Vakuummessgeräte: Arten, Messbereiche & Genauigkeit
Kein Vakuummessgerät misst jeden Druck. Hier sehen Sie, welches Messgerät wo funktioniert, wie genau es ist und wie man seine Anzeige für andere Gase als Stickstoff korrigiert.
Vakuummessgeräte im Vergleich
| Messgerät | Messprinzip | Messbereich | Gasart | Typische Genauigkeit | Hinweise |
|---|---|---|---|---|---|
| Rohrfeder- / Zeigermanometer | Mechanische Verformung | 1.000 – 1 mbar | Unabhängig | ±1–3 % vom Endwert | Zeigt Unterdruck an; günstig, ohne Stromversorgung |
| Piezoresistiv | Dehnung einer Membran | 2.000 – 1 mbar | Unabhängig | ±0,3 % vom Endwert | Robust, elektronisches Ausgangssignal |
| Kapazitives Membran-Vakuummeter (CDG) | Membranauslenkung, kapazitiv gemessen | 1.000 – 10⁻⁵ mbar (4 Dekaden je Messkopf) | Unabhängig | ±0,2 – 0,5 % vom Messwert | Referenzqualität für die Prozessmessung |
| Pirani | Wärmeleitfähigkeit des Gases | 1.000 – 10⁻⁴ mbar | Abhängig | ±15 – 30 % | Häufigstes Messgerät für Grob- und Feinvakuum |
| Thermoelement / Thermistor (Mikron-Vakuummeter) | Wärmeleitfähigkeit des Gases | ≈ 10 – 10⁻³ mbar (≈ 7.500 – 1 Mikron) | Abhängig | ±10 – 30 % | Typisches Vakuummeter in der Kältetechnik |
| Kaltkathode (Penning / invertiertes Magnetron) | Entladungsstrom im Magnetfeld | 10⁻² – 10⁻⁹ mbar (bis 10⁻¹¹ mit IMG) | Abhängig | ±30 – 50 % | Robust, ohne Glühfaden |
| Heißkathode (Bayard-Alpert) | Ionisation durch Elektronenstoß | 10⁻³ – 10⁻¹⁰ mbar | Abhängig | ±10 – 20 % | Standard im Hoch- und Ultrahochvakuum |
| Extraktor-Messröhre | Ionisation mit verringerter Röntgengrenze | 10⁻⁴ – 10⁻¹² mbar | Abhängig | ±10 – 20 % | Messungen im XHV |
| Gasreibungsvakuummeter (Spinning Rotor) | Gasreibung an einer schwebenden Kugel | 10⁻² – 10⁻⁷ mbar | Abhängig (bekannt) | ±1 % | Transfernormal für die Kalibrierung |
| Restgasanalysator (RGA) | Quadrupol-Massenspektrometrie | 10⁻⁴ – 10⁻¹⁴ mbar (Partialdruck) | Misst jedes Gas einzeln | Halbquantitativ | Lecksuche, Kontaminationsanalyse |
Direkte und indirekte Vakuummessung
Direkt messende Geräte (Rohrfeder, Piezo, kapazitive Membran) erfassen Kraft pro Fläche; die Anzeige ist daher unabhängig von der Gasart der wahre Druck. Mit immer kleinerer Kraft verlieren sie an Auflösung, was sie auf höchstens etwa 10⁻⁵ mbar begrenzt.
Indirekt messende Geräte erfassen eine Gaseigenschaft, die von der Teilchendichte abhängt — Wärmeleitfähigkeit (Pirani, Thermoelement) oder Ionisation (Kalt- und Heißkathode). Sie erreichen viel niedrigere Drücke, doch die Anzeige hängt vom vorhandenen Gas ab und muss korrigiert werden, wenn es nicht Stickstoff oder Luft ist.
Messwerte sind nur so gut wie ihre Kalibrierung. Nationale Metrologieinstitute wie die PTB in Deutschland und NIST in den USA betreiben Primärnormale für Vakuum; akkreditierte Kalibrierlabore führen ihre Referenzmessgeräte darauf zurück.
Gaskorrekturfaktoren für Ionisationsvakuummeter
Relative Empfindlichkeit S (N₂ = 1,00). Wahrer Druck = angezeigter Druck ÷ S. Typische Werte; maßgeblich ist die Betriebsanleitung Ihres Messgeräts.
| Gas | Relative Empfindlichkeit S | Anzeige multiplizieren mit |
|---|---|---|
| Stickstoff (N₂) / Luft | 1,00 | 1,00 |
| Sauerstoff (O₂) | 1,00 | 1,00 |
| Wasserstoff (H₂) | 0,46 | 2,17 |
| Helium (He) | 0,18 | 5,56 |
| Neon (Ne) | 0,30 | 3,33 |
| Argon (Ar) | 1,29 | 0,78 |
| Krypton (Kr) | 1,94 | 0,52 |
| Xenon (Xe) | 2,87 | 0,35 |
| Kohlendioxid (CO₂) | 1,42 | 0,70 |
| Wasserdampf (H₂O) | 1,12 | 0,89 |
Das passende Messgerät wählen
- Grobvakuum, Prozessregelung: Piezo- oder kapazitives Membran-Vakuummeter.
- Evakuieren von Kälteanlagen: digitales Mikron-Vakuummeter; ≤ 500 Mikron (0,67 mbar) und einen stabilen Standtest nachweisen.
- Vorvakuumleitungen und allgemeines Feinvakuum: Pirani.
- Hochvakuumkammern: Kombination Pirani + Kaltkathode oder Pirani + Bayard-Alpert.
- UHV und Analytik: Bayard-Alpert- oder Extraktor-Messröhre plus Restgasanalysator.
Messwerte in verschiedenen Einheiten? Mit dem Vakuum-Umrechner umrechnen.
Quellen & weiterführende Literatur
- PTB Working Group 7.54. Vacuum Metrology. Physikalisch-Technische Bundesanstalt (German national metrology institute). Primärnormale für Vakuum von 10⁻⁹ Pa bis 1 kPa und Kalibrierung von Messgeräten.
- NIST. Thermodynamic Metrology Group — pressure and vacuum standards. National Institute of Standards and Technology. US-Primärnormale für Druck, Vakuum und Leckrate.
- K. Jousten (ed.). Handbook of Vacuum Technology, 2nd ed.. Wiley-VCH (2016). Standardwerk zu Gasströmung, Leitwerten, Pumpen und Messtechnik.
- J. F. O’Hanlon & T. A. Gessert. A User’s Guide to Vacuum Technology, 4th ed.. Wiley (2023). Praktische Auslegung von Vakuumsystemen, Abpumpen und Ausgasen.
- CERN Accelerator School. CAS Vacuum for Particle Accelerators, Glumslöv, Sweden, 2017 — proceedings. CERN, free to read. Aktuelle Vorlesungen zu Werkstoffen, Pumpen, Messtechnik und Lecksuche.
Häufige Fragen
Welches Vakuummessgerät ist das beste?
Das hängt vom Druckbereich ab. Kapazitive Membran-Vakuummeter sind von Atmosphäre bis etwa 10⁻⁴ mbar die genaueste und gasartunabhängige Wahl. Pirani-Vakuummeter sind günstig und decken Atmosphäre bis 10⁻⁴ mbar mit geringerer Genauigkeit ab. Unter 10⁻³ mbar braucht man ein Ionisationsvakuummeter (Heiß- oder Kaltkathode). Viele Anlagen nutzen Kombinationsmessröhren (Pirani + Ionisation oder Pirani + kapazitiv), um den gesamten Bereich mit einem Sensor abzudecken.
Warum zeigt mein Pirani-Vakuummeter bei Helium oder Argon falsch an?
Pirani- und Thermoelement-Vakuummeter messen die Wärmeleitfähigkeit des Gases und sind auf Stickstoff/Luft kalibriert. Helium leitet Wärme besser, das Gerät zeigt also zu viel an; Argon leitet schlechter, es zeigt zu wenig an — oberhalb von etwa 1 mbar kann der Fehler mehr als den Faktor zehn betragen. Die Gaskorrekturkurve des Herstellers verwenden oder ein gasartunabhängiges kapazitives Vakuummeter einsetzen.
Welches Vakuummeter braucht man in der Kälte- und Klimatechnik?
Kältetechniker verwenden ein elektronisches Mikron-Vakuummeter (Thermistor- oder Thermoelement-Wärmeleitungsvakuummeter), um nachzuweisen, dass die Anlage 500 Mikron (0,67 mbar) oder weniger erreicht und im Standtest hält. Die Zeigermanometer der Monteurhilfe können diesen Bereich nicht auflösen.
Wie korrigiere ich die Anzeige eines Ionisationsvakuummeters für ein anderes Gas?
Den angezeigten (N₂-äquivalenten) Druck durch den relativen Empfindlichkeitsfaktor des Gases teilen. Beispiel: Eine Anzeige von 1 × 10⁻⁶ mbar in reinem Argon (S = 1,29) entspricht einem wahren Druck von etwa 7,8 × 10⁻⁷ mbar; in Helium (S = 0,18) sind es etwa 5,6 × 10⁻⁶ mbar.
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