Области применения вакуумных датчиков
Вакуумные датчики давления получили широкое распространение в таких областях науки и техники, как:
- Напыление тонких пленок.
- CVD, PVD и ALD процессы.
- Производство PV батарей и полупроводников.
- Вакуумная упаковка, сушка, дистилляция.
- Вакуумные печи.
- Производстве композитных материалов для космической и авиационной промышленностей.
Типы вакуумных датчиков
На данный момент серийно выпускаются датчики как с прямым, так и с косвенным принципом измерения давления:
- Датчики с холодным/горячим катодом.
- Терморезисторные.
- Мембранно-емкостные.
- Кварцевые датчики и т.д..
Каждый тип имеет свои достоинства и недостатки и может применяться там, где другие датчики применяться не могут.
Напыление тонких пленок
При напылении тонких пленок и зеркальных покрытий сначала вакуумная система откачивается до давления 10-3 мбар и только после этого начинается распыление материала. В таких системах предпочтительнее использовать датчик с широким диапазоном измерения. В ходе процесса давление может резко повышаться и лучше, чтобы процесс распыления контролировался только датчиком Пирани, а холодный катод оставался выключенным, до тех пор, пока давление в камере не упадет до достаточно низкого стабильного уровня. Таким образом, уменьшаются издержки, связанные с выходом из строя холодного катода и улучшается воспроизводимость процесса напыления.
На данный момент в российской промышленности до сих пор не вышли из употребления манометрические лампы типа ПМТ управляемые с помощью контроллера ВТ1-4. В стандартную систему обычно устанавливается до 4 таких ламп. При этом каждая из них нуждается в ручной калибровке для того, чтобы показания хотя бы имели смысл и на разных каналах не противоречили друг другу. На калибровку на производстве нужно затрачивать дополнительное время и силы, и зачастую она не выполняется операторами. Операторы учатся отслеживать состояние вакуумной системы не по показаниям приборов, а исходя из собственного субъективного опыта работы конкретно с этим оборудованием. Результат – поломки на участке, внештатные ситуации и уменьшение производительности. Замену данным лампам становится найти все сложнее и сложнее – промышленностью они уже не выпускаются и дорожают из-за этого из года в год.
Установки также комплектуют контроллерами ВМБ 1-2 в паре с ионизационными датчиками. Сами датчики имеют погрешность 40% и воспроизводимость показаний 20% при условии, что датчик новый и чистый, что не сравнится с погрешностью даже бюджетных современных высоковакуумных датчиков. В идеальном случае, датчики требуют чистки каждые полгода и опять же операторы пренебрегают этим, ссылаясь на трудоемкость процесса и необходимость приостановки работы на установке на неопределенный срок. Сам датчик купить тяжело и стоит он дорого из-за того, что выпуск их давно уже прекратился и распродают сейчас то, что было сделано когда-то на склад. Это лишь немногая часть недостатков, наблюдающихся при работе с данными устройствами. Современные датчики с холодным катодом могут быть очищены от загрязнения ватной палочкой смоченной в спирте и благодаря быстроразъемным соединениям поставлены на место за считанные минуты. В последнее время на многих крупных предприятиях наметился тренд – переходить от вышеуказанных контроллеров к активным датчикам давления с возможностью задания нескольких уставок для управления автоматикой.
CVD процессы
Для работы в химически активных средах при проведении CVD процессов на данный момент активно применяются мембранно-емкостные вакуумметры с коррозионностойким керамическим датчиком. Температурная компенсация до 200С позволяет применять их в большинстве технологических процессов на производстве, в том числе и вакуумных печах. Они гарантируют точность измерения давления 0,2% до давления 0,1 Торр включительно и прекрасную воспроизводимость результатов измерения.
Пайка, спекание, закалка и отжиг
Пайка, спекание, закалка и отжиг на данный момент зачастую проводятся в вакууме – это повышает качество готового издания, препятствует его загрязнению и окислению от воздействия атмосферы при высоких температурах. В некоторых случаях требуется измерения давления, как в самой печи, так и на ее входе с высокой точностью (изменение градиента давления по печи). Во многих контроллерах предусмотрено наличие до трех каналов для подключения давления – позволяя отслеживать изменение давления на нескольких каналах одновременно. Некоторые процессы требуют поддержания в печи избытка водорода – в таких системах предпочтительнее устанавливать мембранно-емкостные или пьезодатчики для точного измерения давления.
При поиске неисправностей сначала рекомендуется проверить остаточное давления насоса и его откачные характеристики. На данный момент датчики Пирани способны регистрировать давления вплоть до уровня парциального давления рабочей жидкости насоса и обладают высокой чувствительностью измерения – подходят даже для поиска течей в вакуумных системах (интегральных). Датчики могут быть подключены к компьютеру или запоминающему устройству посредством интерфейса RS-485 для отображения и записи откачной характеристики системы или ее части.
Вакуумная упаковка
Вакуумная упаковка продуктов позволяет увеличить срок хранения продуктов в 3-5 раз. При этом периодически необходимо проверять работоспособность оборудования и уровень вакуума в самой упаковке, а также отслеживать его изменение с течением времени. Для этого датчик с источником питания запаковывается такой машиной в пленку и измеряется уровень остаточной атмосферы внутри пакета. Своевременное обнаружение неисправности и ведение статистики позволяет снизить издержки и повысить срок хранения продуктов под пленкой.
За последние годы в датчиках Пирани произошли некоторые изменения. К стандартным вакуумметрам с нитями из вольфрама или никеля, добавились датчики с нитью покрытой керамикой (повышает химическую стойкость), MEMS датчики, комбинированные датчики, сочетающие в себе преимущества как мембранно-емкостных (высокая точность измерения при повышенном давлении), так и терморезисторных (диапазон измерения до 5*10-4 мбар.