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Verfahren und Einrichtung zur Messung von Vakuum Für die Messung von
Vakuum unterhalb 20 mm bis herunter zu etwa io-4 mm Quecksilbersäule benutzt man
häufig das Kompressionsprinzip, das darin besteht, daß man einen bestimmten Teil
des evakuierten Volumens vom Gesamtvolumen absperrt und das Teilvolumen in einem
gemessenen Verhältnis komprimiert, wobei dann der Druck im abgesperrten Volumen
im Maß der Volumenverringerung ansteigt. Dieses Meßprinzip ist in der Vakuummeßtechnik
unter .dem Namen McLeod bekannt.
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Es ist bekannt, daß .das an sich sehr brauchbare Meßverfahren von
McLeod darin seine Grenze findet, daß es nur bei dampffreien Gasen absolut richtige
Ergebnisse liefert. Bei dampfhaltigen Gasen wird die Richtigkeit des Meßergebnisses
.dadurch beeinträchtigt, daß ein Teil des im Gas enthaltenen Dampfes je nach Kompression
und Sättigung kondensiert wird, so daß der durch den Dampf erzeugte Partialdruck
nicht mitgemessen wird. Das -Meßinstrument zeigt also im wesentlichen nur den Partial,druek
der nichtkondensierten Gasbestandteile an.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Messung
von Vakuum im Bereich unter 2o mm bis etwa io---4 mm unter Benutzung des Kompressionsprinzips
(McLeod) und besteht darin, daß, mittels eines in der die Meßeinrichtung mit dem
zu messenden Vakuum verbindenden Leitung vorgesehenen Dreiwegehahnes zu Beginn der
Messung der Kompressionsschenkel zunädhst mit der Außenluft und anschließend erst
mit dem -an die
laufende Pumpe angeschlossenen Vakuumraum verbunden
wird, wonach die Kompression des praktisch nur aus Luft bestehenden Gasvolumens
erfolgt..
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein zweifacher. Dadurch,
daß das zu komprimierende Gas aus Luft besteht, die vor der Absperrung des Volumens
auf den Druck des zu messenden Vakuums gebracht worden ist, findet auch bei einer
weitgehenden Kompression des abgesperrten Luftvolumens keine Kondensation des gegebenenfalls
.in der Luft enthaltenen Wasserdampfes statt, da auch bei stärkster Kompression
ein höherer Druck als,der-gewöhnliche Luftdruck nicht auftreten kann. Der Druck
im abgesperrten Luftvälumen entspricht also der Summe aller Partialdrücke einschließlich
des von Wasserdampf. Eine Gefahr, daß Dämpfe aus dem Vakuum in das abzusperrende
Luftvolumen gelangen könnten, besteht praktisch nicht, da, solange das zu komprimierende
Luftvolumen noch nicht abgesperrt ist, ein Strömungsgefälle zum Vakuum besteht,
welches eine merkliche Diffusion von Dämpfen aus dem Vakuum in das Luftvolumen hinein
unterdrückt.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß es nunmehr keines Hilfsvakuums bedarf, um das Quecksilber, welches zur Absperrung
und Messung dient, nach Beendigung der Messung in das Vorratsgefäß zurückzubringen.
Dadurch, daß nach beendeter Messung durch den Dreiwegehahn wieder Verbindung zwischen
Außenluft und Meßeinrichtung hergestellt wird, gelangt das Quecksilber sowohl aus
dem, Kompressionsteil als auch aus -dem Meßteil der Einrichtung wieder heraus und
fließt in das Vorratsgefäß zurück.
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Eine weitere Verbesserung der Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht in einer besonders einfachen Änderung des Meßbereiches. Zu diesem
Zweck wird der Kompressionsteil der Meßeinrichtung sorgfältig kalibriert und: mit
Meßbereichmarken versehen, während der Meßteil der Einrichtung, der aus einem Rohr
sehr gleichbleibenden Querschnittes besteht, nicht mit Meßmarken versehen ist, jedoch
statt dessen eine mit linearer Teilung versehene Meßskala längs des Meßteiles verschiebbar
und auf die Meßbereichmarken des Kompressionsteils einstellbar vorgesehen ist.
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Die Erfindung ist in einem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel
erläutert. Die Meßeinrichtung besteht aus dem am oberen Ende verschlossenen Kompressionsschenkel
i, dem. im oberen Teil offenen Meßschenkel 2, dem Quecksilbervorratsgefäß 3, das
durch -die Leitung q., in .der sich der Absperrhahn 5 befindet,» mit dem an ihren
unteren Enden zusammenlaufenden Kompressions-und Meßschenkel in Verbindung steht.
An -den oberen Teil des Meßschenkels 2 schließt sich das Verbindungsrohr 6 an, das
in einem. Dreiwegehahn 7 endet, der das Verbindungsrohr 6 einmal mit der Außenluft
8 und einmal mit dem Vakuum- g verbindet. Parallel zum Meßschenkel 2 ist eine lineare
Skala io so angeordnet, daß deren Anfangspunkt in Höhe einer bestimmten Meßbereichmarke,
z. B. ii, .auf dem Kompressionsschenkel liegt. Zu Beginn der Messung wird: .der
Hahn geschlossen und der Hahn 7 so eingestellt, daß das Verbindungsrohr 6 mit der
Atmosphäre in Verbindung steht. Durch Umschaltung .des Hahnes 7 wird nun die ganze
Meßeinrichtung an den zu messenden Vakuumraum angeschlossen und kurz darauf auch
der Hahn 5 geöffnet. Das Quecksilber, das im Vorratsgefäß unter Atmosphärendruck
steht, steigt sowohl in den Kompressionsschenkel i als auch in 'den Meßschenkel2
hinein. Sobald das Quecksilber im, Kompressionsschenkel i die durch den Eichstrich
i i bezeichnete Marke erreicht hat, wird Hahn 5 geschlossen, so daß das Quecksilber
nicht weitersteigt. Das Quecksilber wird dann im Meßschenkel 2@ einen bestimmten
Betrag höher gestiegen sein als im Kompressionsschenkel. Die Differenz der Quecksilberstände,
multipliziert mit einem Umrechungs.faktor, entspricht dem Normalwert des Vakuums.
Da in dem quecksilberfreien Raum im oberen Teil des Kompressionsschenkels keine
Kondensation von Dämpfen eintreten kann, entspricht der angezeigte Druck in der
Tat der Summe aller Partialdrücke im@ Vakuum.
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Falls man nicht weiß., in welcher Größenordnung das zu messende Vakuum
liegt, ist es zweckmäßig, das Quecksilber im Kompressionsschenkel zunächst nur bis
zur Meßmarke 13 aufsteigen zu lassen. Zeigt es sich, daß .dann auf der Meßskala
nur ein geringer Vakuumwert angezeigt wird, so wird man das Quecksilber im Kompressionsschenkel
weiter auf die Meßmarke 12 bzw. ii aufsteigen lassen. Auf jeden Fall muß man darauf
achten, daß das Quecksilber im Meßschenkel nicht über den höchsten Punkt der Verbindungsleitung
6 hinausgeht. Die Skala io muß gleichzeitig so verschoben werden, däß ihr Anfang
in der Höhe .der Meßmarke steht, auf .die man das Quecksilber im Kompressionsschenkelhat
aufsteigen lassen.
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Um dem Umrechnungsfaktor, der zur Ermittlung des wahren Vakuums aus
der Differenz der Quecksilbersäule bekannt sein muß, einen einfachen Wert zu geben,
werden ,die zwischen den Eichmarken i i, 12 und 13 vorhandenen Volumina in zweckmäßiger
Weise ausgewählt. Wählt man beispielsweise das Kapillarvolumen oberhalb der Marke
vi zu 3 cm3, das Volumen zwischen den Marken i i und 12 zu 2,5 cm3, das zwischen
den Marken io und 13 zu 5,5 cm3 und schließlich das unterhalb der Marke 13 zu 22
cm3, so ergibt sich bei Einstellung des Quecksillbers im Kompressionsschenkel auf
Eichmarke i i ein Umrechnungfaktor von i : io, d. h. .das abgelesene Vakuum ist
durch io zu dividieren, um das wirkliche Vakuum zu erhalten. Die entsprechenden
Umrechnungsfaktoren für die anderen. Eichmarken sind i : 5 und 1-: 2. Wesentlich
hierbei ist also, daß die Meß-skala als lineare Skala für alle Meßbereiche an sich
unverändert bleibt.
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Es ist natürlich auch möglich, die Meß,ska:la io nicht zu verwenden
und statt dessen den oberhalb der Marke i i liegenden Kapillarraum mit einer Stricheichung
zu versehen. In,diesemFall muß man jedoch das Quecksilber im Meßschenkel, 2 bis
zum
Ende des Kompressionsschenkels 1 aufsteigen lassen. Die Länge
des quecksilberfreien Raumes im Kompressionsschenkel ist dann ein Maß für das Vakuum.
Eine Schwierigkeit bei diesem Meßverfahren, das man vor allem bei kleinen Drücken
(unter 1 mm Hg) anwenden würde, besteht darin, daß kein linearer Zusammenhang der
komprimierten Gassäule besteht, so daß eine nicht lineare Skala notwendig ist.