Vakuum- und Druckwandler: Funktionsweisen und Anwendungen

Vakuum-Elektronik: Balg- und Membranwandler

Diese Wandler arbeiten mit einem Differenzdruck zwischen Atmosphärendruck und dem Prozessdruck. Sie können bezüglich des atmosphärischen Drucks abgeglichen und in absoluten Einheiten kalibriert werden. Sie eignen sich jedoch nicht zur Messung von Hochvakuum. Die Wandler können elektrisch als Dehnungsmessstreifen (DMS) oder kapazitiv gekoppelt werden.

Wärme-Wandler

Wärme-Wandler basieren auf dem Prinzip der Proportionalität zwischen der Energie, die von der heißen Oberfläche eines Fadens durch Wärmeleitung an das umgebende Gas abgegeben wird, und dem Druck des Gases, insbesondere bei niedrigem Absolutdruck.

Pirani-Wandler

Ein Pirani-Wandler verwendet eine Wheatstone-Brückenschaltung, die den Widerstand der Filamente vergleicht. Typischerweise ist ein Filament in einem Hochvakuumrohr abgedichtet, während das andere in Kontakt mit dem zu messenden Gas steht und dadurch Wärme durch Konduktion verliert. Bei diesem Wandler ändert sich der Widerstand der Wendel in Abhängigkeit vom Druck, da die Wärmeableitung vom Gasdruck beeinflusst wird. Der pyramidenförmige Wandler hat den Vorteil, dass er kompakt und einfach zu bedienen ist und bei atmosphärischem Druck ohne die Gefahr einer Verbrennung betrieben werden kann. Er hat jedoch den Nachteil, dass die Kalibrierung von der Zusammensetzung des gemessenen Gases abhängt.

Bimetall-Wandler

Ein Bimetall-Wandler verwendet eine Bimetall-Spirale, die durch eine stabilisierte Spannungsquelle erhitzt wird. Jede Druckänderung erzeugt eine Auslenkung der Spirale, die wiederum auf einer Skala abgelesen werden kann.

Vakuum-Ionisations-Wandler

Vakuum-Ionisations-Wandler basieren auf der Bildung von Ionen, die durch Zusammenstöße zwischen Gasmolekülen und Elektronen (oder Alpha-Teilchen bei Strahlungsionisation) entstehen. Der Anteil der Ionenbildung, d.h. der Ionenstrom, ist direkt proportional zum Druck.

Glühkathoden-Ionisationswandler

Ein Glühkathoden-Ionisationswandler besteht aus einer Elektronenröhre mit einer Wolframkathode, die von einem gitterförmigen Netz umgeben ist, welches wiederum von einer Kollektorplatte umschlossen wird. Die von der Glühkathode emittierten Elektronen werden zum positiv geladenen Gitter beschleunigt. Einige passieren das Gitter und stoßen auf dem Weg zur negativ geladenen Kollektorplatte mit Gasmolekülen zusammen. Der resultierende positive Ionenstrom ist eine Funktion der Anzahl der Ionen und somit ein Maß für den Gasdruck. Diese Druckaufnehmer sind sehr empfindlich und können zur Messung von extrem hohem Vakuum verwendet werden. Ihr elektrisches Ausgangssignal ist linear zum Druck. Sie haben jedoch den Nachteil, dass sie empfindlich auf die Gaszusammensetzung reagieren. Manchmal kann die Glühkathode erhebliche Veränderungen in der Gaszusammensetzung zwischen dem gemessenen Volumen und dem Volumen innerhalb der Elektronenröhre verursachen.