KALIBRACIJA lONIZACIJSKIH MERILNIKOV NA lEVT Bojan Povh, Janez Šetina*, Bojan Jenko, Inštitut za elektroniko in vakuumsko tehniko, Teslova 30, 61111 Ljubljana, *lskra Elektrooptika, Stegne 7. 61210 Ljubljana Calibration of ionization gauges at lEVT ABSTRACT Primary vacuum calibration system at the Institute tor Electronics and Vacuum Technique • lEVT was built several years ago. It was designed for calibration of vacuum gauges from atmospheric pressure down to 10® Pa and is mainly used for primary calibration of ionization gauges manufactured at lEVT. The pressure generation in the calibration system in the range from 10"' to 10 Pa by dynamic expansion method is described. POVZETEK Primarni vakuumski kalibracijski sistem je bil zgrajen pred leti na Inštitutu za elektroniko in vakuumsko tehniko za umerjanje vakuumskih merilnikov od atmosferskega tlaka do 10'® Pa. Uporablja se predvsem za primarno kal I brad j o ionizacijskih vakuumskih merilnikov, izdelanih na lEVT. Opisan Je postopek vzpostavljanja tlaka v kalibracijskem sistemu v področju od 10"' do 10 ® Pa z uporabo metode dinamične ekspanzije. 1 Uvod Tudi pri nas se občasno kaže potreba po umerjanju vakuumskih merilnikov. Za to je še najbolj zainteresiran (oz. se je čutil poklicanega) lEVT, ki uporablja te merilnike pri raziskavah In tehnologijah, razen tega pa tudi sam izdeluje nekatere merilnike za prodajo. Ker na tem področju ni bilo pri nas nikakršne metro-loške urejenosti, smo proti koncu 70. let zasnovali in zgradili kalibracijski sistem, s katerim naj bi za[eli vse področje od atmosferskega tlaka do 10"® Pa. Se najbolj smo se potrudili s tistim delom sistema, ki je namenjen za generiranje znanih tlakov v visoko-vakuumskem področju po metodi plinskega pretoka. To je aktualno za ionizacijske merilnike, ki jih v zadnjem času potrebujemo npr. za merjenje karakteristik drugih vakuumskih komponent. Zato smo sistem aktivirali, ponovno preverili njegove ključne parametre in ocenili doseženo točnost. 2 Vakuumski kalibracijski sistem Ves sistem je dokaj kompleksen in ga tu v podrobnostih ne bomo opisovali. O tem smo namreč že pred časom poročali na nekaterih vakuumskih simpozijih /1,2,3,4/, po drugi strani pa delo še ni končano. Kot je razvidno na poenostavljeni shemi na si. 1, gre v osnovi za dva podsistema, ki imata vsak svoj črpalni sistem z rotacijskimi in difuzljskimi črpalkami ter ventili. Prvi ima manjšo valjasto komoro Ri prostornine okrog 3 I in je namenjen za kalibracijo merilnikov v področju grobega in srednjega vakuuma ali kot rezervoar plina pri redukciji tlaka s stacionarnim pretokom. DrugI ima večji recipient R s približno obliko krogle, s prostornino okrog 15 I. in je namenjen za kalibracijo v področju visokega vakuuma. SH OUM UM Rl Cj XII hSH coe LV J, £ % GAS 0 © \—^ © 0 \ C X i" It H O SB DI O S///(a 1. Shematsko prikazan vakuumski kalibracijski sisterr) Plin vpuščamo v Ri skozi kovinski dozirni ventil LV In tam vzpostavljamo praviloma statične kalibracijske tlake. ki jih merimo s kapacitetnim membranskim merilnikom (capacitance diaphragm gauge - ODG) kot sekundarnim standardom (Baratron 170 M). Ta ima dve diferencialni merilni glavi z območjem do 1,33 hPa oz. do 1333 hPa. Le višjetlačno glavo lahko absolutno kontroliramo z živosrebrnim U-manometrom širokega preseka (UM na sliki). Nedavno smo to storili in ugotovili ujemanje, boljše kot na 0,5%. V principu lahko uporabimo za področje pod 133 hPa tudi diferencialni živosrebrni U-manometer z mikrometrskim vijakom (DUM). Oba omenjena manometra sta povezana s tretjim vakuumskim sistemom, ki je pritrjen na steno. V DUM živo srebro zaradi konstrukcijskih pomanjkljivosti žal ne ostane dolgo čisto, zato ga zadnja leta ne uporabljamo. Potrebovali bi hermetično zaprto napravo, kot je npr. ultrazvočni Interferometrični manometer 15/. V načrtu smo imeli še izdelavo prav posebnega kompre-sljskega manometra, ki ga pa zaradi zahtevnosti nismo realizirali. Namesto tega smo skušali nizko-tlačno glavo CDG preverjati po metodi statične ekspanzije iz majhnega znanega volumna pri glavi CDG, ki se da ločiti od Ri . Vendar ta metoda še ni dovolj dodelana, negotovost generiranega tlaka v Ri je znatno prevelika. Zato lahko trdimo, da moremo za zdaj primerno in situ kontrolirati le visokotlačno glavo. Glavni podsistem se začenja z reclpientom R, ki ima na valjastem ekvatorialnem delu stranske priključke za ionizacijske merilnike. V R vzpostavimo stalen pretok Q kalibracijskega plina v molekularnem področju. V vod od Ri do R je vstavljen porozen čep z izmerjeno prevodnostjo Ci. Velikost Q nastavimo z izbiro tlaka pi v Ri. Dotok je usmerjen v kroglasti strop komore, kar je prvi od pogojev za dosego zadostne Izotropno-sti molekularnega fluksa v kalibracijskem recipientu. R črpamo skozi odprtino C, nameščeno na spodnji strani na vstopu v kratko izhodno cev premera blizu 150 mm. Cev se nato razširi v pomožni recipient R' z notranjim premerom 250 mm. Med njim in veliko difu-zijsko črpalko Dl (z oljem DC 705) je še lovilnik (shell baffle - SB) enakega imenskega premera, tako da je ^odnji volumen vsaj tako velik kot tisti, ki ga Ima R. Črpalka ima nominalno črpalno hitrost 3000 !/s. 3 Porozni čep in njegova prevodnost Palčke iz sintrane zmesi zrnc silicijevega karbida in kaotina, s trgovsko oznako Metrosil, smo dobili iz Anglije. Za njihovo rabo v take namene obstajajo dobre reference v literaturi. Vtallll smo jih v cevke iz trdega stekla. Tak čep smo vgradili v vod med Ri in R že pred leti. Njegovo prevodnost Ci merimo na osnovi upadanja tlaka v nekem manjšem zaprtem volumnu Vo (del sistema med glavo CDG, čepom in ventllčki, ki ni posebej prikazan na shemi si. 1), iz katerega izteka plin skozi č_ep. Tlak merimo z višjetlačno glavo merilnika CDG. Časovna konstanta upadanja je ravno Vo/Ci in iz dveh merskih točk, oddaljenih za čas At, dobimo Ci = -V( At (1) Za sprejemljivo natančnost morata biti točki dovolj narazen, toda pri višjih p mora biti Ap<