Televac AN 3015: 진공 교정권장 사례

설명

This Televac® recommended practices document addresses the general procedure for the best practices for minimizing uncertainty when calibrating thermal conductivity (Televac® 2A and 4A) and cold cathode vacuum gauges(Televac® 7B, 7E, 7F, 7FC, 7FCS), which includes the vacuum sensor(s) and accompanying electronics necessary for a pressure measurement to be made. It also includes the best practices for an in process verification where limitations make it impossible to follow the best practices for minimizing uncertainty.

진공 게이지의 정확성과 작동을 확인하는 것은 진공 상태에서 공정을 유지하는 데 매우 중요합니다.

Disclaimer

이 문서는 가장 기본적인 장비만 활용하면서 불확실성을 최소화하기 위한 최상의 방법을 제시합니다. 이 문서는 불확실성에 대한 정의나 현장 검증에 대한 불확실성 평가를 제공하지 않습니다.

이 문서에서는 폭발성 또는 응축 가스가 사용되는 시스템을 다루지 않습니다.

배경

20세기 상반기부터 열전도도 및 냉음극 게이지가 사용되어 왔습니다. 현재 피라니, 써온전대 및 테르미저 유형과 같은 열 전도도 게이지는 1*10-3 Torr에서 1*103 Torr의 저진공 범위에서 압력 측정을 위한 가장 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. 열 전도도 게이지는 가열된 필라멘트(또는 다중 필라멘트)의 열 손실 압력 종속 공정에 의존하여 측정합니다.

페닝 자그론, 반전 된 자석, 이중 반전 자그론 유형과 같은 콜드 음극 게이지는 1 * 10-8 Torr에서 1 * 10-3 Torr까지 높은 진공 범위에서 압력 측정을위한 가장 내구성있는 옵션을 제공합니다. 냉음극은 전자기장이 있는 플라즈마를 이온화시키고 측정된 이온 전류를 압력과 연관시게 합니다.

Definitions

JCGM 200:2008 국제 계측어 - 기본 및 일반 개념 및 관련 용어(VIM)의 정의. 자세한 내용은 참조 섹션을 참조하십시오.

Reference Standard

지정된 조직 또는 지정된 위치에서 지정된 종류의 수량에 대한 다른 측정 표준의 보정을 위해 지정된 측정 표준입니다.

Verification

지정된 항목이 지정된 요구 사항을 충족한다는 객관적인 증거 제공.

교정

지정된 조건하에서, 첫 번째 단계에서 측정 표준과 관련 측정 불확실성이 있는 측정 불확실성과 수량 값 간의 관계를 설정하고, 두 번째 단계에서는 이 정보를 사용하여 표시로부터 측정 결과를 얻기 위한 관계를 수립하는 작업입니다.

Ideal Calibration

이상적인 교정은 테스트 중인 장치를 교정하는 데 사용되는 참조 표준에 대한 모든 불확실성을 최소화하려고 합니다. 들어오는 데이터는 테스트 중인 단위의 측정 범위 또는 테스트 중인 단위가 최종 사용자가 정의한 중요한 프로세스를 제어하는 데 사용되는 일정한 간격으로 수행됩니다. 이 들어오는 데이터는 기준 비교역할을 해야 합니다. 이러한 비교에 따라, 테스트 중인 장치와 기준 기준 간의 합의를 극대화하기 위해 전자 장치 변경 또는 센서 교체와 같은 테스트 측정 시스템 하에서 장치에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 조정 후 추가 비교가 이루어지고 데이터는 나가는 데이터로 기록됩니다.

이 프로세스 전반에 걸쳐 테스트 중인 장치를 참조 표준과 비교하는 동안 측정의 불확실성을 최소화하는 것이 목표입니다. 이 섹션에서는 불확실성이 측정에 도입되는 영역과 기여를 최소화하기 위한 모범 사례를 제시합니다.

Background Gas Contribution

열전도 게이지와 냉음극 게이지는 가스의 특성을 측정하고 가스 특성을 압력과 관련된 간접 압력 측정입니다. 이러한 특성은 가스 유형에 종속되어 있으며, 따라서 각각의 압력 측정은 가스 유형에 따라 다릅니다. 따라서, 원하는 압력 이하로 펌핑하고 원하는 압력까지 누설하는 누출 업 방법에 의해 비교를 수행하는 것이 가장 좋습니다. 참조 표준에 따라 비교해야 할 가장 낮은 압력의 1% 이하로 펌핑하는 것이 가장 좋습니다.

Test Gas Admission

열 전도도 게이지 및 냉음극 게이지의 가스 의존성으로 인해 비교 중에 사용되는 테스트 가스는 정상적인 작동 절차 중에 사용되는 가스여야 합니다. 종종 이것은 건조 질소 또는 아르곤 이지만 다른 가스 수 있습니다. 가능하면 가스의 순도가 99% 이상이어야 합니다. 비교 가스는 응축수 증기가 없는 건조한 공급원이어야 합니다. 응축성 증기는 게이지의 가스 의존성으로 인해 불확실성을 높입니다. 비교에 사용되는 기준 표준은 특정 테스트 가스를 사용하여 보정되었거나 불확실성을 최소화하기 위해 전자 제품 또는 참조 테이블을 통해 자동으로 보상을 보유하는 것이 중요합니다. 주의: 열전도의 차이로 인해 광가스(예를 들어 수소 또는 헬륨)를 사용하는 경우 위험한 과압에 도달할 수 있습니다.

가스 공급을 안정적으로 판독하기 위해 약 15초 동안 가스에서 누출하고 거주하는 것이 가장 좋습니다. 1 Torr 이하의 비교를 위해, 가스가 여전히 일부 펌핑이있는 동안 시스템에 입원하는 것이 가장 좋습니다. 이렇게 하면 비교 중에 가스가 꺼지는 효과를 최소화하고 압력을 보다 쉽게 제어할 수 있습니다. 1 Torr 위의 비교를 위해 유출 된 가스 부하에 비해 아웃 가스가 적기 때문에 펌핑이 필요하지 않습니다.

Warm Up Time and Ambient Temperature Effects

열 전도도 게이지는 환경의 주변 온도에 크게 의존합니다. 종종 제조업체는 열 보정 방법을 사용하여 오류를 최소화합니다. 차가운 음극 게이지는 온도에도 민감하지만 열 전도도 게이지보다 적습니다. 불확실성을 최소화하기 위해 게이지는 제조업체가 지정한 주변 온도에서 최대의 정확도를 유지해야 합니다. 이 온도는 일반적으로 20 C와 25 C 사이입니다. 최소한 주변 온도는 제조업체가 정의한 지정된 작동 온도 내에 있어야 합니다.

불확실성을 줄이기 위해 게이지는 비교 하기 전에 안정적인 작동 온도에 도달 할 수 있어야 합니다. 이것은 종종 워밍업 시간이라고합니다. 많은 제조업체에서 최소 워밍업 시간을 지정합니다. 지정하지 않으면 일반적으로 15분은 허용되는 최소 시간입니다.

차가운 음극 게이지의 경우, 워밍업 시간은 펌프 다운 하기 전에 물 증기 또는 다른 증기가 응축 될 수 있는 차가운 음극의 표면을 컨디셔닝하는 데에도 유용합니다.

저압에서 차가운 음극을 작동시키면 이러한 컨디셔닝이 발생하고 불확실성이 줄어듭니다. 제조업체는 이 시기에 대한 구체적인 권장 사항을 가질 수 있습니다. 종종 15분은 최소 허용 시간입니다.

Geometric Concerns and Pressure Gradients

압력은 챔버의 레이아웃, 로컬 아웃가스, 밸브, 펌프 및 게이지의 위치에 따라 챔버 전체에 걸쳐 달라질 수 있습니다. 압력 측정, 특히 열 전도도 게이지로 만든 압력 측정은 가스 흐름 이나 방사성 열의 소스에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 차가운 음극 게이지에 의한 압력 측정은 챔버의 이온 소스에 의해 영향을 받을 수 있습니다.

측정의 불확실성을 최소화하기 위해, 참조 게이지 및 테스트 중인 단위는 챔버에 대칭적으로 위치해야 하며 챔버 내에서 다른 게이지, 질량 분광계, 가열된 필라멘트, 입구 밸브 또는 기타 유사한 특징에 대한 시야가 없어야 합니다.

또한 테스트 중인 참조 표준 및 단위 모두에 대한 올바른 방향을 기록합니다. 차가운 음극은 방향별은 아니지만 열 게이지는 방향에 따라 압력 측정을 위해 Torr 1 보다 크게 다를 수 있습니다.

In Process Verification

섹션 4의 설명이 이상적인 비교로 표시되지만 진공 사용자는 모든 조건 또는 모든 조건이 충족되는지 확인할 수 없습니다. 제한된 제어에도 불구하고 테스트 중인 단위와 기준 표준을 비교하면서 측정의 불확실성을 최소화하는 것이 가장 중요합니다. 따라서 누수 제어를 최소화한 사용자에게 모범 사례가 제공됩니다.

Place References on Chamber with a Tee Cross

참조 게이지는 티 크로스 피스를 사용하여 테스트 중인 유닛과 함께 챔버에 배치해야 합니다. 확인을 위해 참조 게이지를 동일한 유형의 센서가 있는 티에 배치해야 합니다. 예를 들어, 차가운 음극 게이지와 열 전도도 게이지를 사용하여 또 다른 냉음극 게이지와 다른 열 전도도 게이지를 확인하는 데 사용되는 경우, 참조 전도도 게이지는 테스트 전도게이지 아래의 유닛과 동일한 티에 배치되어야 하며 두 개의 콜드 음극 게이지에 대해도 마찬가지입니다. 각각의 방향은 동일해야 하며 가능하면 동일한 유형의 피팅이 사용되어야 합니다.

Pump Down and Warm Up

가능하면 챔버에 참조 게이지를 장착하고 게이지를 작동하면서 챔버의 궁극적 인 압력으로 펌프하는 것이 가장 좋습니다. 테스트 중인 참조 게이지 및 장치는 최종 압력에 도달한 후 15분 동안 작동할 수 있어야 합니다. 이를 통해 센서는 테스트 중인 장치와 동일한 가스 종에서 컨디셔닝되고 게이지의 조건을 더 가깝게 상각할 뿐만 아니라 주변 온도에 열 평형에 도달할 수 있습니다.

이렇게 하려면 기준 게이지를 오염시킬 수 있는 공정을 실행해야 하는 경우 펌프를 건너뛰고 대기중의 열 전도도 게이지를 15분 동안 작동한 후 다음 단계로 진행하는 것이 가장 좋습니다.

Vent with Test Gas

챔버의 궁극적 인 압력으로 펌핑하고 테스트 중인 참조 게이지 및 단위를 따뜻하게 한 후 건조하고 순수한 (99 % 이상) 테스트 가스로 시스템을 환기시십시오. 이것은 챔버의 증기의 양을 제한하고 가스 조성 불확실성을 최소화합니다.

Pump Down and Dwell Time

대기로 환기 한 후, 검증이 원하는 대기압에 가장 가까운 압력에 챔버를 펌핑 시작합니다. 가능한 한 원하는 압력에 가깝게 펌핑을 중지합니다. 포인트가 0.1 Torr 를 초과하는 경우, 거주 시간은 약 15초여야 하므로 찌르는 판독값을 얻을 수 있습니다. 0.1 Torr 미만의 챔버 아웃가스가 중요해지기 시작하여 펌핑이 필요합니다. 안정적인 측정을 달성하기 위해 황삭 펌프로 인해 챔버의 궁극적 인 압력이 도달되면 측정하는 것이 가장 좋습니다.

높은 진공, 아래 1*10-3 Torr, 비교는 챔버의 궁극적 인 압력에서 가장 잘 이루어집니다. 판독값이 안정적이고 챔버의 압력이 더 이상 변하지 않도록 최종 압력의 거주 시간은 최소 15분이어야 합니다. 제어된 누출의 부족을 감안할 때 궁극적인 압력보다 더 많은 점을 비교할 가능성은 거의 없습니다.

References

진공 게이지, 교정 및 용어의 일반적인 정의를 추가로 읽으면 다음 참조가 좋은 소개를 제공합니다.

핸론, J. F. (2003). 진공 기술에 대한 사용자 가이드, 제 3 판. 존 와일리 & 아들, Inc., 호보켄 CGM 200:2008 국제 계측어 — 기본 및 일반 개념 및 관련 용어(VIM)

JCGM 100:2008 측정 데이터 평가 — 측정의 불확실성 표현 가이드

열 전도도 유형 R. E. Ellefson 및 A. P.Miller, J. Vac. Sci. Technol의 진공 게이지를 교정하는 것이 좋습니다. A 18, 2568 (2000)

틸포드, C. R. (1991). 압력 및 진공 측정, 화학의 물리적 방법에서, Chap. 2, Vol. VI (B.W. Rossiter, J. F. 해밀턴, R.C. Baetzold, eds.), 인터사이언스, 뉴욕.