CH641562A5

CH641562A5 - DEVICE FOR CALIBRATING A VACUUM METER.

Info

Publication number: CH641562A5
Application number: CH709379A
Authority: CH
Inventors: Hermann Mennenga
Original assignee: Balzers Hochvakuum
Priority date: 1979-08-02
Filing date: 1979-08-02
Publication date: 1984-02-29
Also published as: DE3025929C2; FR2463404A1; DE3025929A1; FR2463404B3; GB2056678A; GB2056678B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kalibrierung eines Vakuummeters mit einer mit Evakuierungsanschluss und einer Haltevorrichtung zur Aufnahme des zu kalibrierenden Vakuummeters ausgestatteten Prüfkammer sowie mit einer mit einem Bezugsvakuummeter verbundenen Zuleitung für ein Kalibriergas, wobei die Prüfkammer mit dem Evakuierungsanschluss und mit dem Bezugsvakuummeter je über eine Gasdrosselstelle in Verbindung steht. The invention relates to a device for calibrating a vacuum meter with a test chamber equipped with an evacuation connection and a holding device for receiving the vacuum meter to be calibrated, as well as with a supply line for a calibration gas connected to a reference vacuum meter, the test chamber with the evacuation connection and with the reference vacuum meter each a gas throttle is connected.

Zum Kalibrieren von Vakuummetern ist die sogenannte Expansionsmethode bekannt, die darauf beruht, dass ein gegebenes Volumen eines Kalibriergases, dessen Druck mit einem Bezugsvakuummeter gemessen wird, in einen Raum von grösserem Volumen hineinexpandiert, wobei dann aus dem Verhältnis der beiden Volumina und des Anfangsdruckes des Kalibriergases der nach der Expansion vorhegende Enddruck, dem das zu kalibrierende Vakuummeter ausgesetzt wird, berechnet werden kann. Bei einem solchen Messverfahren ergeben sich Fehler wegen der Ungenauigkeit der Messung des Volumenverhältnisses, ferner wegen der Sorption des Kalibriergases an den Wänden der Kammer, welche die Drücke verändern und schliesslich auch wegen etwaiger De-sorption anderer Gase von den Wänden der genannten Kammer. Auch Abweichungen im Verhalten des Kalibriergases von den sogenannten idealen Gasgesetzen können zu Fehlerursachen werden. The so-called expansion method is known for calibrating vacuum meters, which is based on the fact that a given volume of a calibration gas, the pressure of which is measured with a reference vacuum gauge, expands into a space of greater volume, the ratio of the two volumes and the initial pressure of the calibration gas then being used the final pressure after expansion to which the vacuum gauge to be calibrated is exposed can be calculated. Such a measuring method results in errors due to the inaccuracy of the measurement of the volume ratio, furthermore due to the sorption of the calibration gas on the walls of the chamber, which change the pressures and finally also because of any desorption of other gases from the walls of the chamber mentioned. Deviations in the behavior of the calibration gas from the so-called ideal gas laws can also lead to errors.

Einerseits, um einige dieser Fehlerquellen zu verringern, andererseits um auch mit sehr genauen Bezugsvakuummetern arbeiten zu können, deren Messbereich jedoch höher liegt als der Messbereich eines zu kalibrierenden Vakuummeters, ist das sogenannte dynamische Expansionsverfahren eingeführt worden, bei dem der Druckabfall gemessen wird, der beim Durchströmen des Kalibriergases durch eine Drosselstelle auftritt. Dabei befindet sich die Gaseinströmung durch die Drosselstelle in die Prüfkammer der Kalibriereinrichtung und das Abpumpen des Gases aus derselben durch eine angeschlossene Pumpe in dynamischem Gleichgewicht d.h. die der Prüfkammer zu- und abgeführten Kalibriergasmengen sind gleich gross. On the one hand, in order to reduce some of these sources of error, and on the other hand in order to be able to work with very precise reference vacuum meters, whose measuring range is, however, higher than the measuring range of a vacuum meter to be calibrated, the so-called dynamic expansion method has been introduced, in which the pressure drop measured at Flow through the calibration gas through a throttle point occurs. The gas inflow through the throttle point into the test chamber of the calibration device and the pumping out of the gas from it by a connected pump is in dynamic equilibrium, i.e. the calibration gas quantities supplied to and removed from the test chamber are of the same size.

Da das Saugvermögen der meisten Pumpen nicht mit genügender Genauigkeit bestimmbar ist beziehungsweise nicht genügend konstant ist, wird, um daraus sonst erwachsende Since the pumping speed of most pumps cannot be determined with sufficient accuracy or is not constant enough, otherwise it will grow

65 65

Wählt man nun LF < < LB dann gilt näherungsweise If you now choose LF <<LB then approximately applies

P2=PirE oder£2- =^E Pi J-B P2 = PirE or £ 2- = ^ E Pi J-B

(2) (2)

(3) (3)

d.h. der Druck des Kalibriergases in der Prüfkammer ist im Verhältnis gegenüber dem Druck in der Kalibriergaszu- i.e. the pressure of the calibration gas in the test chamber is in relation to the pressure in the calibration gas

L,n T L, n T

-B -B

leitung verkleinert. eine Konstante dar unter der Voraus- downsized line. represents a constant under the

30 Setzung molekularer Strömung durch die beiden Drosselstellen. Zweckmässigerweise wählt man ein dekadisches Untersetzungsverhältnis; wenn LF z.B. 1000 mal kleiner ist als LB, dann gilt dies auch für den Druck p2 im Vergleich zu p]. 30 Settlement of molecular flow through the two throttling points. It is expedient to choose a decadal reduction ratio; if LF e.g. Is 1000 times smaller than LB, then this also applies to the pressure p2 compared to p].

Das Untersetzungsverhältnis p2/pi hängt also für eine 35 Pumpe mit genügend tiefem Enddruck nicht mehr vom Saugvermögen derselben ab sondern lediglich vom Verhältnis der Leitwerte der beiden Drosselstellen. The reduction ratio p2 / pi therefore no longer depends on the pumping speed of a pump with a sufficiently low final pressure, but only on the ratio of the conductance values of the two throttling points.

Als geeignete Drosselstellen können poröse Sinterkörper verwendet werden, vor allem für die Drosselstelle zwischen 40 Bezugsvakuummeter und Prüfkammer. Dabei muss beachtet werden, dass der Leitwert einer Drosselstelle proportional ist der Wurzel , wobei T die absolute Temperatur und M Porous sintered bodies can be used as suitable throttling points, especially for the throttling point between 40 reference vacuum gauges and the test chamber. It must be noted that the conductance of a throttle point is proportional to the root, where T is the absolute temperature and M

das Molekulargewicht bedeutet. Der Leitwert ist also von der 45 Temperatur abhängig. means the molecular weight. The conductance therefore depends on the temperature.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Einrichtung zum Kalibrieren von Vakuummetern anzugeben, die ermöglicht, den Temperaturfehler auf einem Minimum zu halten, d.h. praktisch auszuschalten. Diese Aufgabe 50 wird gemäss Patentanspruch 1 bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die beiden Gasdrosselstellen in einem gemeinsamen Wärmeausgleichskörper aus gut wärmeleitendem Werkstoff angeordnet sind. The present invention has for its object to provide a device for calibrating vacuum gauges, which makes it possible to keep the temperature error to a minimum, i.e. practically turn off. This object 50 is achieved according to claim 1 in a device of the type mentioned in that the two gas throttle points are arranged in a common heat compensation body made of a good heat-conducting material.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung 55 anhand der anliegenden schematischen Zeichnungen näher erläutert. An exemplary embodiment of the invention 55 is explained in more detail below with reference to the attached schematic drawings.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine zylindrische Prüfkammer in Schnitten senkrecht und parallel zur Zylinderachse. Darin sind zwei zu kalibrierende Vakuummeter 10 angerodnet, und 60 zwar (entsprechend einer bekannten Vorschrift) so, dass jedes in die Prüfkammer eintretende Molekül des Kalibriergases mindestens einen Wandstoss erleidet, bevor es in die aktive Zone der Vakuummeter eintreten kann. Zu diesem Zweck sind die zwei halbkreisförmigen Prallbleche 13 vorgesehen und mündet die Kalibriergaszuleitung 11 gegenüber einer Stirnwand der zylindrischen Prüfkammer. Figures 1 and 2 show a cylindrical test chamber in sections perpendicular and parallel to the cylinder axis. Two vacuum meters 10 to be calibrated are arrayed therein, namely 60 (in accordance with a known regulation) such that each molecule of the calibration gas entering the test chamber suffers at least one wall impact before it can enter the active zone of the vacuum meter. For this purpose, the two semicircular baffle plates 13 are provided and the calibration gas supply line 11 opens out opposite an end wall of the cylindrical test chamber.

Im Sinne der Erfindung besteht die Bodenplatte 2 der Prüfkammer vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium (oder For the purposes of the invention, the base plate 2 of the test chamber is preferably made of copper or aluminum (or

einer entsprechend gut wärmeleitenden Leigerung) und sie weist die beiden Gasdrosselstellen 8 und 3 auf, (die LF bzw. Lb der obigen Formeln entsprechen). Das Kalibriergas wird über ein Ventil 7 durch die Drosselstelle 8 der Prüfkammer zugeleitet und über die Drosselstelle 3 aus dieser über den Saugstutzen 4 mittels einer angeschlossenen Pumpe 5 abgesaugt. Der Druck p< des Kalibriergases vor der Drosselstelle 8 wird mittels des Bezugsvakuummeters 6 gemessen. a correspondingly good heat-conducting refusal) and it has the two gas throttle points 8 and 3 (which correspond to LF and Lb of the above formulas). The calibration gas is fed via a valve 7 through the throttle point 8 to the test chamber and is sucked out via the throttle point 3 via the suction port 4 by means of a connected pump 5. The pressure p <of the calibration gas upstream of the throttle point 8 is measured by means of the reference vacuum meter 6.

Die gemeinsame, genügend wärmeleitende Bodenplatte sorgt für einen Temperaturausgleich und gewährleistet dadurch eine hinreichend gleichmässige Temperatur der beiden Drosselstellen, sodass die Abhängigkeit der Leitwerte von der Temperatur für die Messung nicht mehr störend ins Gewicht fällt. The common, sufficiently heat-conducting base plate ensures temperature compensation and thus ensures a sufficiently uniform temperature of the two throttling points, so that the dependence of the conductance values on the temperature is no longer a disruptive factor for the measurement.

Um die Angleichung der Temperatur der Drosselstellen an die Temperatur der Bodenplatte und deren Konstanthaltung während der Messung weiter zu verbessern, ist eine Aus- In order to further improve the adjustment of the temperature of the throttling points to the temperature of the base plate and to keep it constant during the measurement, an

3 641 562 3,641,562

bildung gemäss Figur 3 vorteilhaft. Diese zeigt einen Ausschnitt aus der Bodenplatte 2, wobei in einer Vertiefung derselben eine Platte 15 aus einem porösen Sinterwerkstoff eingelegt und durch die angeschraubte Deckplatte 16 festgehalten 5 ist. Die Deckplatte und die Bodenplatte sind mit den Leitungen 17 bzw. 18 für die Durchführung des Kalibriergases versehen, wobei an die Bohrung 18 die Leitung 11 - vergleiche mit Figur 2 - als Verlängerung anschliesst. Bei dieser Konstruktion ist also die die eigentliche Drosselstelle darstellende io Sinterplatte 15 nahezu allseits von gleichmässig temperierten Wänden umschlossen, was eine raschere und gleichmässigere Temperatureinstellung gewährleistet. Diese Ausgestaltung der Drosselstelle empfiehlt sich besonders für LF, während für die Drosselstelle Lb ein paar einfache Bohrungen, wie ge-15 zeichnet, genügen, wenn eine Druckuntersetzung gemäss der obigen Formel 3 gewünscht ist, also ein kleines Verhältnis vom Lf zu LB erforderlich ist. education according to Figure 3 advantageous. This shows a section of the base plate 2, a plate 15 made of a porous sintered material being inserted in a recess thereof and being held in place 5 by the screwed-on cover plate 16. The cover plate and the base plate are provided with the lines 17 and 18 for the passage of the calibration gas, the line 11 connecting to the bore 18 - compare with FIG. 2 - as an extension. In this construction, the io sintered plate 15 which represents the actual throttling point is enclosed on almost all sides by uniformly tempered walls, which ensures a faster and more uniform temperature setting. This configuration of the throttling point is particularly recommended for LF, while for the throttling point Lb a few simple bores, such as ge-15, are sufficient if a pressure reduction according to formula 3 above is required, i.e. a small ratio of Lf to LB is required.

C C.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

641562

PATENT CLAIMS

1.Device for calibrating a vacuum meter with a test chamber equipped with an evacuation connection and a holding device for receiving the vacuum meter to be calibrated, and with a supply line for a calibration gas connected to a reference vacuum meter, the test chamber being connected to the evacuation connection and to the reference vacuum meter each via a gas throttle point stands, characterized in that the two throttling points (3, 8) are arranged in a common heat compensation body (2) made of a material that is a good conductor of heat.

2. Device according to claim 1, characterized in that the heat compensation body is designed as a base plate (2) of the test chamber (1).

3. Device according to claim 1, characterized in that at least the throttle point (8) between the reference vacuum gauge (6) and the test chamber (1) is formed by a porous sintered body (15).

4. Device according to claim 1, characterized in that the throttle body (2) arranged in the heat compensation body (2) between the reference vacuum gauge (6) and the test chamber (1) is covered by a cover plate (16) connected to the calibration gas supply line (17).

To eliminate errors, usually a further gas throttle point is also provided between the test chamber and the pump.

If pi is the pressure of the calibration gas in the supply line, p2 is the pressure of the same in the test chamber and LF or LB 5 are the flow conductivities of the two throttling points, then the amount of gas Q flowing into the test chamber via LF applies, which is the same as that from LB. this amount of gas pumped out (see the attached drawing):

io Q = LF (p2-p2) = Lb (P2-O)

(1)

if the final pressure of the pump is so low, so to speak, that it is significant compared to p2. Then follows

15 Lp (P1-P2) - LBp2

P2 = Pi L ^ tl;

LFPi - P2 (LF + LB)

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