真空计原理与测量范围
真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态,是一种物理现象。在真空技术里,真空系针对大气而言,一般指特定空间内部之部份物质被排出,使其压力小于一个标准大气压,则我们通称此空间为真空或真空状态。真空常用帕斯卡(Pascal)托尔(Torr)毫巴(mbar)等做为压力的单位。
真空的分类:
前级真空:1*10-3Torr~1000Torr
高真空:1*10-9Torr~10-3Torr
超高真空:10-9Torr以下
真空计(Vacuum Gauge),也称真空表、真空规管,是测量真空度或低气压的仪器。一般是利用不同气压下气体的某种物理效应的变化进行气压的测量。在科研和工业生产中广泛使用。按照真空计测量原理所利用的不同的物理机制,可将主要的真空计分为三大类,
分别是利用力学性能、利用气体动力学效应利用带电粒子效应的真空计。
利用力学性能的真空计典型的有波尔登规(Bourdon)和电容薄膜规;利用气体动力学效应的典型真空计有皮拉尼(Pirani)电阻规和热电偶规、热传导规;
利用带电粒子效应的典型真空计有热阴极电离规和冷阴极电离规。市场上真空计的形式:
真空规管+真空测量计(真空计控制器):需配套使用。
真空变送器(真空计):本体集成电路部分,可输出各类型号。
两种形式客户可根据实际应用进行选择,真空规和控制器的形式,主要应用在一些恶劣的现场环境或者早期的集成设备,由规管、线缆、控制器三部分组成,前期成本略高,典型优点是后期维护更换真空规便宜;随着工业自动化的发展,真空变送器(真空计)已经成为真空测量的主要产品,可根据现场能处理的信号(数字/模拟)选择相应通讯的产品。
真空计测量范围:
电容薄膜真空计
如上图,压力变化引起膜片不同层度的形变,使得膜片和电极之间的电容变化,通过测量电容的变化量,即可知道膜片上压力的变化。(膜片主要有两种材质:金属膜片和陶瓷膜片)
电容薄膜压力计,测量读数无关气体组分,主要受环境温度的影响(温度补偿),是测量差分或全部
气体压力最准确的设备(包括蒸汽凝结、操作温度不规则的环境),目前已知产品最大测量压力为25000Torr,最低测量压力在10-5Torr左右。大部分精度为读数的0.25%,其中高精度有0.08%—0.025%。测量范围跨度一般有4个数量级或5个数量级。
应用:
1.半导体行业蚀刻,CVD,PVD,ALD等
2.光伏行业,PECVD等
3.液晶显示屏制造设备
4.工业真空设备,标准真空计
5.国防科研应用
热偶真空规
如上图,灯丝通过恒流源供电加热,由于气体粒子与电阻丝碰撞离开时带走了能量,电阻丝的温度会发生变化,灯丝温度引起热电偶电压(恒压)变化,根据电压变化测算出气压。
(热丝的能量损失与热丝周围的气体浓度及气体成分成比例关系)测量的压力范围:10Torr至10-3Torr
应用:
1.前级真空测量,如前级真空泵,镀膜,光伏,等离子行业
2.中低真空测量行业,如冶金
3.高真空计的连锁控制
皮拉尼真空计(Pirani Vacuum Gauge)