سنسور فشار خلا (Vacuum Pressure Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور فشار خلا (Vacuum Pressure Sensor) :
سنسور فشار خلا برای اندازه گیری فشارهای بسیار پایین تر از فشار اتمسفر (کمتر از ۱ میلی بار) طراحی شده است. اندازه گیری فشار خلا به دلیل گستره وسیع (از ۱ بار تا ۱۰⁻¹² بار) و فیزیک متفاوت حاکم در هر رژیم، نیازمند انواع مختلفی از سنسورهاست. هیچ سنسوری نمی تواند تمام گستره خلا را پوشش دهد. رژیم های خلا: خلا درشت (rough vacuum)، خلا متوسط (medium vacuum)، خلا بالا (high vacuum)، و خلا فوق بالا (ultra-high vacuum).
انواع سنسورهای خلا (گیج های خلا):
گیج مکانیکی (مثل بوردون و دیافراگمی): برای خلا درشت (تا حدود ۱ میلی بار) کاربرد دارند و بر اساس تغییر شکل الاستیک عنصر حساس کار می کنند.
گیج خازنی (Capacitance Manometer): یک دیافراگم فلزی نازک که در اثر اختلاف فشار خم می شود و تغییر ظرفیت ایجاد می کند. بسیار دقیق و مستقل از نوع گاز، برای خلا متوسط و بالا تا حدود ۱۰⁻⁵ میلی بار مناسب است.
گیج پirani (Pirani Gauge): بر اساس تغییر رسانایی حرارتی گاز با فشار کار می کند. یک سیم داغ (تنگستن) در معرض خلا قرار دارد. با کاهش فشار، خنک کنندگی گاز کاهش یافته و دمای سیم (و در نتیجه مقاومت آن) افزایش می یابد. برای خلا درشت و متوسط (از اتمسفر تا ۱۰⁻³ میلی بار) مناسب است.
\[ \text{در گیج پیرانی: } P \propto (T_{wire} - T_{ambient}) \text{ در فشارهای پایین، رسانایی گاز خطی است.} \]گیج یونیزاسیون (Ionization Gauge): برای خلا بالا و فوق بالا (۱۰⁻³ تا ۱۰⁻¹² میلی بار) استفاده می شود. شامل یک کاتد داغ (رشته) یا کاتد سرد است که الکترون تولید می کند. این الکترون ها مولکول های گاز را یونیزه کرده و یون های مثبت تولید می کنند. جریان یونی متناسب با فشار گاز است. دو نوع اصلی: گیج یونیزاسیون کاتد داغ (Bayard-Alpert) و گیج یونیزاسیون کاتد سرد (Penning).
هر نوع سنسور محدوده کاری خاص خود را دارد. انتخاب گیج مناسب به محدوده فشار مورد نیاز، دقت، و سازگاری شیمیایی با فرآیند بستگی دارد. سنسورهای خازنی به دلیل دقت و استقلال از نوع گاز، اغلب به عنوان مرجع کالیبراسیون استفاده می شوند. گیج های پیرانی ارزان قیمت و رایج هستند. گیج های یونیزاسیون بسیار حساس اما شکننده اند (کاتد داغ می سوزد) و به نوع گاز وابسته هستند (باید برای هر گاز کالیبره شوند).
کاربردها: پوشش دهی در خلاء (لایه نشانی)، صنعت نیمه هادی، تحقیقات فیزیک (شتاب دهنده ها، همجوشی)، متالورژی (کوره های خلاء)، و بسته بندی مواد غذایی (کنترل خلاء). در تمام این فرآیندها، اندازه گیری دقیق فشار خلاء برای کنترل کیفیت حیاتی است.
کالیبراسیون گیج های خلاء با استفاده از سیستم های مرجع و با ایجاد فشارهای معلوم (در رژیم های مختلف) انجام می شود. پیشرفت در فناوری MEMS منجر به ساخت گیج های پیرانی و خازنی کوچک و کم مصرف شده است.
