DE3025929A1

DE3025929A1 - Einrichtung zum kalibrieren von vakuummetern

Info

Publication number: DE3025929A1
Application number: DE3025929A
Authority: DE
Inventors: Hermann Mennenga
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1979-08-02
Filing date: 1980-07-09
Publication date: 1981-02-19
Also published as: DE3025929C2; CH641562A5; FR2463404B3; FR2463404A1; GB2056678B; GB2056678A

Description

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Einrichtung zum Kalibrieren von Vakuummetern

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kalibrierung von Vakuummetern mit einer mit Evakuierungsanschluss und einer Haltevorrichtung zur Aufnahme eines 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 Gasdrossel stelle in Verbindung steht.

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 vorliegende 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 Desorption anderer Gase von den Wänden der genannten Kammer . Auch Abweichungen im Verhalten des Kalibriergases von den sogenannten idealen Gasgesetzen können zu Fehlerursachen werden.

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 Drossel stelle 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.

Da das Saugvermögen der meisten Pumpen nicht mit genügender Genauigkeit bestimmbar ist beziehungsweise nicht genügend konstant ist, wird, um

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daraus sonst erwachsende Fehler auszuschalten, meist auch zwischen der Prüfkammer und der Pumpe eine weitere Gasdrossel stelle vorgesehen.

Wenn P₁ den Druck des Kalibriergases in der Zuleitung, p₂ den Druck desselben in der Prüfkammer und Lp bzw. Lg die Strömungsleitwerte der beiden Drossel stell en bedeuten, dann gilt für die über Lp in die Prüfkammer einströmende Gasmenge Q, die gleich ist der über L_ß aus dieser abgepumpten Gasmenge (vgl. die anliegende Zeichnung):

Q = L_F (P₁ - p₂) = L_B (p₂ - 0) (T)

wenn der Enddruck der Pumpe so niedrig, sozusagen gleich 0 ist, sodass er gegenüber p₂ nicht mehr ins Gewicht fällt. Dann folgt

- p₂) =

= p₂

L_B)

Wählt man nun L_p « L_ß dann gilt näherungsweise

P₂ = P₁

oder

d.h. der Druck des Kalibriergases in der Prüfkammer ist im Verhältnis τ—

Lp ^lb gegenüber dem Druck in der Kalibriergaszuleitung verkleinert, j— stellt eine Konstante dar unter der Voraussetzung molekularer Strömung durch die beiden Drossel stell en. Zweckmässigerweise wählt man ein dekadisches Untersetzungsverhältnis·, wenn Lp z.B. 1000 mal kleiner ist als L_ß, dann gilt dies auch für den Druck p₂ im Vergleich zu P₁.

Das Untersetzungsverhältnis P₂Zp₁ hängt also für eine Pumpe mit genügend tiefem Enddruck nicht mehr vom Saugvermögen derselben ab sondern lediglich vom Verhältnis der Leitwerte der beiden Drossel stell en.

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Als geeignete Drossel stell en können poröse Sinterkörper verwendet werden, vor allem für die Drossel stelle zwischen Bezugsvakuummeter und Prüfkammer. Dabei muss beachtet werden, dass der Leitwert einer Drosselstelle

/T
proportional ist der Wurzely-r* , wobei T die absolute Temperatur und M das Molekulargewicht bedeutet. Der Leitwert ist also von der Temperatur abhängig.

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 wird gemäss Patentanspruch bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die beiden Gasdrossel stell en in einem gemeinsamen Wärmeausgleichskörper aus gut wärmeleitendem Werkstoff angeordnet sind.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der anliegenden schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine zylindrische Prüfkammer in Schnitten senkrecht und parallel zur Zylinderachse. Darin sind zwei zu kalibrierende Vakuummeter 10 angeordnet, und 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.

Im Sinne der Erfindung besteht die Bodenplatte 2 der Prüfkammer vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium (oder einer entsprechend gut wärmeleitenden Legierung) und sie weist die beiden Gasdrossel stell en 8 und 3 auf, (die Lp bzw. L« der obigen Formeln entsprechen). Das Kalibriergas wird über ein Ventil 7 durch die Drossel stelle 8 der Prüfkammer zugeleitet und über die

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Drosselstelle 3 aus dieser über den Saugstutzen 4 mittels einer angeschlossenen Pumpe 5 abgesaugt. Der Druck p^ des Kalibriergases vor der Drossel stelle 8 wird mittels des Bezugsvakuummeters 6 gemessen.

Die gemeinsame, genügend wärmeleitende Bodenplatte sorgt für einen Temperaturausgleich und gewährleistet dadurch eine hinreicheng gleichmässige Temperatur der beiden Drossel stell en, sodass die Abhängigkeit der Leitwerte von der Temperatur für die Messung nicht mehr störend ins Gewicht fällt.

Um die Angleichung der Temperatur der Drossel stell en an die Temperatur der Bodenplatte und deren Konstanthaltung während der Messung weiter zu verbessern, ist eine Ausbildung 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 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 Sinterplatte 15 nahezu allseits von gleichmässig temperierten Wänden umschlossen, was eine raschere und gleichmässigere Temperatureinstellung gewährleistet. Diese Ausgestaltung der Drossel stelle empfiehlt sich besonders für Lp, während für die Drossel stelle L_ß ein paar einfache Bohrungen, wie gezeichnet, genügen, wenn eine Druckuntersetzung gemäss der obigen Formel 3 gewünscht ist, also ein kleines Verhältnis vom L_F zu Ln erforderlich ist.

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Claims

PATENTANS PRUECHE

1. !Einrichtung zum Kalibrieren von Vakuummetern mit einer mit Evakuie-

rungsanschluss und einer Haltevorrichtung zur Aufnahme eines 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, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drossel stellen (3,8) in einem gemeinsamen Wärmeausgleichskörper (2) aus gut Wärme leitendem Werkstoff angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Patentanspruch.1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeausgleichskörper als Bodenplatte (2) der Prüfkammer (1) ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Drossselstelle (8) zwischen Bezugsvakuummeter (6) und Prüfkammer (1) durch einen porösen Sinterkörper (15) gebildet wird.

4. Einrichtung nach Patentanspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die im Wärmeausgleichskörper (2) angeordnete Drosselstelle (8) durch eine mit der Kalibriergaszuleitung (17) verbundene Abdeckplatte (16) abgedeckt ist.

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