진공 게이지 선택 가이드라인 참고

울박 진공 게이지 선택 가이드 라인 참고

https://showcase.ulvac.co.jp/en/how-to/selection-guide/vacuum-gauge-guide.html

Vacuum gauge｜How to Choose The Best Products｜How to｜ULVAC SHOWCASE

압력 범위에 따른 선택 가이드를 제시하고 있다.

레스커의 게이지 선택 사이트 참고

https://www.lesker.com/newweb/gauges/gauges_technicalnotes_1.cfm

Kurt J. Lesker Company

기계식 게이지(Mechanical Gauge)

가스의 압력은 각 원자 또는 분자가 어느 순간에 표면과 충돌하여 발생하는 모든 개별적인 힘의 합입니다. 기계적 게이지는 표면을 원래 위치에 유지하려는 (복원) 힘에 대한 표면의 움직임을 모니터링하여 이 전체 힘을 기록합니다. 기계적 게이지는 분자 운동량에만 반응하므로 모든 가스 또는 증기의 압력을 측정합니다. 움직임이 어떻게 기록되는지에 따라 매우 정확하거나 부정확할 수 있습니다.

맥레오드 게이지(McLeod Gauge)

이 게이지는 거의 사용되지 않지만, 주로 다른 게이지의 기본 교정 표준으로 사용됩니다. 실제로, 알려지지 않은 압력의 알려진 많은 양의 가스가 유리 벌브에 포집되고 수은 수위를 높여 가스가 알려진 양의 작고 닫힌 모세관에 갇힐 때까지 압축됩니다. 원래와 최종 부피의 비율이 알려져 있고 최종 압력을 측정할 수 있기 때문에 원래 압력은 보일의 법칙(P1 x V1 = P2 x V2)에 의해 계산됩니다. 맥레오드 게이지는 특히 1 Torr에서 10-4 Torr 범위에서 유용 하지만 압축으로 인해 증기를 측정하는 데 사용할 수 없습니다.

부르동 다이얼 게이지(Bourdon Dial Gauge)

일반적인 사양:

• 가스 독립
• 1 ~ 760 토르
• 정확도 10~15%
• 일반적인 작동 온도: 0°C ~ 50°C

닫힌 끝, 곡선, 타원형 단면의 구리 합금 튜브가 진공에 연결되면 대기압이 내부 압력에 따라 더 크거나 작은 정도로 튜브를 구부립니다. 기계적 힘은 기어링 연결 장치를 통해 지표 바늘을 움직입니다. 부르동 게이지는 주로 고압 측정(가장 일반적으로 가스 실린더의 레귤레이터에 부착)에 사용되지만, 0" Hg에서 30" Hg까지의 압력을 표시하도록 변형되어 동결 건조, "하우스" 진공 시스템, 진공 함침 등에 사용되며, 여기서 주요 관심사는 정확한 측정보다는 진공이 존재하는지 여부입니다.

피에조 게이지(Piezo Gauge)

일반적인 사양:

• 가스 독립
• 0.1 ~ 1000 토르
• 정확도 1%
• 일반적인 작동 온도: 0°C ~ 40°C

압전 저항 압력 센서는 일반적으로 실리콘 웨이퍼로 구성되며, 이 웨이퍼는 정상적인 응력(압력)을 받을 때 수정을 적합한 편향 다이어프램으로 만드는 표면에 가공됩니다. 최소 단면에서 실리콘 수정의 두께는 게이지의 압력 범위를 1,500~0.1 Torr로 결정하는 주요 요인입니다. 다이어프램이 압력을 받으면서 편향되면 압전 저항 요소의 저항 값이 변하여 휘트스톤 브리지 네트워크가 균형을 잃게 됩니다. 이 브리지에 전압을 인가하면 인가된 압력에 비례하는 출력 전압이 생성됩니다. 요소의 저항이 같으면 다이어프램 전체에 압력 차이가 없는 0 출력 전압이 됩니다.

 

Capacutance Manometers(절대 압력 바라트론 게이지)

일반적인 사양:

• 가스 독립
• 전체 스케일(FS) 값 아래의 4(4) 10진수 범위에서 읽습니다(예: 1000 Torr 용량 압력계 = 1000~0.1 Torr, 0.1 Torr 용량 압력계 = 0.1~1e -5 Torr)
• 정확도 0.25~0.50%
• 주변 또는 가열 버전
• 일반적인 작동 온도: 0°C ~ 40°C

알려진 압력과 알려지지 않은 압력을 분리하는 얇은 금속 다이어프램의 처짐은 두 볼륨 사이의 압력 차이를 측정하는 것입니다. 이름에서 알 수 있듯이 커패시턴스 마노미터에서 처짐은 다이어프램과 일부 고정 전극 사이의 전기적 커패시턴스를 사용하여 측정됩니다. 커패시턴스 마노미터는 모든 가스(게이지의 작동 온도에서 응축되지 않는 증기 포함)의 차압 또는 절대 압력을 측정하는 데 가장 정확한 장치입니다.

게이지 헤드는 최대 측정 압력(25,000 Torr에서 1 x 10-1 Torr 까지)으로 지정되며 , 각 헤드는 그보다 약 10 4 낮은 동적 범위를 갖습니다 . 0.25% 게이지 판독 정확도가 일반적이며, 고정확도 제품에서 0.08%를 사용할 수 있습니다.

게이지는 작동 온도가 정해져 있는 반면, 커패시턴스 압력계는 주변 작동 온도 이상으로 구성할 수 있습니다(구매 전에). 이러한 "가열" 장치에는 장치 내부에 다이어프램을 설정된 온도(예: 100°C)로 가열하는 히터가 있습니다. 이는 커패시턴스 압력계의 정확도를 유지하는 데 도움이 되며 다이어프램에서 증기 응축을 줄이는 데 도움이 됩니다(장치의 내부 온도 보상이 공정 온도보다 높은 경우).

 

Diaphragm Manometers(절대 압력 바라트론 게이지)

커패시턴스 압력계와 마찬가지로 이러한 게이지는 알려진 압력과 알려지지 않은 압력을 분리하는 얇은 금속(또는 실리콘) 다이어프램의 처짐을 사용합니다. 그러나 이러한 유형의 게이지에서 처짐은 다이어프램에 부착된 스트레인 게이지에 의해 감지됩니다. 이는 최소 측정 가능 압력을 1 Torr로 제한하지만 최대 1,200 Torr의 안정적이고 반복 가능한 장치 판독 압력을 제공합니다.

Gas Property Gauges

각 특정 가스의 열전도도 또는 점도 값은 다르며 압력에 따라 비선형적으로 변합니다. 일반적인 진공 챔버 가스로 표시된 가스 특성 게이지는 부정확합니다. 이와 기타 수많은 고유한 오류 소스는 게이지 판독값이 반복되는 압력 이벤트를 기록하는 데는 허용되지만 절대 압력을 측정하는 데는 거의 사용되지 않는다는 것을 시사합니다.

열전대 게이지(Thermocouple Gauges)

일반적인 사양:

• 가스에 의존하다
• 1e -3 ~ 760 Torr 또는 1e -3 ~ 1 Torr
• 일반적으로 수동적(컨트롤러 필요)
• 10 Torr 이상에서 정확도 50%, 10 Torr 미만에서 정확도 15%
• 정전류, 가변온도
• 일반적인 작동 온도: 0°C ~ 100°C

열전대 게이지 내의 필라멘트는 일정한 전류를 통해 특정 온도까지 가열됩니다. 분자가 필라멘트와 상호 작용함에 따라 열은 주어진 속도(분자의 열 전도도에 따라 다름)로 전달되고, 이로 인해 온도 차이가 발생합니다. 이 가변 온도는 측정되어 전압 출력으로 변환되고, 그 다음에 압력이 발생합니다. 압력이 높을수록(분자가 많을수록) 온도 차이가 커집니다. 게이지의 설계와 필라멘트의 배치로 인해 열전대 게이지는 일반적으로 10 Torr 이상의 측정에는 사용되지 않습니다. 수많은 분자가 필라멘트의 주어진 부분에 합쳐져 부정확성을 유발하기 때문입니다.

시간이 지나면서 분자가 필라멘트에 달라붙어 부정확한 측정이 발생합니다. 게이지가 무엇에 노출되었는지에 따라 플랜지 종단에 소량의 용매를 붓고 필라멘트와 접촉시켜(게이지가 꺼진 상태에서) 필라멘트를 청소할 수 있습니다. 이 작업은 용매의 SDS와 공정에 사용된 분자를 검토한 후에 수행해야 합니다. 일단 장치를 넣으면 용매가 전체 필라멘트와 접촉하도록 장치를 부드럽게(마라카처럼 하지 않음) 돌려서 붙어 있는 분자 중 일부, 아니면 전부를 용해할 수 있습니다. 그런 다음 용매가 적절히 노출되고 잔여물이 증발합니다. 장치를 켜서 열을 공급하면 이 작업을 더 빨리 수행할 수 있습니다. 일부 분자가 필라멘트를 부식시켰을 수 있으므로 이 청소가 효과가 있다는 보장은 없습니다. 이 경우 게이지를 교체하는 것이 좋습니다.

피라니 게이지(Pirani Gauges)

일반적인 사양:

• 가스에 의존하다
• 1e -4 ~ 1000토르
• 10 Torr 이상에서 정확도 50%, 10 Torr 미만에서 정확도 10%
• 일정한 온도, 가변 전류
• 일반적인 작동 온도: 0°C ~ 40°C

피라니 게이지에서는 종종 플래티넘인 두 개의 필라멘트가 휘트스톤 브리지의 두 팔로 사용됩니다. 기준 필라멘트는 고정된 가스 압력에 잠겨 있고 측정 필라멘트는 시스템 가스에 노출되어 있습니다. 두 필라멘트 모두 브리지를 통과하는 전류에 의해 가열되지만 대부분의 T/C와 달리 피라니 게이지는 일정한 전압이나 전력을 사용하지 않고 일정한 필라멘트 온도를 사용합니다. 잠긴 소자에 부딪히는 가스 분자는 에너지를 전도하여 피드백 회로에서 감지하고 전원 공급 장치로 대체합니다. 피라니 게이지는 열전대 게이지와 유사한 범위에서 측정하지만 1e - 4 Torr까지 확장됩니다. 그러나 이 게이지는 10 Torr 이상에서는 열전대 게이지와 동일한 문제가 있습니다.

시간이 지나면서 분자가 필라멘트에 달라붙어 부정확한 측정이 발생합니다. 게이지가 무엇에 노출되었는지에 따라 플랜지 종단에 소량의 용매를 붓고 필라멘트와 접촉시켜(게이지가 꺼진 상태에서) 필라멘트를 청소할 수 있습니다. 이 작업은 용매의 SDS와 공정에 사용된 분자를 검토한 후에 수행해야 합니다. 일단 장치를 넣으면 용매가 전체 필라멘트와 접촉하도록 장치를 부드럽게(마라카처럼 하지 않음) 돌려서 붙어 있는 분자 중 일부, 아니면 전부를 용해할 수 있습니다. 그런 다음 용매가 적절히 노출되고 잔여물이 증발합니다. 장치를 켜서 열을 공급하면 이 작업을 더 빨리 수행할 수 있습니다. 일부 분자가 필라멘트를 부식시켰을 수 있으므로 이 청소가 효과가 있다는 보장은 없습니다. 이 경우 게이지를 교체하는 것이 좋습니다.

Convection Enhanced Pirani Gauge

일반적인 사양:

• 가스에 의존하다
• 1e -4 ~ 1000토르
• 10 Torr 이상에서 정확도 5%, 10 Torr 미만에서 정확도 10%
• 일정한 온도, 가변적인 온도
• 일반적인 작동 온도: 0°C ~ 40°C

대류 강화 피라니는 일정한 온도를 유지하기 위해 필라멘트에 전류를 공급한다는 점에서 피라니 게이지와 매우 유사합니다. 분자가 필라멘트와 상호 작용하면 필라멘트에서 열이 제거되고 일정한 온도를 유지하기 위해 더 많은 전류가 필요합니다. 이 전류 차이는 전압으로 변환된 다음 압력으로 변환됩니다. 그러나 이 게이지 설계는 대류(적절한 공기 흐름)로 인해 필라멘트 주변의 균일한 움직임을 허용합니다. 이를 통해 필라멘트의 특정 부분에 달라붙는 분자 주머니가 최소화되어 더 정확한 판독 값이 제공됩니다. 이를 통해 10 Torr 이상에서 정확도를 유지하는 데 도움이 됩니다.

시간이 지나면서 분자가 필라멘트에 달라붙어 부정확한 측정이 발생합니다. 게이지가 무엇에 노출되었는지에 따라 플랜지 종단에 소량의 용매를 붓고 필라멘트와 접촉시켜(게이지가 꺼진 상태에서) 필라멘트를 청소할 수 있습니다. 이 작업은 용매의 SDS와 공정에 사용된 분자를 검토한 후에 수행해야 합니다. 일단 장치를 넣으면 용매가 전체 필라멘트와 접촉하도록 장치를 부드럽게(마라카처럼 하지 않음) 돌려서 붙어 있는 분자 중 일부, 아니면 전부를 용해할 수 있습니다. 그런 다음 용매가 적절히 노출되고 잔여물이 증발합니다. 장치를 켜서 열을 공급하면 이 작업을 더 빨리 수행할 수 있습니다. 일부 분자가 필라멘트를 부식시켰을 수 있으므로 이 청소가 효과가 있다는 보장은 없습니다. 이 경우 게이지를 교체하는 것이 좋습니다.

Ionization Gauges

비교적 사소한 차이점이 있지만 모든 이온화 게이지는 동일한 원리를 사용합니다. 에너지가 있는 전자는 잔류 가스를 이온화합니다. 양이온은 전극에서 수집되고 전류는 압력 표시로 변환됩니다. 핫 필라멘트 게이지(Bayard-Alpert, Schulz-Phelps)는 핫 와이어에서 전자의 열전자 방출을 사용하는 반면, 콜드 캐소드 게이지(Penning, Inverted Magnetron)는 글로우 방전 또는 플라즈마에서 전자를 사용합니다.

모든 이온 게이지 측정은 가스 구성에 의해 심각하게 영향을 받습니다. 예를 들어, J. Vac. Sci. Tech.의 보고서에 따르면 이온 게이지의 상대 감도(N 2 = 1에 대한)는 아세톤 증기의 경우 5이고 He의 경우 0.18입니다. 즉, 이러한 순수(기체) 물질의 동일한 절대 압력은 거의 28배 차이가 나는 게이지 표시를 제공합니다. 이온화 게이지는 측정할 정확한 가스 혼합물로 최근에 교정하지 않는 한 정확한 절대 압력 측정을 제공하지 않습니다.

이온게이지의 감도(Sensitivity)

위에서 사용된 상대 감도라는 용어는 '게이지 감도'라는 매개변수와 혼동되어서는 안 됩니다. 후자는 주어진 가스 압력(P)에서 주어진 전자 방출(i e )에 대한 게이지의 양이온 전류(i p )를 관련시키는 방정식에서 나옵니다. i p = S xi e x P 또는 P = 1/S xi p /i e

비례 상수(상대 압력 단위의 S)는 '게이지 감도'입니다. 실용적인(핫 필라멘트) 이온 게이지는 0.6 Torr -1 에서 20 Torr -1 까지의 게이지 감도를 갖습니다 . 게이지의 감도가 컨트롤러의 사용 가능 범위 내에 있어야 하기 때문에 이온 게이지 컨트롤러를 선택할 때 이것은 중요합니다. 게이지 감도가 높을수록 분자를 이온화할 가능성이 높아집니다.

Hot Filament Gauges

일반적인 사양:

• 가스에 의존하다
• 1e -9 ~ 1e -4 Torr(BA) 또는 1e -11 ~ 1e -4 Torr(누드 UHV)
• 정확도 30%
• 일반적인 작동 온도: 0°C ~ 40°C

두 가지 일반적인 핫 필라멘트 이온 게이지인 Bayard/Alpert(BA)와 Schulz-Phelps(SP)는 전극의 물리적 크기와 간격에서만 다릅니다. 둘 다 70eV의 열전자를 생성하도록 바이어스된 가열된 필라멘트를 가지고 있으며, 이는 충돌하는 모든 잔류 가스 분자를 이온화하기에 충분히 에너지가 높습니다. 형성된 양이온은 -150V로 유지되는 이온 수집기로 이동합니다. 전류는 가스 수 밀도(각 cc의 분자 수)에 따라 달라지며, 이는 가스 압력을 직접 측정하는 것입니다.

시간이 지남에 따라 핫 필라멘트 게이지는 이온화된 분자를 많이 수집하게 되는데, 게이지의 정확성을 유지하기 위해 이를 제거해야 합니다. 이는 장치를 "탈기"하면 쉽게 수행할 수 있습니다. 이는 그리드와 수집기를 통해 높은 전류가 전송되어 본질적으로 이러한 부분을 구워내는 모든 핫 필라멘트 게이지에서 일반적인 관행입니다. 이 "베이크아웃"은 ​​이러한 이온화된 분자를 제거하여 장치를 깨끗한 상태로 되돌리는 데 도움이 됩니다. 그러나 탈기는 일부 분자가 수집기에 붙어 있거나 침식을 일으킬 수 있으므로 모든 분자를 제거한다는 보장은 없습니다. 이러한 경우 센서를 교체하는 것이 좋습니다.

Bayard-Alpert 이온 게이지는 1e -9 에서 1e -4 Torr까지 비교적 선형적인 반응을 보이며 게이지 감도는 5에서 20 Torr -1 입니다. BA 게이지는 하나 또는 두 개의 필라멘트(두 번째는 예비로 사용)와 두 개의 필라멘트 소재(산소가 풍부한 응용 분야에서 사용되고 실수로 배출될 경우 '번아웃' 보호에 사용되는 토리아 코팅 이리듐과 저비용 및 할로겐이 포함된 잔류 가스에 사용되는 텅스텐)로 제공됩니다.

표준 BA 게이지는 1e -9 Torr까지 측정합니다. 1차 전자가 그리드에 부딪히면 부드러운 X선을 생성하기 때문에 더 낮아지지 않습니다. 이온 수집기 전극에 부딪히는 X선은 광전자를 방출하는데, 이는 거기에 도착하는 양이온과 구별할 수 없습니다. 1e -9 Torr 이하에서는 광전자 방출이 이온 전류의 충분히 큰 분율이어서 압력 판독값을 왜곡합니다. 초박 이온 수집기가 있는 특수 BA 구조는 10-10 Torr에 도달하고 , 아마도 10-11 Torr 범위 까지 도달 할 것입니다 .

누드 UHV 이온 게이지는 표준 Bayard-Alpert와 동일한 원리로 작동하지만 1e -11 에서 1e -4 Torr까지의 더 깊은 진공 측정이 가능합니다. 이러한 기저 압력의 변화는 바구니 스타일 그리드 디자인과 촘촘한 필라멘트를 포함하는 게이지의 설계 때문입니다.

Cold Cathod Gauges

일반적인 사양:

• 가스에 의존하다
• 1e -10 ~ 1e -2 토르
• 정확도 30%
• 일반적인 작동 온도: 0°C ~ 55°C

냉음극 게이지에서 이온화 전자는 자체 유지 방전의 일부입니다. 그러나 CCG에는 (열전자 방출) 필라멘트가 없으므로 방전은 스트레이 필드 방출 또는 외부 이벤트(우주선 또는 방사성 붕괴)에 의해 시작됩니다. 저압에서는 몇 분이 걸릴 수 있으며 CCG는 일반적으로 고압(1e - 2 Torr 이상)에서 켜집니다. 일단 시작되면 게이지의 자기장이 전자를 나선형 경로로 제한하여 긴 경로 길이와 잔류 가스를 이온화할 높은 확률을 제공합니다. 이온은 수집되어 측정되어 가스 압력을 결정합니다.

다양한 전극 형상이 사용되었습니다. 실린더, 플레이트, 링, 막대, 측정된 전류를 최대화하도록 선택된 자기장 방향과 강도를 가진 다양한 조합. 게이지의 중앙 또는 '끝' 전극이 음수이면 관례적으로 마그네트론이라고 합니다. 동일한 전극이 양수이면 게이지를 역 마그네트론이라고 합니다.

마그네트론: 초기 페닝 설계(원통형 애노드와 엔드 플레이트 캐소드)는 정밀하거나 정확하지 않았으며 다른 기하 구조로 대체되었습니다. 그러나 페닝이라는 이름은 중앙 와이어 또는 링 캐소드가 있는 마그네트론에도 여전히 사용됩니다. 작동 전압은 제한되어(일반적으로 ~2kV) 압력과 무관하게 이온 전류가 증가하는 전계 방출 효과를 방지합니다. 새로운 마그네트론 설계는 만족스럽지만 고진공 범위의 최상단으로 제한되어 상업적 관심을 거의 끌지 못합니다.

역 마그네트론: Redhead와 그의 동료들의 개발 노력 덕분에 이 설계는 UHV 압력 범위로 작동합니다. 축 방향 중앙 애노드는 전압 가드 링을 통해 실린더/엔드 플레이트 캐소드로 들어갑니다(이온 전류 측정에 영향을 미치는 전계 방출을 방지하기 위함). 애노드는 일반 마그네트론(~6kV)보다 훨씬 높은 전위를 전달하며 게이지의 자기장과 평행합니다. 일부 상업적으로 판매되는 역 마그네트론 설계는 선형성이 우수하고 작동 특성이 1 x 10-11 Torr까지 낮습니다 . 그러나 이렇게 낮은 압력에서 시작하려고 하면 몇 시간 또는 며칠이 걸릴 수 있습니다.

핫 필라멘트 게이지와 달리 콜드 캐소드 게이지는 가스를 제거할 필라멘트나 그리드가 없습니다. 대신 일부 콜드 캐소드 게이지는 분해되어 이온화 챔버와 게이지 내부 벽이 노출될 수 있습니다. 이러한 노출을 통해 사용자는 문자 그대로 콜드 캐소드 게이지의 내부 벽을 문질러 벽에 "스퍼터링"된 분자를 제거하는 데 도움이 됩니다. 이러한 물리적 세척으로 인해 콜드 캐소드 게이지는 일반적으로 핫 필라멘트 게이지보다 더 견고해집니다.

Wide Range Gauges

조합 게이지, 즉 광범위 게이지는 여러 기술을 사용하여 주어진 단일 기술보다 광범위한 측정 범위를 제공하는 장치입니다. 예를 들어, 가장 일반적인 광범위 게이지는 냉음극/피라니 조합 또는 고온 필라멘트/대류 강화 피라니 조합입니다. 이러한 유형은 UHV에서 대기까지 측정할 수 있습니다. 이러한 게이지는 다양한 기술을 결합하므로 일반적으로 한 기술이 다음 기술로 전환되는 전환 영역이 있습니다. 가장 일반적인 영역은 10-2와 10-3 사이로, 피라니/대류 강화 피 라니 가 냉음극 또는 고온 필라멘트 이온화 기술로 전환됩니다. 이러한 장치는 일반적으로 단일 하우징 내에서 발견되며, 이는 사용자가 고진공 기술을 수동으로 활성화할 필요가 없기 때문에 혼란을 최소화하고 압력 측정을 자동화하는 데 도움이 됩니다.

 

인공지능 답변...

진공 게이지는 다양한 응용 분야에서 진공 상태를 측정하기 위해 사용됩니다. 적합한 진공 게이지를 선택하기 위해서는 측정하려는 진공의 범위, 측정 정밀도, 작업 환경, 비용 등을 고려해야 합니다. 다음은 주요 응용 분야에 따라 진공 게이지를 선택하는 가이드입니다.

1. 저진공 (Low Vacuum, Rough Vacuum)

• 진공 범위: 대략 1,000 Torr ~ 1 mTorr (1 Torr = 133.322 Pa)
• 게이지 종류:
  • 마노미터(Manometer): U자형 튜브에 액체(보통 수은)를 사용하여 압력을 측정. 대기압 근처의 압력 측정에 적합.
  • 다이어프램 게이지(Diaphragm Gauge): 압력 변화에 따른 다이어프램의 변형을 통해 측정.
  • 바이로맥 게이지(Pirani Gauge): 필라멘트의 열 저항 변화를 통해 측정.
• 응용 분야: 펌핑 시스템, 일반 실험실 진공, 탈기 공정 등.

2. 중진공 (Medium Vacuum)

• 진공 범위: 대략 1 mTorr ~ 10^-3 Torr
• 게이지 종류:
  • 열전도 게이지 (Thermocouple Gauge): 기체의 열전도율 변화를 통해 압력을 측정. Pirani 게이지와 유사하지만 넓은 범위를 커버함.
  • 대류 게이지 (Convection Gauge): 자연 대류 현상을 활용하여 낮은 압력에서 열전도를 더 정확히 측정.
• 응용 분야: 반도체 공정, 코팅, 일반적인 진공 실험 등.

3. 고진공 (High Vacuum)

• 진공 범위: 대략 10^-3 Torr ~ 10^-9 Torr
• 게이지 종류:
  • 이온화 게이지(Ionization Gauge): 기체 분자를 이온화시킨 후 전류를 측정하여 압력을 산출. 핫 캐소드와 콜드 캐소드 타입이 있음.
  • 냉음극 게이지 (Cold Cathode Gauge): 전자 방출 없이 플라즈마로 기체를 이온화하여 측정. 이온화 게이지의 일종이지만 고전압을 사용.
• 응용 분야: 진공 증착, 전자현미경, 고급 연구 실험실 등.

4. 초고진공 (Ultra High Vacuum, UHV)

• 진공 범위: 대략 10^-9 Torr ~ 10^-12 Torr
• 게이지 종류:
  • 이온화 게이지: 핫 캐소드 또는 콜드 캐소드 타입.
  • 잉여 전류 게이지 (Residual Gas Analyzer, RGA): 이온화 게이지와 함께 사용하여 초고진공 상태에서 특정 기체 성분을 분석.
• 응용 분야: 표면 과학, 입자 가속기, 고급 반도체 공정, 원자적 수준의 연구 등.

5. 초미세진공 (Extreme High Vacuum, XHV)

• 진공 범위: 10^-12 Torr 이하
• 게이지 종류:
  • 전위차 게이지 (Capacitance Manometer): 매우 정밀한 압력 측정이 필요할 때 사용.
  • 냉음극 게이지: 극한 진공 측정에서 이온화 기술을 사용하여 측정.
• 응용 분야: 양자 연구, 초전도체 연구, 기본 물리학 실험 등.

선택 시 고려 사항

1. 측정 범위: 사용하려는 진공 환경에 맞는 범위를 가진 게이지를 선택해야 합니다.
2. 정밀도: 특정 공정이나 실험에서 요구하는 정밀도를 충족할 수 있는지 확인해야 합니다.
3. 환경 조건: 온도, 진동, 화학적 노출 등에 따른 게이지의 내구성을 고려해야 합니다.
4. 비용: 예산에 따라 고가의 정밀 장비 대신 적절한 범위 내에서 사용할 수 있는 게이지를 선택해야 합니다.
5. 게이지 간의 상호보완성: 여러 진공 범위를 측정해야 하는 경우, 다양한 게이지를 조합하여 사용하는 것이 좋습니다.

 

TC게이지의 단점

Thermocouple 게이지는 중진공 영역에서 자주 사용되는 진공 게이지이지만, 몇 가지 단점이 있습니다:

1. 정확도의 제한: Thermocouple 게이지는 매우 높은 정밀도가 필요한 경우에 부적합할 수 있습니다. 열전도 변화에 기반한 측정 방식이기 때문에, 정확도가 다른 고급 진공 게이지에 비해 떨어질 수 있습니다.
2. 비선형성: 압력과 전압 출력 간의 관계가 비선형적이기 때문에, 압력 범위 전체에서의 측정이 어렵습니다. 이는 특히 매우 낮은 압력이나 매우 높은 압력에서 측정 오류로 이어질 수 있습니다.
3. 교정 필요: Thermocouple 게이지는 주기적으로 교정이 필요합니다. 시간이 지남에 따라 센서의 성능이 저하될 수 있기 때문에 정확한 측정을 위해 정기적인 유지보수가 필요합니다.
4. 기체 의존성: Thermocouple 게이지의 측정 결과는 특정 기체에 대해 교정된 것이기 때문에, 사용 환경에서 다른 종류의 기체가 있으면 측정이 부정확해질 수 있습니다. 이는 다양한 기체가 존재하는 시스템에서는 특히 문제가 될 수 있습니다.
5. 온도 민감성: 온도 변화에 민감하여, 주변 환경의 온도가 변동할 경우 측정에 영향을 받을 수 있습니다. 온도 보상이 필요할 수 있으며, 이는 추가적인 복잡성을 가져올 수 있습니다.
6. 진동 및 충격에 대한 민감성: Thermocouple 게이지는 진동이나 물리적 충격에 민감하여, 외부의 물리적 환경이 불안정할 경우 정확한 측정을 보장하기 어렵습니다.

이러한 단점들을 고려하여, Thermocouple 게이지를 사용하기 전에 해당 애플리케이션에 적합한지 평가하는 것이 중요합니다.

 

컨벡션게이지의 단점

 

Convection 게이지는 중진공 영역에서 사용하는 진공 게이지로, 열전도 게이지(Pirani 게이지)의 원리에 기반해 자연 대류를 추가로 활용하여 더 넓은 압력 범위를 측정할 수 있습니다. 그러나 이 게이지에도 몇 가지 단점이 있습니다:

1. 기체 의존성: Convection 게이지는 기체의 열전도 특성에 따라 측정값이 달라집니다. 따라서, 기체의 조성이 변하면 정확도가 떨어질 수 있습니다. 이 게이지는 일반적으로 공기 또는 질소와 같은 특정 기체에 대해 교정되므로, 다른 기체가 있는 시스템에서는 추가적인 교정이 필요합니다.
2. 정확도의 한계: 중진공 영역에서는 상대적으로 정확한 측정을 할 수 있지만, 고진공 또는 초고진공 영역에서는 정확도가 크게 떨어집니다. 이 때문에 Convection 게이지는 극도로 낮은 압력을 측정하는 데는 적합하지 않습니다.
3. 온도 의존성: Convection 게이지는 주변 온도의 변화에 영향을 받을 수 있습니다. 온도가 변동하면 기체의 열전도 특성이 변하여, 측정값에 오차가 발생할 수 있습니다. 온도 보상을 통해 이 문제를 일부 해결할 수 있지만, 여전히 한계가 존재합니다.
4. 진동 및 충격에 민감: Convection 게이지는 기계적 진동이나 물리적 충격에 민감합니다. 이러한 외부 요인들이 있을 경우 측정값에 왜곡이 발생할 수 있습니다.
5. 측정 속도: Convection 게이지는 열적 평형 상태에 도달해야 하기 때문에, 측정에 시간이 걸릴 수 있습니다. 빠른 응답이 요구되는 응용 분야에서는 부적합할 수 있습니다.
6. 게이지 오염: 사용 중 기체 내에 있는 오염물질이나 입자들이 센서 표면에 부착될 수 있으며, 이는 센서의 민감도와 측정 정확도를 저하시킬 수 있습니다. 주기적인 청소나 유지보수가 필요할 수 있습니다.

이러한 단점들은 Convection 게이지를 사용할 때 고려해야 할 사항으로, 사용하려는 애플리케이션의 요구 사항에 맞춰 게이지 선택을 신중히 해야 합니다.

용도에 따른 게이지 선택 참고

Selecting for Application

Low Pressure: In the general high vacuum range around 10- 6 torr, either the Penning gauge or the Bayard-Alpert gauge (BAG) are chosen. The Penning is also known by the descriptive name cold cathode since it has no hot filament. This has advantages when using weird gases that might damage a filament.

The hot filament BAG is available with either tungsten (W) or thoria-coated iridium (ThOIr) filaments. Often, ThOIr filaments are used because they “don't burn out.” That is, if the vacuum system suddenly went to atmosphere while the gauge was on, the filament would not burn out. I can't comment on the validity of this idea since every time I've dumped a vacuum system to atmosphere, gauge filaments were pretty low on my list of priorities. But when using high partial pressures of oxygen or oxygen containing compounds, a ThOIr filament with its oxidized surface and lower working temperature are definitely recommended over tungsten. This is in contrast with the choice of filaments used in the halogen gases (fluorine, chlorine, etc) or halogen containing gases. The ThOIr is quickly poisoned by halogens and stops emitting. Tungsten is definitely preferred for the latter application but not for oxygen. If your application involves plasma cleaning with CF4 and O2, use a Penning gauge.

Neither BAGs nor Penning gauges are wonderfully accurate or stable. They need frequent calibration if you want to believe the pressure reading or want repeatability over a period longer than one day.

Intermediate Pressure: If you are sputtering in the millitorr range, at least consider a Schulz-Phelps ion (S-P) gauge. They are about as accurate as BAGs but neatly cover the pressure range used in sputtering. One curious point, not many vacuum suppliers carry control electronics for S-P gauges (and that comment includes us).

If you want accurate pressure indication and regulation in the sputter pressure range — or in any pressure range from ~10-4 torr up — use a capacitance manometer. A well-known manufacture claims accuracies (as percentage of reading) of ±0.25% to ±0.5% for their least accurate gauges. You do have keep them at constant temperature, but that is a small price to pay for the accuracy and compatibility with any gas that is stable with Inconel (and most are).

Foreline Pressure: While capacitance manometers are “best” in this pressure range, they are also the most expensive gauges. The lowest priced gauge for this range is a thermocouple (TC), which with an analog indicator, costs $200 to $300. But you must accept, as far as accuracy is concerned, that you get what you paid for. A TC gauge reading might be within a factor of 5 (either side) of the true pressure. Calibration improves that a bit but a TC never comes close to capacitance manometer. Thermocouple gauges are fairly rugged, low-cost devices that give pressures accurate enough to allow pump cross-over and indicate the “state” of a foreline.

Digital Pirani gauges have accuracies typically ±3 times the lowest pressure they can measure. For example, a gauge measuring down to 1 mtorr has an accuracy of ±3 mtorr. While that may not look good at the bottom of the pressure range, at the top (2 torr for this particular gauge) it is quite accurate — much better than a thermocouple gauge. In addition, since Pirani's platinum alloy sensing elements are less susceptible to contamination (from pyrolyzed hydrocarbon vapors) than the thermocouple's tungsten wire, and the Pirani's reproducibility is much better, gauge calibration makes sense. Pirani gauges are available with different lower pressure limits ranging from 10-2 to 10-5 torr, each gauge giving (roughly) a dynamic range of 104

High Pressures: One interesting gauge combines two sensing elements: a Pirani and a diaphragm sensor. The diaphragm is not unlike a capacitance manometer in design but it uses strain gauges (not capacitance) to measure the diaphragm's deflection. The combined gauge, called the Wide Range, covers pressures from 1 mtorr to 1500 torr with good accuracy ±2 torr above 2 torr and ±3 mtorr below 2 torr. This gauge is ideal for all processes requiring gas backfilling of most gases.

 

게이지 선택시 고려해야 하는 환경적 요소

참고사이트 레이볼드

https://www.leybold.com/en-ie/knowledge/blog/vacuum-gauge-selection-for-industrial-processes

Vacuum gauge selection for industrial processes Leybold

 

The way processes can impact gauges plays a significant role in selection. The impact of the application on the selected gauge technology needs to be evaluated carefully, as well as the potential impact of:

• Dust or debris from the process – if dealing with this on a regular basis, then the best gauge types are the CTRN and the DI/DU. If measuring a lower level of vacuum is needed, then the TTR91R with its hot filament and integrated filter will also offer good performance.
• Corrosive gases – again the CTRN and DI/DU ranges are perfect as the materials in contact with vacuum are all highly corrosion resistant. When measuring to lower levels, you will need to assess the specific gasses with our materials of construction to ensure a long lifetime, something our dedicated applications team can help you with.

• Frequent venting – Here, the CTRN is perfect as it is designed for fast load lock style applications. Alongside this, the TTR101 combines a small capacitive cell with a filament pirani, so if working across a wide range it can accurately track the pressure bursts and return reliable figures. Again, if measuring into lower vacuum levels, the PTRN is a suitable choice as its rugged anode/cathode is resistant to shock air inrush. 
• Vibrations – vibration can affect the stability of readings where gauges utilize filament technology (such as the TTR91R) or hot cathode (ITR). So, in both cases the gauge should be isolated if possible, or use the cold cathode (PTRN) which is not affected.
• Particle or X-ray radiation – Here you are restricted to passive gauging as radiation will interfere with active gauging electronics.

Whilst the CTRN and DI/DU gauges get mentioned a lot as being suitable for harsh applications, their Achilles heel will always be their range and cost. As such, the most commonly used gauge type is the pirani gauge, specifically the filament type as it offers a very well-balanced cost vs performance.

 

추가사이트 파이퍼베큠

https://www.pfeiffer-vacuum.com/global/en/products/vacuum-gauges

Measuring devices for analog and digital total pressure | pvcp