Tipp Nr. 24 - Reinigung von Vakuum-Messgeräten (Teil 1)
Frage: Wie reinigt man am besten Vakuummessröhren? Und welches Equipment und welche Hilfsmittel benötigen Sie dazu?
Antwort: Die Reinigung von Vakuum-Messgeräten - oder genauer gesagt von Vakuum-Messröhren - muss sehr behutsam - mit Rücksicht auf das jeweilige Messsystem - erfolgen. Der Erfolg ist oft nicht vorhersehbar und bei einigen Typen ist der Austausch des Sensors meist ökonomischer als ein Reinigungsversuch.
Hintergrund:
Unter einem Vakuummessgerät versteht man eigentlich eine Vakuummessröhre, die den Absolutdruck misst.
Nach der Definition ist der Druck die vom Gas pro Flächeneinheit ausgeübte Kraft (z.B. Newton/cm²). Sie wird durch die Stöße der Gasmoleküle auf die Gefäßwand verursacht. Bei Atmosphärendruck, dem höchsten Druck der Vakuumtechnik, beträgt die Kraft 1 kp/cm² = 9,81 N/cm².
Bem.: Setzen Sie mal einen 1000 g Hammer vorsichtig auf die Kuppe des kleinen Fingers, dann haben Sie diesen Druck im Gefühl.
Beim Evakuieren eines Vakuumbehälters sinkt der Druck schnell um mehrere Zehnerpotenzen ab und damit in gleichem Maße die Kraft pro Fläche.
Bem.: Ersetzen Sie den Hammer durch eine Visitenkarte üblicher Größe, dann haben Sie ein Gefühl für die Kraft pro cm² bei ca. 1 mbar.
Sinkt der Druck weiter, bedarf es filigraner Mechanik und eventuell elektrischer Verstärkung, um die winzigen Kräfte messen zu können.
Bem.: Um diese kleinsten Kräfte zu spüren hat die Natur unsere Haut z. B. mit winzigen Härchen ausgestattet.
Spätestens im Hochvakuum versagt aber die direkte Druckmessung über die Kraft auf eine bekannte Fläche. Der Grund: die winzigen Kräfte sind infolge von Störungen nicht mehr nachweisbar. Als Ausweg benutzt man druckabhängige Gaseigenschaften, um indirekt auf den Druck im Vakuumsystem zu schließen:
- Wärmeleitung in thermischen Vakuummessröhren, z.B. Pirani-Vakuummeter
- Gasreibung, z.B. im Kugelreibungsvakuummeter und im Quarzkristall-Vakuummeter
- Ionisierung, z.B. in Kalt- und Heißkathoden-Vakuummetern.
Diese indirekten Messverfahren benötigen recht filigrane Mess-Systeme, um die kleinen Effekte als Signale zu erfassen und nach einer elektrischen Verstärkung zur Anzeige zu bringen. Ehe Sie also die Ärmel aufkrempeln und zur Tat schreiten, lassen Sie die Schlussfolgerung aus dem vorherstehenden kurzen Überblick kurz auf sich wirken:
Vakuum-Messröhren sind sensible Messgeräte, deren Aufgabe naturgemäß unvereinbar mit groben Reinigungsprozeduren ist.
Zuletzt betrachten wir uns noch den eigentlichen Übeltäter, den zu beseitigenden Schmutz.
Vakuummessgeräte sind in der Regel sehr lange in Betrieb, ehe beim Betreiber der Wunsch nach einer Reinigung aufkommt. Die Zeiten bemessen sich nach Wochen, meist nach Monaten oder gar Jahren.
Da der geneigte Leser vermutlich Autofahrer ist, kann er sich sicher den Unterschied zwischen einer Fahrzeugwäsche nach
- (a) einer 5 km langen Fahrt auf einem staubigen Feldweg und
- (b) einer sechswöchigen Urlaubsreise über 5000 km durch Skandinavien vorstellen.
Sie werden es schon ahnen. Eine Vakuum-Messröhre zu reinigen ist fast immer wie Fall (b). D. h., es geht nicht um lockeren Staub, den man mal eben schnell abspült. Vielmehr handelt es sich um "gewachsene" Ablagerungen, die sich über lange Zeiträume aufgebaut haben und entsprechend festsitzen. Um beim Autobeispiel zu bleiben: stellen Sie sich Insekten vor, die Sie auf einer langen Urlaubsreise mit der Frontpartie ihres Autos eingesammelt haben.
Die teilweise hohen Temperaturen und die Bildung von reaktiven Teilchen in manchen Vakuummessröhren führen zu chemischen Reaktionen von Gasen und Dämpfen an den Oberflächen der Sensorelemente. Dabei entstehen zumeist thermisch und elektrisch isolierende Schichten, die fest anhaften und die Funktion der indirekten Messprinzipien beeinträchtigen. Die Reinigung eines Vakuum-Messgeräts bedeutet die Entfernung dieser Schichten.
Wir danken Herrn Ronald Wittig von der Fa. BEHR für die Anregung zu diesem Tipp des Monats.
In der nächsten Folge unseres "Tipps des Monats" gehen wir konkret auf die Reinigungsmethoden der jeweiligen Messröhren-Typen ein.