DE3025929C2

DE3025929C2 -

Info

Publication number: DE3025929C2
Application number: DE3025929A
Authority: DE
Inventors: Hermann Balzers Li Mennenga
Original assignee: Balzers Hochvakuum 6200 Wiesbaden De GmbH
Current assignee: Balzers Hochvakuum 6200 Wiesbaden De GmbH
Priority date: 1979-08-02
Filing date: 1980-07-09
Publication date: 1989-03-23
Also published as: CH641562A5; FR2463404B3; FR2463404A1; DE3025929A1; GB2056678B; GB2056678A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Kalibrieren 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 Gasdrosselstelle 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 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.

Da das Saugvermögen der meisten Pumpen nicht mit genügender Genauigkeit bestimmbar ist beziehungsweise nicht genügend konstant ist, wird, um daraus sonst erwachsende Fehler auszuschalten, meist auch zwischen der Prüfkammer und der Pumpe eine weitere Gasdrosselstelle vorgesehen.

Wenn p₁ den Druck des Kalibriergases in der Zuleitung, p₂ den Druck desselben in der Prüfkammer und L _F bzw. L _B die Strömungsleitwerte der beiden Drosselstellen bedeuten, dann gilt für die über L _F in die Prüfkammer einströmende Gasmenge Q, die gleich ist der über L _B aus dieser abgepumpten Gasmenge (vgl. die anliegende Zeichnung):

Q = L _F (p₁ - p₂) = L _B (p₂ - 0) (1)

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

Wählt man nun L _F « L _B dann gilt näherungsweise

d. h. der Druck des Kalibriergases in der Prüfkammer ist im Verhältnis gegenüber dem Druck in der Kalibriergaszuleitung verkleinert. stellt eine Konstante dar unter der Voraussetzung molekularer Strömung durch die beiden Drosselstellen. Zweckmäßigerweise wählt man ein dekadisches Untersetzungsverhältnis; wenn L _F z. B. 1000mal kleiner ist als L _B, dann gilt dies auch für den Druck p₂ im Vergleich zu p₁.

Das Untersetzungsverhältnis p₂/p₁ hängt also für eine Pumpe mit genügend tiefem Enddruck nicht mehr vom Saugvermögen derselben ab sondern lediglich vom Verhältnis der Leitwerte der beiden Drosselstellen.

Als geeignete Drosselstellen können poröse Sinterkörper verwendet werden, vor allem für die Drosselstelle zwischen Bezugsvakuummeter und Prüfkammer. Dabei muß beachtet werden, daß der Leitwert einer Drosselstelle proportional ist der Wurzel

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 1 bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die beiden Gasdrosselstellen in einem gemeinsamen Wärmeausgleichskörper aus gut wärmeleitendem Werkstoff angeordnet sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

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

Die Fig. 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.

Die Bodenplatte 2 der Prüfkammer 1 besteht aus Kupfer oder Aluminium (oder einer entsprechend gut wärmeleitenden Legierung) und sie weist die beiden Gasdrosselstellen 8 und 3 auf, die L _F bzw. L _B der obigen Formeln entsprechen. Das Kalibriergas wird über ein Ventil 7 durch die Drosselstelle 8 der Prüfkammer zugleitet und über die Drosselstelle 3 aus dieser über den Saugstutzen 4 mittels einer angeschlossenen Pumpe 5 abgesaugt. Der Druck p₁ des Kalibriergases vor der Drosselstelle 8 wird mittels des Bezugsvakuummeters 6 gemessen.

Die gemeinsame, genügend wärmeleitende Bodenplatte sorgt für einen Temperaturausgleich und gewährleistet dadurch eine hinreichend gleichmäßige Temperatur der beiden Drosselstellen, so daß die Abhängigkeit der Leitwerte von der Temperatur für die Messung nicht mehr störend ins Gewicht fällt.

Um die Angleichung der Temperatur der Drosselstellen an die Temperatur der Bodenplatte und deren Konstanthaltung während der Messung weiter zu verbessern, ist eine Ausbildung gemäß Fig. 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 Fig. 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 Drosselstelle empfiehlt sich besonders für L _F, während für die Drosselstelle L _B ein paar einfache Bohrungen, wie gezeichnet, genügen, wenn eine Druckuntersetzung gemäß der obigen Formel 3 gewünscht ist, also ein kleines Verhältnis von L _F zu L _B erforderlich ist.

Claims

1. Einrichtung zum Kalibrieren 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 Gasdrosselstelle in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drosselstellen (3, 8) in einem gemeinsamen Wärmeausgleichskörper (2) aus gut wärmeleitendem Werkstoff angeordnet sind.

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

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

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