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Ganz ohne Probleme

Vakuum messen bei Drehschieberpumpen
Ganz ohne Probleme

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Vakuummessgerät DCP 3000, ausgestattet mit Pirani-Sensor VSP 3000 für den Messbereich bis 10-3 mbar
Für die Vakuummessung bei Gefriertrocknung, Vakuumdestillation oder anderen Laboranwendungen im Feinvakuumbereich werden üblicherweise Vakuumsensoren mit Pirani-Messprinzip (Wärmeleitung) eingesetzt. Dabei führt die Empfindlichkeit des Metallfilaments zu Problemen wie Korrosion, Ablagerung oder Fadenriss. Mit dem VSP 3000 steht nun ein Pirani-Sensor zur Verfügung, der sich durch hohe chemische und mechanische Robustheit und eine verbesserte Lebensdauer auszeichnet: Das Metallfilament ist mit Keramik umhüllt und befindet sich in einem spritzwasserdichten Kunststoffgehäuse.

Viele Laboranwendungen wie Gefriertrocknung, Vakuumdestillation oder Resttrocknung von Hochsiedern benötigen ein Endvakuum im Bereich des Feinvakuums (0,001 bis 1 mbar), für dessen Erzeugung beispielsweise Drehschieberpumpen eingesetzt werden. Die Feinvakuummessung erfolgt in der Regel mit Sensoren, die nach dem Pirani-Prinzip der druckabhängigen Wärmeleitung arbeiten. Typisch für Pirani-Sensoren ist ein dünner Metalldraht, der auf eine Temperatur geheizt wird, die höher als die Temperatur des umgebenden Gases ist. Dabei ist der heiße Metallfaden direkt den chemischen Einflüssen der im Rezipienten befindlichen Substanzen ausgesetzt.

Insbesondere das Ab- und Umpumpen von chemisch aggressiven Gasen und Dämpfen führen zu Korrosion des Metallfadens und Ablagerung von Substanzen auf seiner heißen Oberfläche. Auch Öldämpfe und deren thermische Spaltprodukte von der Drehschieberpumpe schlagen sich im Laufe der Zeit als Ablagerungsschicht auf dem Metallfilament nieder. Sowohl Korrosion als auch Ablagerungen verändern die Eigenschaften des Metallfadens. Als Folge davon wird der gemessene Gasdruck falsch angezeigt oder es kommt sogar zum Totalausfall des Sensors.
Selbst die sorgfältige Auswahl chemisch beständiger Materialien für den Metalldraht oder dessen Beschichtung kann das Problem der Ablagerung nicht verhindern. Der Einfluss von Ablagerungen lässt sich grob aus dem Verhältnis von Ablagerungsschichtdicke zu Drahtdurchmesser schätzen. Da der Metalldraht sehr dünn ist (typische Größenordnung 0,01 mm) ist der relative Messfehler schon bei geringfügigen Ablagerungen sehr groß.
Zur Lösung dieser Probleme entwickelte Vacuubrand den Pirani-Sensor VSP 3000. Das Wesentliche dieser technologischen Innovation ist eine Keramikschutzhülle, deren Aufbau und Wirkungsweise gleichzeitig mehrere Schutzfunktionen erfüllt:
  • als gasdichte Hülle schützt sie den Metalldraht in ihrem Inneren vor Korrosion
  • als isolierende Schutzschicht trennt sie Metalldraht von leitfähigen Ablagerungen und verhindert eine Änderung der elektrischen Eigenschaften
  • die besondere Oberflächenbeschaffenheit des Keramikmaterials reduziert die Bildung von Ablagerungen auf der Schutzhülle
  • die Keramikhülle vergrößert den Durchmesser der Gesamtanordnung um den Faktor 100 und verringert so den relativen Einfluss einer möglichen Ablagerungsschicht auf das Messergebnis
Das Reißen des dünnen Metallfilaments ist ebenfalls ein bekanntes Problem bei herkömmlichen Pirani-Sensoren. Die filigranen Filamente reagieren sehr empfindlich auf rasche Druckänderungen oder mechanische Belastungen, die beispielsweise bei schnellem Belüften oder Vibration der Drehschieberpumpe auftreten.
Beim VSP 3000 ist der keramikumhüllte Metalldraht nicht mehr direkt dem Gas und dessen Strömung ausgesetzt, sodass er deutlich stabiler gegenüber Druckstößen wird. Gleichzeitig stützt die Keramikschutzhülle den Metalldraht und verbessert seine mechanische Stabilität. Insgesamt bewirkt diese Stabilisierung eine deutlich erhöhte Lebensdauer des Sensors.
Einfach und praktisch
Verfälschung der angezeigten Messwerte aufgrund von Ablagerungen und Korrosion treten umso schneller und häufiger auf, je höher die Konzentration der zu messenden Gase oder Dämpfe ist. Solange der Feinvakuumbereich noch nicht erreicht ist, muss das Filament in herkömmlichen Sensoren vor den hohen Konzentrationen der Gase und Dämpfe geschützt werden. Derartige Pirani-Sensoren sollten deshalb mit Ventilen von der Drehschieberpumpe getrennt werden. Der VSP 3000 bietet mit seiner gasdichten Schutzhülle eine Alternative, die den Aufwand deutlich reduziert.
Für zuverlässige Druckmessungen ist bei allen Pirani-Sensoren eine Reinigung der Filamente notwendig. Üblicherweise ist dies mit dem hohen Risiko verbunden, den dünnen Metallfaden zu zerstören. Anders beim VSP 3000. Seine offene Bauweise ermöglicht eine einfache optische Kontrolle und der robuste Aufbau eine problemlose Reinigung.
Der VSP 3000 verfügt über einen Messbereich von 0,001 bis 1000 mbar. Seine Messgenauigkeit, Auflösung, Reproduzierbarkeit und Reaktionszeit auf Druckänderungen ist vergleichbar oder sogar besser als herkömmliche Pirani-Sensoren. Der VSP lässt sich mit kapazitiven keramischen Druckaufnehmern zum Kombi-Messgerät für die präzise Messung von Grob- und Feinvakuum ausbauen. In Kombination mit einem Vakuum-Controller kann der VSP 3000 auch zur Regelung des Feinvakuums eingesetzt werden.
Online-Info www.cav.de/0610446
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