cảm biến chân không vacuum sensor

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
NGÀNH VẬT LÝ KỸ THUẬT

VACUUM SENSOR

GVHD:
TS Đinh Sơn Thạch
HVTH:
Lê Thị Kim Nhung
Phạm Quốc Việt


Mục lục

I

MỞ ĐẦU VÀ TỔNG QUAN

II

III

NGUYÊN LÝ VÀ CẤU TẠO

HỆ THỐNG VÀ ỨNG DỤNG


I

MỞ ĐẦU VÀ TỔNG QUAN


1661
1930
1955
1979
1973
460-375TCN
1594
1644
1969
1648
1967
1820

Handbook of Vacuum Technology, ISBN: 978-3-527-40723-1


2014
2012
2010
2007

2000


Không gian

Vacu
um

Đầu tư ra sao?

Phát triển như thế nào?

sens
or

Ứng dụng ra sao?


II

NGUYÊN LÝ VÀ CẤU TẠO


Phần II. Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của các loại cảm biến chân không

Các loại cảm biến chân không


2.1 Cảm biến chân không bằng phương pháp gián tiếp

2.1.1 Cảm biến dùng tính dẫn nhiệt


2.1.1.1a Cảm biến chân không dùng cặp nhiệt

Cặp nhiệt: Thay đổi nhiệt độ của dây
tóc được ghi nhận bởi một cặp nhiệt
điện
Phạm vi: 5 đến 10-3 mbar (Trên 5, nhiệt
độ thay đổi sợi rất ít)
Ưu điểm: Sử dụng năng lượng rất thấp


2.1.1.1b Cảm biến chân không dùng phương pháp Pirani

Điện áp không đổi Pirani: Điện
áp đặt lên dây tóc là không đổi,
nhiệt độ thay đổi
Phạm vi: 10 đến 10

-3

mbar

Vấn đề: ô nhiễm (bởi dầu, vv)


2.1.1.1b Cảm biến chân không dùng phương pháp Pirani


2.1.1.2 Cảm biến chân không dùng phép đo ion hoá
2.1.1.2a Phép đo ion hoá dùng phương pháp Hot cathode

Range: 10-3 đến 10-10 mbar
Giới hạn dưới: phát tia X từ lưới điện.

Giới hạn trên: Các phản ứng là phi tuyến tính và nguy cơ
cháy dây tóc.

Lý thuyết: Phát xạ nhiệt điện tử
Sự đốt nóng electron nhờ làm nóng dây tóc và tăng tốc cho chúng hướng tới một cái lồng lưới hình trụ.
Electron va chạm với các phân tử khí có trong môi trường và ion hóa một số trong số chúng.
Một dây nằm ở trung tâm của hình trụ thu thập các ion, tạo ra dòng điện. Dòng điện tỉ lệ với áp suất cần đo.
Yêu cầu năng lượng của một dây tóc thông thường cho phát xạ 1mA là 10-15 W.


2.1.1.2 Cảm biến chân không dùng phép đo ion hoá
2.1.1.2a Phép đo ion hoá dùng phương pháp Hot cathode


2.1.1.2a Phép đo ion hoá dùng phương pháp Hot cathode


2.1.1.2a Phép đo ion hoá dùng phương pháp Hot cathode


2.1.1.2a Phép đo ion hoá dùng phương pháp Hot cathode

Ưu điểm: Phụ thuộc tuyến tính của bộ thu dòng về áp lực chính xác hơn, ổn định và dùng nhiều lần hơn
CCG.

Các vấn đề:

• Phản ứng của các phân tử khí với dây tóc nóng, ảnh hưởng đến các thành phần của khí, độ tin cậy.
(Nhiệt độ hoạt động thông thường 1700 ºC, đủ nóng để phá vỡ nhiều phân tử khí thành các mảnh nhỏ hơn)

• Tuổi thọ Filament (bị ảnh hưởng bởi bắn phá ion, hoạt động áp lực cao hoặc hiệu ứng hóa học)
• Delay (trạng thái cân bằng nhiệt) ( vài phút đến vài tuần)
Phức tạp hơn, đòi hỏi nhiều năng lượng hơn, kích thước lớn hơn CCG rò rỉ hiện nay thông qua các lớp dẫn.


2.1.1.2b Phép đo ion hoá dùng phương pháp Cole cathode

Range: 0,01 đến 10-7 mbar.

Lý thuyết: Các electron được phát ra từ một cathode lạnh (nhiệt độ phòng) khi chúng ta đặt một điện áp đủ lớn. Nếu chúng ta gia tốc
cho các electron để giải phóng chúng, chúng ta có thể có electron năng lượng có khả năng ion hóa khí trong hệ thống. Chúng ta tăng
quãng đường tự do trung bình của electron bằng cách áp dụng một từ trường. Điều này làm tăng tỷ lệ ion hóa mỗi electron, và chúng ta
có được một dòng ion đó là đủ lớn để đo mà không cần khuếch đại.


2.1.1.2b Phép đo ion hoá dùng phương pháp Cole cathode

Ưu điểm: Nhanh hơn HCG
Không dùng Filament nên không sợ bị đốt cháy
Không cần thiết để khử khí
Không quan tâm đến vấn đề tia X.

Các vấn đề:
Dòng ion không tuyến tính với áp suất, thay vào đó
Khi bắt đầu, HCG có thể bị delay.
Ít chính xác hơn HCG.
Cần làm sạch bình đo thuỷ tinh(có hơi dầu).

là mối quan hệ hàm mũ.

2.1.1.3 Cảm biến chân không dùng phương pháp Spining Rotor

Phạm vi: 0,1 đến 10

-7

mbar

Lý thuyết: Làm chậm lại của một bay lên bi gây ra bởi các tác

dụng kéo phân tử giữa các bề mặt bóng

& khí.
Phụ thuộc vào: áp suất, khí trọng lượng phân tử và nhiệt độ
bóng.
Ưu điểm: Rất chính xác đo
Vấn đề: Đắt

của khí & trạng thái bề mặt quả


2.1.1.3 Cảm biến chân không dùng phương pháp Spining Rotor

Độ nhớt và áp suất có thể được tính từ sự sụt giảm của tần số ν với thời gian từ công thức:

Trong đó:
r là bán kính của quả bóng,
ρK mật độ khí,
ν (t) tần số bóng tại thời điểm t,

ν (0) tần số ban đầu của phép đo,
α hệ số nghỉ,
v là vận tốc trung bình của các hạt khí.


2.1.1.3 Cảm biến chân không bằng phương pháp trực tiếp

Cảm biến chân không dùng áp kế điện dung

-6
Phạm vi: áp suất khí quyển đến 10 mbar
Lý thuyết: Thay đổi điện dung giữa các điện cực
(hoặc điện cực) và cơ hoành
Vấn đề: Nhạy cảm với nhiệt độ, dầu ...
Ưu điểm: Độ ổn định cao, tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
lớn.
Đáp ứng nhanh, độ chính xác cao


2.1.1.3 Cảm biến chân không bằng phương pháp phân tích khí

Phạm vi: toàn bộ áp suất
Lý thuyết: Dựa trên phân tích khí bằng cách ion hóa,
tách, và phát hiện các ion để xác định áp suất riêng phần
của các khí trong một hệ thống chân không.
Vấn đề: Hệ thống phức tạp, tinh vi, công nghệ cao.
Ưu điểm: Đo được tất cả các loại áp suất từ khí quyển
cho đến chân không siêu cao.
Độ chính xác cao.
Ổn định.