‌های اندازه‌گیری مطابقت دارد. رشته حسگر در سر گیج شاخه ای از پل وتستون را تشکیل می دهد.

3.10 وابستگی مقدار گرمای پراکنده شده توسط یک رشته گرم شده (شعاع r1) در یک لوله (شعاع r2) در یک اختلاف دمای ثابت به فشار گاز (نمودار شماتیک).

1.  اتلاف حرارتی ناشی از تابش و هدایت در انتهای فلزی
2. اتلاف حرارتی ناشی از گاز، وابسته به فشار
3. اتلاف حرارتی ناشی از تابش و همرفت

در گیج های هدایت حرارتی THERMOVAC با مقاومت ثابت که امروزه از نوع غالب هستند، رشته حسگر نیز شاخه ای از پل وتستون است. ولتاژ حرارتی اعمال شده به این پل به گونه ای تنظیم می شود که مقاومت و در نتیجه دمای فیلامنت بدون توجه به اتلاف حرارت ثابت بماند. این بدان معنی است که پل همیشه متعادل است. این حالت تنظیم شامل یک ثابت زمانی چند میلی ثانیه است به طوری که چنین ابزارهایی، بر خلاف آنهایی که مقاومت متغیر دارند، خیلی سریع به تغییرات فشار پاسخ می دهند. ولتاژ اعمال شده به پل معیاری برای اندازه گیری فشار است. ولتاژ اندازه گیری به صورت الکترونیکی تصحیح می شود به طوری که یک مقیاس لگاریتمی تقریباً در کل محدوده اندازه گیری به دست می آید. گیج های خلاء هدایت حرارتی با مقاومت ثابت دارای محدوده اندازه گیری از 10-4 تا 1013 mbar هستند. با توجه به زمان پاسخ بسیار کوتاه، آنها به ویژه برای برنامه های کنترل و نظارت بر فشار مناسب هستند. در حساس‌ترین محدوده، یعنی بین 10-3 تا 10 میلی‌بار، این حدود 15 درصد از فشار را نشان می‌دهد. عدم قطعیت اندازه گیری در خارج از این محدوده به طور قابل توجهی بیشتر است.

همانطور که در تمام گیج های خلاء وابسته به نوع گاز، مقیاس ابزارهای نشانگر و نمایشگرهای دیجیتال در مورد گیج های خلاء هدایت حرارتی نیز برای نیتروژن و هوا اعمال می شود. در محدوده خطا، فشار گازهای با جرم مولکولی مشابه، یعنی O2، CO و دیگران را می توان مستقیماً خواند. منحنی های کالیبراسیون برای یک سری از گازها در شکل 3.11 نشان داده شده است.

یک مثال شدید از اختلاف بین pT فشار واقعی و فشار pI نشان‌داده‌شده در اندازه‌گیری فشار، ورود هوا به یک سیستم خلاء با آرگون از یک سیلندر فشار برای جلوگیری از رطوبت (زمان پمپاژ) است. با توجه به شکل 3.11، با رسیدن به pT “فشار اتمسفر Ar” با یک THERMOVAC به عنوان ابزار اندازه گیری فشار، می توان مقدار pI را تنها 40 mbar بدست آورد. ممکن است آرگون از ظرف خارج شود (درپوش باز می شود، کوزه زنگ بلند می شود). برای کاربردهای اینچنینی و مشابه باید از کلیدهای فشار یا وکیوم سنج هایی که مستقل از نوع گاز هستند استفاده شود.

یونیزاسیون وکیوم سنج

گیج های خلاء یونیزاسیون مهمترین ابزار برای اندازه گیری فشار گاز در محدوده خلاء بالا و فوق العاده بالا هستند. آنها فشار را بر حسب چگالی تعداد ذرات متناسب با فشار اندازه گیری می کنند. گازی که قرار است فشار آن اندازه گیری شود وارد سر گیج ابزارها شده و با کمک میدان الکتریکی تا حدی یونیزه می شود. یونیزاسیون زمانی اتفاق می‌افتد که الکترون‌ها در میدان الکتریکی شتاب می‌گیرند و انرژی کافی برای تشکیل یون‌های مثبت در برخورد با مولکول‌های گاز به دست می‌آورند. این یون ها بار خود را به یک الکترود اندازه گیری (کلکتور یون) در سیستم منتقل می کنند. جریان یونی که به این روش تولید می‌شود (یا به‌طور دقیق‌تر، جریان الکترونی در خط تغذیه الکترود اندازه‌گیری که برای خنثی کردن این یون‌ها لازم است) اندازه‌گیری فشار است زیرا بازده یون متناسب با چگالی تعداد ذرات و در نتیجه با فشار است.

تشکیل یون‌ها نتیجه تخلیه با شدت میدان الکتریکی بالا (کاتد سرد عبارت چتر برای تخلیه مگنترون معکوس است، اندازه‌گیری فشار مستقیم را ببینید) یا تأثیر الکترون‌هایی که از کاتد داغ ساطع می‌شوند (اصطلاح چتر برای اندازه‌گیری مستقیم Bayard-Alpert/Extractor/Triode)

تحت شرایط ثابت دیگر، بازده یون و در نتیجه جریان یونی به نوع گاز بستگی دارد زیرا برخی از گازها راحت تر از بقیه یونیزه می شوند. همانطور که تمام گیج های خلاء با فشار خواندن وابسته به نوع گاز، یونیزه سنج های خلاء با نیتروژن به عنوان گاز مرجع کالیبره می شوند (فشار معادل نیتروژن، به اندازه گیری فشار مستقیم مراجعه کنید). برای بدست آوردن فشار واقعی برای گازهای غیر از نیتروژن، فشار بازخوانی باید در ضریب تصحیح ارائه شده در جدول 3.2 برای گاز مورد نظر ضرب شود. عوامل بیان شده در جدول 3.2 مستقل از فشار فرض می شوند، اگرچه تا حدودی به هندسه سیستم الکترود بستگی دارند. بنابراین، آنها باید به عنوان مقادیر متوسط ​​برای انواع مختلف گیج های خلاء یونیزاسیون در نظر گرفته شوند (شکل 3.16 را ببینید).

گیج های خلاء یونیزاسیون کاتد سرد

گیج های خلاء یونیزاسیون که با تخلیه سرد کار می کنند، گیج های خلاء کاتد سرد یا پنینگ/مگنترون معکوس نامیده می شوند. فرآیند تخلیه در یک لوله اندازه گیری، در اصل، مانند سیستم الکترود یک پمپ یون پاششی است. ویژگی مشترک همه انواع گیج‌های خلاء یونیزاسیون کاتد سرد این است که فقط دو الکترود گرم نشده دارند، یک کاتد و یک آند، که بین آن‌ها به اصطلاح تخلیه سرد با استفاده از d.c شروع و حفظ می‌شود. ولتاژ (حدود 2 کیلو ولت) به طوری که تخلیه در فشارهای بسیار پایین ادامه می یابد. این امر با استفاده از یک میدان مغناطیسی برای طولانی کردن مسیرهای الکترون ها به اندازه کافی به دست می آید تا سرعت برخورد آنها با مولکول های گاز به اندازه ای باشد که تعداد حامل های بار مورد نیاز برای حفظ تخلیه را تشکیل دهد. میدان مغناطیسی (نگاه کنید به شکل 3.12) به گونه ای مرتب شده است که خطوط میدان مغناطیسی نیرو از خطوط میدان الکتریکی عبور می کنند. به این ترتیب الکترون ها به یک مسیر مارپیچی محدود می شوند. حامل های بار مثبت و منفی تولید شده در اثر برخورد به سمت الکترودهای مربوطه حرکت می کنند و جریان تخلیه وابسته به فشار را تشکیل می دهند که بر روی متر نشان داده شده است.

خوانش در mbar به نوع گاز بستگی دارد. حد بالایی محدوده اندازه گیری با این واقعیت داده می شود که در بالای سطح چند 10-2 میلی بار، تخلیه کاتد سرد به یک تخلیه درخشان با خروجی نور شدید تغییر می کند که در آن جریان (در ولتاژ ثابت) فقط تا حد کمی به فشار بستگی دارد و بنابراین برای اهداف اندازه گیری مناسب نیست. در تمام گیج های کاتد سرد، جذب گاز به طور قابل توجهی بالاتر از گیج های خلاء یونیزاسیون که با کاتد گرم کار می کنند، وجود دارد. یک لوله اندازه گیری کاتد سرد، گازها را مشابه پمپ یون کندوپاش پمپ می کند (S ≈ 10-2 لیتر در ثانیه). در اینجا دوباره یون‌های تولید شده در تخلیه به سمت کاتد شتاب می‌گیرند، جایی که تا حدی حفظ می‌شوند و تا حدی باعث پاشش مواد کاتد می‌شوند. مواد کاتدی پراکنده شده یک لایه سطحی بر روی دیواره های لوله گیج تشکیل می دهند. با وجود این معایب، که منجر به درجه نسبتاً بالایی از عدم دقت در خواندن فشار (تا حدود 50٪) می شود، یونیزاسیون گیج کاتد سرد دارای سه مزیت بسیار برجسته است. اولاً، ارزان‌ترین دستگاه اندازه‌گیری با خلاء بالا است. دوم، سیستم اندازه گیری نسبت به ورود ناگهانی هوا و ارتعاشات حساس نیست. و سوم، ابزار آسان برای کار است.

1. فلنج کوچک DN 25 KF; DN 40 KF
2. مسکن
3. آند حلقه با پین احتراق
4. واشر سرامیکی
5. پیشروی فعلی
6. بوش اتصال
7. پین آند
8. صفحه کاتدی

سطح مقطع سنج PENNINGVAC PR25.

گیج های خلاء یونیزاسیون کاتد داغ

به طور کلی، چنین سنج هایی به سیستم های اندازه گیری متشکل از سه الکترود (کاتد، آند و جمع کننده یون) اشاره دارد که در آن کاتد یک کاتد داغ است. کاتدها قبلاً از تنگستن ساخته می شدند، اما اکنون معمولاً از ایریدیوم پوشش داده شده با اکسید (Th2O3، Y2O3) ساخته می شوند تا کار خروجی الکترون را کاهش دهند و در برابر اکسیژن مقاوم تر شوند. گیج های خلاء یونیزاسیون از این نوع با ولتاژ پایین و بدون میدان مغناطیسی خارجی کار می کنند. کاتد داغ یک منبع الکترون با بازده بسیار بالا است. الکترون ها در میدان الکتریکی شتاب می گیرند و انرژی کافی از میدان دریافت می کنند تا گازی را که سیستم الکترود در آن قرار دارد یونیزه کند. یون های گاز مثبت تشکیل شده به جمع کننده یون که نسبت به کاتد منفی است منتقل می شوند و بار خود را در آنجا قطع می کنند. جریان یونی که در نتیجه تولید می‌شود، معیاری از چگالی گاز و در نتیجه فشار گاز است. اگر i- جریان الکترونی است که از کاتد داغ ساطع می شود، جریان متناسب با فشار i+ تولید شده در سیستم اندازه گیری به صورت زیر تعریف می شود:

متغیر C ثابت گیج خلاء سیستم اندازه گیری است. برای نیتروژن این متغیر معمولاً حدود 10 mbar-1 است. با یک جریان الکترونی ثابت، حساسیت S سر گیج به عنوان ضریب جریان یون و فشار تعریف می شود. بنابراین، برای جریان الکترونی 1 میلی آمپر و C = 10 mbar-1، حساسیت S سر گیج برابر است با:

اندازه گیری فشار غیر مستقیم-21

گیج‌های خلاء یونیزاسیون کاتد گرم نیز جذب گاز (عمل پمپاژ) را نشان می‌دهند که به‌طور قابل‌توجهی کوچکتر از سیستم‌های کاتد سرد است، یعنی تقریباً. 10-3 لیتر در ثانیه اساساً این جذب گاز روی دیواره شیشه ای سر گیج و به میزان کمتری در جمع کننده یون صورت می گیرد. در اینجا از گیج های برهنه استفاده می شود که به راحتی کار می کنند زیرا به آهنربای خارجی نیاز نیست. حد بالایی محدوده اندازه گیری گیج یونیزاسیون کاتد داغ در حدود 10-2 mbar است (به استثنای طرح های خاص). اساساً توسط فرآیندهای پراکندگی یون‌ها در مولکول‌های گاز به دلیل مسیر آزاد کوتاه‌تر در فشارهای بالاتر (یون‌ها دیگر به جمع‌کننده یون نمی‌رسند = بازده یون کمتر) تعریف می‌شود. علاوه بر این، درخشش یا تخلیه‌های قوس غیرقابل کنترل ممکن است در فشارهای بالاتر ایجاد شود و تخلیه‌های الکترواستاتیکی در لوله‌های شیشه‌ای رخ دهد. در این موارد فشار نشان‌داده‌شده pI ممکن است به طور قابل‌توجهی از فشار واقعی pT منحرف شود.

در فشارهای پایین، محدوده اندازه گیری توسط دو اثر محدود می شود: اثر اشعه ایکس و اثر دفع یون. این اثرات منجر به از دست دادن تناسب دقیق بین فشار و جریان یونی می شود و آستانه فشار پایینی را ایجاد می کند که ظاهراً نمی توان از آن عبور کرد (شکل 3.14 را ببینید).

شکل 3.14 محدودیت فشار کم ظاهری به دلیل اثر اشعه ایکس در یک گیج خلاء یونیزاسیون معمولی.

I – خوانش فشار بدون اثر اشعه ایکس
II – محدودیت ظاهری فشار کم به دلیل اثر اشعه ایکس
III – مجموع I و II

شکل 3.15 توضیح اثر اشعه ایکس در یک گیج یونیزاسیون معمولی. الکترون‌هایی که از کاتد C ساطع می‌شوند با آند A برخورد می‌کنند و تابش اشعه ایکس نرم (فوتون) را در آنجا ایجاد می‌کنند. این تابش تا حدی به جمع کننده یون برخورد می کند و فوتوالکترون های e-s را در آنجا تولید می کند.

• C – کاتد
• A – آند
• I – جمع کننده یون

الکترون های ساطع شده از کاتد به آند برخورد کرده و فوتون ها را آزاد می کنند (اشعه ایکس نرم). این فوتون‌ها به نوبه خود فوتوالکترون‌ها را از سطوحی که برخورد می‌کنند فعال می‌کنند. فوتوالکترون‌های آزاد شده از کلکتور یونی به سمت آند جریان می‌یابند، یعنی جمع‌کننده یون یک جریان الکترونی ساطع می‌کند که به همان شیوه‌ای نشان داده می‌شود که جریان یون مثبتی که به سمت جمع‌کننده یون می‌رود. این جریان نوری یک فشار را شبیه سازی می کند. این اثر اثر اشعه ایکس مثبت نامیده می شود و به ولتاژ آند و همچنین به اندازه سطح جمع کننده یون بستگی دارد.

با این حال، تحت شرایط خاص، اثر اشعه ایکس منفی نیز وجود دارد. فوتون‌هایی که به دیوار اطراف سر گیج برخورد می‌کنند، فوتوالکترون‌هایی را آزاد می‌کنند که دوباره به سمت آند جریان می‌یابند و از آنجایی که آند یک ساختار شبکه‌ای است، به فضای درون آند نیز جریان می‌یابد. اگر دیوار اطراف پتانسیل یکسانی با جمع کننده یون داشته باشد، به عنوان مثال. پتانسیل زمین، بخشی از الکترون های آزاد شده در دیوار می تواند به جمع کننده یون برسد. این منجر به جریان یک جریان الکترونی به جمع کننده یون می شود، یعنی یک جریان منفی جریان می یابد که می تواند جریان یون مثبت را جبران کند. این اثر منفی اشعه ایکس به پتانسیل دیواره بیرونی سر گیج بستگی دارد.

اثر دفع یون

گازهای جذب شده را می توان با برخورد الکترون از سطح جذب کرد. برای یک سنج یونیزاسیون این بدان معنی است که اگر لایه ای از گاز جذب شده روی آند وجود داشته باشد، این گازها تا حدی به عنوان یون توسط الکترون های برخورد کننده دفع می شوند. یون ها به جمع کننده یون می رسند و منجر به یک نشانه فشار می شوند که در ابتدا مستقل از فشار است اما با افزایش جریان الکترون افزایش می یابد. اگر از چنین جریان الکترونی کوچکی استفاده شود به طوری که تعداد الکترون های برخورد شده در سطح در مقایسه با تعداد ذرات گاز جذب شده کم باشد، هر الکترون قادر خواهد بود یون های مثبت را دفع کند. اگر جریان الکترون افزایش یابد، دفع در ابتدا افزایش می یابد زیرا الکترون های بیشتری به سطح برخورد می کنند. این در نهایت منجر به کاهش ذرات گاز جذب شده در سطح می شود. قرائت دوباره سقوط می کند و به طور کلی به مقادیری می رسد که ممکن است به طور قابل توجهی کمتر از فشار خوانده شده با یک جریان الکترونی کوچک باشد. به عنوان یک نتیجه از این اثر در عمل، باید مشخص شود که آیا فشار خواندن تحت تأثیر یک جریان دفعی قرار گرفته است یا خیر. این کار را می توان به سادگی با تغییر موقت جریان الکترون با ضریب 10 یا 100 انجام داد. قرائت برای جریان الکترونی بزرگتر، مقدار فشار دقیق تر است.

علاوه بر گیج یونیزاسیون معمولی که ساختار الکترود آن شبیه به یک تریود معمولی است، سیستم‌های مختلف یونیزاسیون گیج (سیستم Bayard-Alpert، سیستم استخراج) وجود دارد که بسته به طراحی کم و بیش این دو اثر را سرکوب می‌کنند و بنابراین برای اندازه‌گیری در محدوده خلاء بالا و فوق‌بالا استفاده می‌شوند. امروزه سیستم Bayard-Alpert معمولاً سیستم استاندارد است.

• a سیستم وکیوم گیج یونیزاسیون Bayard-Alpert
• b سیستم یونیزاسیون خلاء سنج معمولی.
• c سیستم وکیوم گیج یونیزاسیون برای فشارهای بالاتر (تا 1 میلی بار)
• d سیستم وکیوم گیج یونیزاسیون استخراج کننده

• I جمع کننده یون
• Sc صفحه نمایش
• M تعدیل کننده
• A آند
• C کاتد
• R بازتابنده

a. گیج خلاء یونیزاسیون Bayard-Alpert (سیستم اندازه گیری استاندارد که امروزه استفاده می شود)

برای اطمینان از خطی بودن فشار گاز و جریان یونی در یک محدوده فشار تا حد ممکن، اثر اشعه ایکس باید تا آنجا که ممکن است سرکوب شود. در آرایش الکترودی توسعه یافته توسط Bayard و Alpert، این به دلیل این واقعیت است که کاتد داغ در خارج از آند قرار دارد و جمع کننده یون یک سیم نازک است که محور سیستم الکترود را تشکیل می دهد (شکل 3.16 a را ببینید). اثر اشعه ایکس به دلیل کاهش زیاد سطح جمع کننده یون، دو تا سه مرتبه قدر کاهش می یابد. هنگامی که فشار در محدوده خلاء بسیار بالا اندازه گیری می شود، سطوح داخلی سر گیج و اتصالات به مخزن بر روی خوانش فشار تأثیر می گذارد. اثرات مختلف پدیده های جذب، دفع، تجزیه و جریان را نمی توان در این زمینه بررسی کرد. با استفاده از سیستم‌های Bayard-Alpert به عنوان سیستم‌های گیج برهنه که مستقیماً در ظرف قرار می‌گیرند، می‌توان از خطاهای اندازه‌گیری به دلیل اثرات ذکر شده در بالا به طور گسترده اجتناب کرد.

b.گیج خلاء یونیزاسیون معمولی

یک تریود با طراحی معمولی (نگاه کنید به شکل 3.16 ب) به عنوان سر گیج استفاده می شود، اما کمی تغییر یافته است به طوری که الکترود بیرونی به عنوان جمع کننده یون و شبکه درون آن به عنوان آند عمل می کند. با این آرایش الکترون ها مجبور می شوند مسیرهای بسیار طولانی را طی کنند (در اطراف سیم های شبکه آند در نوسان هستند) به طوری که احتمال برخورد یونیزه و در نتیجه حساسیت گیج نسبتاً زیاد است. از آنجایی که سیستم تریود عموماً فقط در خلاء بالا به دلیل اثر پرتو ایکس قوی آن قابل استفاده است، اثر جذب گاز (پمپاژ) و محتوای گاز سیستم الکترود تنها تأثیر کمی بر اندازه‌گیری فشار دارد.

c. گیج خلاء یونیزاسیون با فشار بالا (تا 1 میلی‌بار)

یک تریود دوباره به عنوان سیستم الکترود استفاده می شود (شکل 3.16 ج را ببینید)، اما این بار با طراحی معمولی اصلاح نشده. از آنجایی که گیج برای اندازه گیری فشار تا 1 میلی بار طراحی شده است، کاتد باید در برابر فشار نسبتاً بالای اکسیژن مقاوم باشد. بنابراین، آن را به عنوان یک کاتد بدون سوختگی، متشکل از یک روبان ایریدیوم با پوشش ایتریا طراحی شده است. برای به دست آوردن یک مشخصه مستطیلی (جریان یونی به عنوان تابع خطی فشار) تا فشار 1 میلی بار، یک مقاومت اهمی بالا در مدار آند نصب می شود.

d. وکیوم گیج یونیزاسیون استخراج کننده

اثرات مخربی که بر اندازه‌گیری فشار تأثیر می‌گذارند را نیز می‌توان به‌طور گسترده با استفاده از یک سیستم نوری یونی که اولین بار توسط Redhead پیشنهاد شد، از بین برد. با این سیستم استخراج (نگاه کنید به شکل 3.16 د) یون های سیلندر آند بر روی یک جمع کننده یون بسیار نازک و کوتاه متمرکز می شوند. جمع کننده یون در فضایی راه اندازی می شود که دیواره پشتی آن توسط یک الکترود فنجانی شکل تشکیل شده است که در پتانسیل آند نگه داشته می شود به طوری که یون های خارج شده از فضای گاز نمی توانند به آن دسترسی پیدا کنند. با توجه به هندسه سیستم و همچنین پتانسیل تک تک الکترودها، تأثیرات مخرب از طریق اثرات اشعه ایکس و دفع یون تقریباً به طور کامل بدون نیاز به تعدیل کننده حذف می شوند. سیستم استخراج فشار بین 10-4 و 10-12 mbar را اندازه گیری می کند. مزیت دیگر این است که سیستم اندازه گیری به عنوان یک گیج برهنه با قطر تنها 35 میلی متر طراحی شده است تا بتوان آن را در دستگاه های کوچک نصب کرد.

گیج روتور چرخشی (SRG)

1. توپ
2. لوله اندازه گیری، از یک طرف بسته شده، به فلنج اتصال 7 جوش داده شده است
3. آهنرباهای دائمی
4. کویل های تثبیت کننده
5. 4 کویل درایو
6. سطح حباب
7. فلنج اتصال

گیج روتور چرخشی (SRG)

اصطکاک گاز وابسته به فشار در فشارهای گاز کم می تواند برای اندازه گیری فشار در محدوده خلاء متوسط ​​و بالا استفاده شود. در ابزارهای فنی از این دست، از یک توپ فولادی که قطر چند میلی متری دارد و بدون تماس در میدان مغناطیسی معلق است (نگاه کنید به شکل 3.9) به عنوان عنصر اندازه گیری استفاده می شود. توپ از طریق یک میدان چرخشی الکترومغناطیسی در حال چرخش است: پس از رسیدن به سرعت شروع (حدود 425 هرتز)، توپ به حال خود رها می شود. سپس سرعت با سرعتی کاهش می یابد که به فشار غالب تحت تأثیر اصطکاک گاز وابسته به فشار بستگی دارد. فشار گاز از کاهش نسبی سرعت f (کاهش سرعت) با استفاده از معادله زیر بدست می‌آید:

• p = فشار گاز
• r = شعاع توپ ρ = چگالی مواد توپ
• c- = سرعت متوسط ​​ذرات گاز، بسته به نوع گاز
• σ = ضریب اصطکاک توپ، مستقل از نوع گاز، نزدیک به 1.

تا زمانی که عدم قطعیت اندازه گیری 3 درصد کافی است، که معمولاً همینطور است، می توان σ = 1 را اعمال کرد تا حساسیت گیج روتور چرخان (SRG) با توپ فولادی در حال چرخش با اندازه فیزیکی قابل محاسبه توپ، یعنی شعاع محصول x چگالی r · ρ (به معادله 3.2 مراجعه کنید) داده شود. هنگامی که یک توپ “کالیبره شده” شد، برای استفاده به عنوان “استاندارد انتقال” مناسب است، یعنی به عنوان یک دستگاه مرجع برای کالیبره کردن گیج خلاء دیگر از طریق مقایسه، و با پایداری طولانی مدت بالا مشخص می شود.

در حالی که در مورد نظریه جنبشی گازها با SRG، شمارش ذرات به طور مستقیم بیانگر اصل اندازه گیری است (انتقال پالس های ذرات به توپ در حال چرخش، که در نتیجه کند می شود).
با سایر روش‌های اندازه‌گیری الکتریکی که به نوع گاز بستگی دارد، چگالی عدد ذرات به‌طور غیرمستقیم با استفاده از مقدار گرمای از دست رفته از طریق ذرات (گیج خلاء هدایت حرارتی) یا با استفاده از تعداد یون‌های تشکیل‌شده (وکیوم‌سنج یونیزاسیون) اندازه‌گیری می‌شود.

وکیوم سنج های ترکیبی

با تمام انواع سنج بالا، شما در محدوده قابل اندازه گیری محدود هستید. با درایو به تجهیزات کوچکتر و کوچکتر، فضایی برای داشتن پورت های متعدد برای قرار دادن انواع گیج های مختلف برای پوشش کامل محدوده غیرقابل دفاع شده است. بنابراین، اکنون سنج هایی را با ترکیب هایی می بینید تا محدوده های کامل را پوشش دهند. اینها معمولاً پیرانی / کاتد سرد، پیرانی / کاتد گرم برای پوشش اتمسفر تا خلاء بالا / فوق العاده بالا هستند. یا گیج های پیرانی/پیزو را خواهید دید که در آن پیزو دقت در انتهای جوی اندازه گیری را افزایش می دهد.