Membranvakuummeter

Die Durchbiegung einer elastischen Membran kapazitiv bestimmen

Prinzip MembranvakuummeterZur gasartunabhängigen Druckmessung bis ins Hochvakuum eignen sich besonders die Membranvakuumsensoren. Ihre Funktionsweise beruht auf der Messung der elastischen Verformung einer dünnen Membran (Δs), wenn sie auf der einen Seite einem höheren Druck p1 ausgesetzt ist als auf der anderen Seite mit p2 (siehe Abbildung).

Damit ist das Membranvakuummeter eigentlich ein Gerät zur Messung des Relativdrucks. Aus diesem Grunde wird das Innere des Sensors im Druckbereich von p2 so weit evakuiert, dass p2 sehr viel kleiner ist als der kleinste zu messende Druck im Rezipienten p1. Somit erfolgt eine Totaldruckmessung mit vernachlässigbar kleinem Fehler, gegeben durch den Restdruck p2.

Bei den kapazitiven Membranvakuummetern bildet die druckempfindliche Membran eine der Elektroden eines Kondensators. Die Durchbiegung Δs, die eine Funktion der Druckdifferenz ist, bewirkt eine Änderung seiner Kapazität, die anschließend direkt gemessen werden kann. Materialien, die zur Fertigung der Membran eingesetzt werden, sind entweder Edelstahl mit kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizient oder metallbeschichtete Keramiken. Keramikbasierte Membranen haben sich in der Praxis als weniger empfindlich gegen Temperaturschwankungen erwiesen und sind aufgrund besserer Relaxationsfähigkeit nullpunkt-stabiler. Außerdem bieten sie verbesserte Korrosionsfestigkeit und können auch unter rauen Bedingungen eingesetzt werden. Die Membran sollte möglichst unempfindlich gegen Längenvariation bei Temperaturänderung sein, da dies das Messergebnis verfälscht. Die Dicke der Membran entscheidet über den kleinsten messbaren Druck. Jede Membrandicke kann etwa 4 Druckdekaden messen.

Eine Verbesserung der Genauigkeit ergibt sich durch temperaturstabilisierte Sensoren, die auf 45 °C konstanter Temperatur geregelt sind und damit Temperatureinflüsse auf das Messergebnis verringern. Vorzüge der kapazitiven Membranvakuummeter sind die Gasartunabhängigkeit, die hohe Messgenauigkeit (typischerweise 0,2 % vom Messwert) sowie die Widerstandsfähigkeit gegen korrosive Gase.

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