VAKUM TEKNOLOJİSİNDE KULLANILAN VAKUM ÖLÇERLER

    Günümüz dünyasında vakum ölçümü 10^3 mbar’dan 10^-12 mbar’a çok geniş bir aralığı kapsar.Fakat bir tek vakum ölçer ile vakum bölgelerinin tamamını ölçmek imkansızdır.Bu bakımdan farklı vakum bölgelerini ölçecek vakum ölçerleri geliştirilmiştir.

Vakum ölçerler kaça ayrılır ?

Vakum ölçerler genel olarak ikiye ayrılırlar ;

  • Doğrudan Vakum Ölçerler (Direct Vacuum Gauge) :  Bu tür vakum ölçerler birim yüzeye etki eden kuvvet kavramını kullanması ile doğrudan yada mutlak olarak basıncı ölçer. Bu tarz vakum ölçerler birim hacimdeki molekül sayısına ve vakum sisteminin iç sıcaklığa bağlıdır (P=nkT). Burada P : basınç, n: birim hacimdeki molekül sayısı, k: boltzman sabiti ve T : kelvin cinsinden sıcaklık ifadelerini göstermektedir. Ayrıca formülden de anlaşılacağı üzere bu tür vakum ölçerler de ölçü değerleri gazların cinsine bağlı değil tam tersi molekül sayısına bağlıdır.
  • Dolaylı Vakum Ölçerler (Undirect Vacuum Gauge) : Bu grup içerisinde bulunan vakum ölçerler basıncı dolaylı yönden ölçerler. Burada dikkat edilecek husus ise şudur gazların iyonlaşma olasılığı, ısısal ve elektriksel iletkenliği basınca bağladır. Bu nedenle basınç ölçümü gazın cinsine bağlıdır.Basınç değerlerinin kalibrasyonu ise hava veya azota göre yapılır .Fakat vakum düzeneğinde hidrokarbon birikimi var ise vakum kazanın ölçülen iç basıncı gerçek değerinden çok farklı olabilir.

Vakum Ölçerler ve Özellikleri Nelerdir ?

  • Bourdon Ölçeri : Bourdon ölçeri, şekil 1a’da görüleceği üzere eliptik olacak biçimde  yassılaştırılmış  C , sarmal ve spiral şekilde olan esnek bir metal borudur.Borunun basınç ölçen düzeneğine bağlandığı uç açık olup hareket edemeyecek şekilde mekanik olarak sabitlenmiştir.Hareketli uca öteleme hareketini kazandırmak için 2 eksenli kaldıraç kolu ve dişli mekanizma bağlanmıştır (şekil 1b).Bu vakum ölçerin çalışma prensibi ise tüp içerisine dolan gazın neden olduğu basınç nedeni ile metal boru esner ve serbest uç şekilde görüldüğü gibi hareket eder. Fakat bourdon ölçeri ile 1024 mbar ile 10 mbar aralığındaki değerler ölçülebilir.
Boardon ölçer
Şekil 1: (a) Bourdon tüpüne ait şematik çizim. (b) Bourdon tüplü manometrenin iç yapısına ait şematik çizim.
  • Diyaframlı Vakum Ölçer : Diyaframlı vakum ölçere ait şematik çizim şekil 2‘de gösterilmektedir.Ölçer kabı yay etkisi gösteren ve kıvrımlı yapıya sahip diyafram ile iki kısıma ayrılmıştır. Birinci bölge flanj yardımı ile vakumun ölçüleceği kaba açılırken ikinci bölge ise genellikle 1mbar’ın altındaki referans basıncında tutulur.Bu vakum ölçer ile 1mbar’a kadar ölçmek mümkündür.
diyaframlı vakum ölçer
Şekil 2: Diyaframlı vakum ölçere ait şematik çizim.
  • Sığalı Diyafram Vakum Ölçer  : Diyaframlı vakum ölçer, şekil 3‘de görüleceği metal bir diyafram ve onun karşısında yer alan elektrottan meydana gelir.Burada dikkat edilecek husus ise vakum ölçer gövdesi ve diyaframın her ikisi de oksitlenmeyen diğer bir deyişle kimyasal etkileşimlere karşı dayanıklı bir alaşımdan meydana gelir. Bu vakum ölçerler de kullanılan elektrotlar ise yalıtkan bir yüzey üzerine metal buharlaştırma yöntemi ile ince film kaplama tekniği ile oluşturulmuştur.İnce film tekniği ile büyütülen bu elektrotların malzemesi ise nikel yada paladyumdur. Vakum ölçerin çalışma prensibi ise, ölçer gövdesinde elektrotların bulunduğu bölümün havası boşaltılır ve yüksek vakum ölçümü elde etmek için ise bu  bölümüne ise kimyasal tutucu yerleştirilir.Ölçer vakum kazanına bağlandığı zaman ise diyafram elektrotlara doğru bombeleşir ve her bir elektrot bu diyafram ile sığa oluşturarak vakum ölçümü gerçekleştirilir. Bu vakum ölçer ile 10^-5 mbara kadar ölçüm yapılabilir.
sığalı diyaframlı vakum ölçer
Şekil 3: Sığalı vakum ölçerin şematik çizimi.
  • Pirani Vakum Ölçer :  Vakum sistemlerinde gaz moleküllerinin ısısal aktarım 3 şekilde gerçekleşir 1) Işıma ile, 2) İletim ile, 3) Gaz molekülleri tarafından aktarılmasıyla oluşur. Vakum seviyelerine göre 1mbar ile 1024 mbar arasında ısısal aktarım ışıma ve aktarım , 10^-4 mbar ile 1 mbar arasında  iletim , 10-4 mbar’dan küçük değerlerde ise hem ışıma hemde iletim yolu ile olmaktadır.Burada Pirani vakum ölçerin vakum seviyesi nasıl ölçülür sorusuna gelecek olursak ; dikkat edilecek husus pirani ölçerin Rp direnci basınç ve dolayısı ile sıcaklığa bağlı olarak değişir.Başlangıçta köprü devresi Ra ayarlı direnç  yardımı ile belli bir basınç seviyesine getirilir. Buna karşılık gelen Rp direnci ile dengeye geldiğinde ise multimetre sıfırı gösterir. Rp değeri değişince köprünün dengesi bozulur(şekil 4). Meydan gelen bu denge bozukluğundan faydalanılarak vakum seviyesi ölçülür. Pirani vakum ölçer ile 10-10^-4 mbar arasında ölçüm gerçekleştirilebilir.
Pirani-Gauge
Şekil  4: Pirani vakum ölçere ait basitleştirilmiş köprü devresi
  • Yukarida anlatılan vakum ölçerlere ek olarak bazı sistemlerde magnetron pirani vakum ölçer, iyonlayıcı vakum ölçer ve sıcak-soğuk katotlu iyonlama ölçerleride kullanılmaktadır

Yararlanılan Kaynaklar

  • Introduction to the princibles of vacuum physics ( Niels Marquardı)
  • Handbook of vacuum science and technology  (Bawa Singh, John H. Thomas,Doroty M. Hoffman)
  • Fundemantals of vacuum technology (Dr. Walter Umrath)