گیج وکیوم پیرانی لیبولد مدل TTR91

مقدمه

در فناوری وکیوم، گیج‌ وکیوم پیرانی نقش حیاتی در اندازه‌گیری دقیق فشار گازها در محدوده‌های خلأ کم تا متوسط ایفا می‌کنند. یکی از شناخته‌شده‌ترین تجهیزات در این حوزه، گیج پیرانی سری THERMOVAC مدل TTR91 ساخت شرکت Leybold آلمان است. این دستگاه به دلیل طراحی قدرتمند، بازه اندازه‌گیری گسترده و قابلیت اطمینان عالی، در صنایع گوناگون به‌ویژه در سیستم‌های کنترل خلأ، ابزار دقیق و آزمایشگاه‌های پیشرفته مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله، علاوه‌بر شرح ویژگی‌های فنی TTR91، به بررسی اصول عملکرد، مزایا، کاربردها، مقایسه با مدل‌های مشابه و دستورالعمل‌های نصب و نگهداری خواهیم پرداخت.

مشخصات فنی گیج وکیوم لیبولد

جدول خلاصه مشخصات کلیدی

گیج وکیوم TTR91

گیج وکیوم پیرانی TTR91 با بازه وسیع انداز‌ه‌گیری، از فشار جو تا خلأ بالای 5 × 10⁻⁴ میلی‌بار را با دقت نسبی قابل قبول می‌سنجد. فیلامنت ترکیبی تنگستن/رنیوم همزمان مقاومت و دوام عالی در برابر شرایط عملیاتی دارد و دمای بالاتر فیلامنت (100 درجه بالاتر از محیط) باعث عملکرد ثابت‌تر در مصارف سخت و صنعتی می‌شود. ولتاژ خروجی لگاریتمی و استانداردسازی آنالوگ 0–10V، هم‌خوانی آسان با کنترلرها و PLCهای مختلف را تضمین می‌کند. طراحی ماژولار و جمع‌وجور آن، نصب در فضاهای محدود را آسان می‌کند. حلقه نورانی LED نیز نمایش بصری فوری از وضعیت فشار سیستم را حتی از راه دور فراهم می‌کند. امکان انتخاب بین چندین نوع فلنج این گیج را در طیف وسیعی از سیستم‌ها قابل نصب می‌سازد. همچنین مصرف برق پایین، طول کابل مجاز بالا (تا 100 متر)، انعطاف بالایی برای بهره‌برداری در تاسیسات بزرگ و خطوط تولید باسایز بالا فراهم می‌کند.

اصول عملکرد و مکانیزم اندازه‌گیری گیج وکیوم TTR91

مرور کلی فرایند

گیج‌های Pirani براساس پدیده رسانش حرارتی گاز کار می‌کنند. فیلامنت فلزی داخل لوله‌ای کوچک قرار گرفته و با عبور جریان ثابت داغ می‌شود. میزان دفع حرارت از این فیلامنت، تابع چگالی و تعداد مولکول‌های گاز اطراف است. هرچه خلأ بالاتر باشد، چگالی گاز کمتر و میزان دفع حرارت پایینتر خواهد بود. تغییر دمای فیلامنت بر مقاومت الکتریکی آن تاثیر می‌گذارد. این تغییرات مقاومت به‌وسیله یک پل وتستون (Wheatstone bridge) به سیگنال الکتریکی تبدیل و کالیبره می‌شود تا فشار دقیق ثبت گردد.

نکات کلیدی فناوری پیرانی

• رابط سنسور: فیلامنت تنگستن/رنیوم از حساسیت و پایداری بالا بهره می‌برد و در مقایسه با فیلامنت‌های نیکل یا پلاتین، نرخ آلودگی/کوتاه شدن عمر کمتری دارد.
• محدوده پاسخگویی: در محدوده 1 تا 100 میلی‌بار بیشینه دقت و تکرارپذیری وجود دارد؛ در بازه‌های بسیار پایین‌تر و بالاتر، عدم قطعیت و خطا افزایش می‌یابد.
• کالیبراسیون گازی: قرائت دستگاه وابسته به ترکیب گاز است و معمولاً برای N₂ (هوا/اکسیژن/مونوکسیدکربن) کالیبره می‌شود. برای سایر گازها باید از فاکتورهای تصحیح استفاده شود (مثلاً برای آرگون: ضریب ۱.۷ برابر).
• وابستگی به موقعیت نصب: طراحی مکانیکی و الکترونیکی TTR91 طوری است که سیگنال اندازه‌گیری به‌موقعیت نصب حساسیت ندارد، بنابراین نصب افقی یا عمودی ممکن است.

دوام گیج وکیوم TTR91

به دلیل استفاده از فیلامنت گرم‌شده و سیل حرارتی شیشه/فلز، دستگاه ضعف‌هایی چون حساسیت به ذرات و آسیب‌پذیری نسبت به آلودگی را تا حد زیادی کاهش داده و موجب می‌شود عمر سنسور در شرایط استفاده سنگین، زیاد باشد. همچنین بهره‌گیری از بورد الکترونیکی جداشونده و تیوب سنجش تعویض‌پذیر، سرویس و نوسازی دستگاه را بسیار ساده می‌کند.

قابلیت‌ها و آپشن‌های خروجی و ارتباطی

خروجی سیگنال گیج وکیوم TTR91

• آنالوگ خطی/لگاریتمی: ولتاژ خروجی دستگاه معمولاً بازه 1.9 تا 10.0 ولت (DC) را پوشش می‌دهد که رابطه لگاریتمی با فشار دارد. امکان انتخاب مدل‌هایی با خروجی 0-10V وجود دارد.
• دیجیتال (مدل‌های پیشرفته‌تر): پشتیبانی از خروجی‌های دیجیتال RS232، RS485 و EtherCAT در برخی نسخه‌های سری RN و RNS، امکان یکپارچه‌سازی در سامانه‌های مانیتور و کنترل دیجیتال را به کاربران می‌دهد.
• رله نقطه آستانه (در مدل‌های Setpoint): نسخه RNS دو نقطه آستانه با رله خروجی قابل تنظیم (مثلاً برای هشدار یا خودکارسازی پمپ/شیرها) را ارائه می‌دهد.
• نشانگرهای بصری: پیش‌بینی LED حلقوی ۳۶۰ درجه که وضعیت (محدوده فشار) را به‌صورت رنگ‌آمیز در محل نمایش می‌دهد، اپراتور را از فشار سیستم حتی در نبود مانیتور مرکزی مطلع می‌سازد.

اتصال/سازگاری

• کانکتور استاندارد FCC68/RJ45 یا D-sub: برای یکپارچگی آسان با کابل‌های صنعتی و سیم‌کشی‌های متداول.
• سازگاری با خانواده کنترلرهای Leybold (GRAPHIX, DISPLAY): TTR91 به‌طور کامل با خانواده کنترلرهای گرافیکس و دیسپلی لیبولد سازگاری داشته، شناسایی خودکار روی کنترلر و نمایش مستقیم فشار را ممکن می‌سازد.

فلنج و گزینه‌های نصب

• تنوع فلنج (DN16 KF, DN16 CF, 1/8″ NPT, DN25 KF, BareTube): قابلیت نصب در کلیه سامانه‌های خلأ استاندارد با انعطاف‌پذیری بالا.
• کابل استاندارد (Type A shielded): امکان استفاده تا طول 100 متر کابل جهت سیستم‌های وسیع یا مکان‌هایی با دسترسی دور.

راهکارهای فوق TTR91 را در صنایع بزرگ، آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و خطوط تولید قابل بهره‌گیری می‌سازند.

کاربردها و مصارف وکیوم گیج TTR91

دامنه کاربرد صنعتی و تحقیقاتی

گیج خلأ TTR91 به دلیل انعطاف بالا و قابلیت اطمینان، در صنایع و محیط‌های زیر استفاده فراوان دارد:

• کنترل و پایش روندهای خلأ صنعتی: خطوط تولید قطعات الکترونیکی، خلأ بسته‌بندی مواد غذایی، تولید شیشه (Coating)، ساخت نیمه‌هادی‌ها.
• سیستم‌های خلأ تحقیقاتی: آزمایشگاه‌های فیزیک پلاسما، مهندسی مواد، تست و شبیه‌سازی فضایی.
• مهندسی مکانیک و اتومبیل: تست و راه‌اندازی پمپ‌ها، تست نشتی، فرآیندهای متالورژی حرارتی.
• خنک‌سازی و تهویه: آزمایش‌های سیستم‌های تبرید، کنترل کیفیت تولید کمپرسور/وکیوم پمپ.
• تجهیز و ارتقای خطوط اگزوز صنعتی و شیمیایی: برای اندازه‌گیری فشار گازهای غیرخورنده.

مزایا و ویژگی‌های منحصربه‌فرد نسبت به رقبا

برتری‌های کلیدی کیج وکیوم TTR91

1. دامنه اندازه‌گیری وسیع: پوشش از فشار اتمسفر تا 5 × 10⁻⁴ mbar، حائز اهمیت برای اندازه‌گیری روند پمپ‌داون (Pump Down) و کنترل فرآیندهای متوالی است.
2. سنسور بادوام و مقاوم به آلودگی: فیلامنت تنگستن/رنیوم و طراحی سیل حرارتی شیشه-فلز دستگاه را حتی در کاربردهای صنعتی سنگین و فرآیندهای آلوده (غیراز مواد خورنده) ایمن و ماندگار ساخته است.
3. تعویض آسان سنسور: تعویض تیوب به صورت قطعه ماژولار امکان‌پذیر بوده و Service را تسریع می‌کند؛ این ویژگی زمان خاموشی (Downtime) را به حداقل می‌رساند.
4. Visual Feedback قدرتمند: حضور حلقه نورانی LED 360 درجه، عملکرد کنترل فردی و مرکزی را حتی از فاصله دور و در محیط‌های پر حجم تسهیل می‌کند.
5. انطباق گسترده: خروجی آنالوگ قابل تطبیق، ولتاژ تغذیه Broad (15–30V DC)، طول کابل زیاد و پشتیبانی کامل از انواع کنترلرهای حرفه‌ای و صنعتی.
6. مقاومت مکانیکی بالا: تحمل فشار تا 10 بار، بدنه استیل و کلاس حفاظتی IP40.
7. کالیبراسیون و تنظیمات آسان: تنظیم نقطه آستانه (در مدل‌های RNS) و امکان کالیبراسیون ساده صفر و ماکسیمم فشار به‌صورت دستی یا از راه دور (remote calibration).
8. امنیت عملیاتی: امکان bake-out تا 150°C (بدون بخش الکترونیکی) برای تمیزکاری خطوط UHV و سازگاری بیشتر با فرآیندهای پیچیده.

نقاط قوت فنی نسبت به مدل‌های مشابه بازار

برخلاف بسیاری از گیج‌های Pirani اقتصادی، مدل TTR91 دقت و بازه اندازه‌گیری را به‌صورت همزمان ارائه می‌دهد؛ مدل‌های صرفاً ارزان معمولاً بازده وسیع اما دقت پایین دارند. همچنین برخی رقبا فاقد حلقه LED 360درجه یا امکان انتخاب انواع فلنج هستند. در برخی نمونه‌ها (Edwards APG200 یا Pfeiffer)، سنسورها با خروجی محدودتر، طول کابل کوتاه‌تر و حسگر کمتر مقاوم عرضه می‌شوند.

مقایسه با مدل‌های مشابه لیبولد و رقبا

مقایسه داخلی سری Leybold TTR

تفسیر

مدل TTR91 RN نسخه اقتصادی (بدون خروجی رله) و مدل RNS برای کنترل‌های پیشرفته‌تر با دو نقطه آستانه طراحی شده است. مدل 96RN برای محیط‌های خورنده مناسب‌تر است. TTR101 با ترکیب حسگر Pirani و مانومتر خازنی، برای فرآیندهایی با نیاز به دقت بسیار بالا یا رنج وسیع فشار کاربرد دارد.

مقایسه با گیج‌های پیرانی مطرح بازار: Edwards APG200 و Pfeiffer TPR

تحلیل

هر سه مدل بازه عملکرد مشابه دارند اما مزیت اصلی TTR91 در طراحی مقاوم، تنوع فلنج بالا، قابلیت سفارشی‌سازی خروجی، وجود حلقه نورانی LED و سازگاری عالی با سیستم‌های کنترل صنعتی است. مدل‌های Edwards APG200 نیز پیشرفت‌هایی نظیر فیلامنت مقاوم به خوردگی یا سازگاری با سیستم‌های دیجیتال را دارند، اما اکثراً با قیمت بالاتر و تنوع مدل کمتر ارائه می‌شوند. Pfeiffer اغلب گزینه‌ای مناسب‌تر برای آزمایشگاه‌ها یا کاربردهای کوچک‌تر با تکرارپذیری کمتر تلقی می‌شود.

نصب، کالیبراسیون و نگهداری

مکانیکی

• جهت نصب: نصب در هر جهت (افقی، عمودی) مجاز است اما برای کاهش رسوب ذرات، نصب عمودی توصیه می‌شود.
• اتصال به خطوط: با استفاده از فلنج KF یا CF و رینگ Centering واورینگ مناسب.
• حفاظت از سنسور: به‌منظور جلوگیری از آسیب ناشی از ذرات و میعانات، استفاده از فیلتر سینتر شده یا بخشی با قابلیت تعویض سنسور توصیه می‌گردد.

الکتریکی

• کابل ارتباطی: کابل Shielded استاندارد FCC68/RJ45 (تا 100 متر طول)
• تامین ولتاژ: منبع 15–30 ولت DC با فیوز مناسب (جریان اولیه تا 150 میلی‌آمپر)
• اتصال به کنترلر: سازگار با انواع گرافیکس، دیسپلی و یا مانیتوررهای شخص ثالث.

دستورالعمل کالیبراسیون و تنظیم

• کالیبراسیون فشار جو: گیج را در فشار اتمسفر چند دقیقه روشن نگه‌دارید و دکمه CAL را بزنید تا مقدار خوانده شده تثبیت شود.
• کالیبراسیون خلأ (Zero): پس از ایجاد خلأ عمیق (~1 × 10⁻⁴ mbar)، بازهم دکمه CAL را بزنید تا مقدار فشار صفر شود.
• کالیبراسیون گاز غیر نیتروژنی: از ضرایب تصحیح مربوط به نوع گاز (مثلاً آرگون، هیلوم یا …) در قرائت نهایی استفاده کنید.

نگهداری و تعمیرات

• تعویض تیوب یا سنسور: در صورت آلودگی شدید یا سوختگی فیلامنت، تیوب سنسور به‌سادگی قابل تعویض است.
• سرویس پاک‌سازی: تیوب را در صورت نیاز جدا کنید و عملیات bake-out (گرمادهی تا 150°C، بدون برد الکترونیک) انجام دهید.
• نکات ایمنی: هرگز دستگاه را برای گازهای خورنده یا اشتعال‌زا به کار نبرید.

دقت، تکرارپذیری و دستورالعمل‌های ایمنی

ویژگی‌های عملکردی

• دقت: در محدوده خلأ کاری زیر 100 میلی‌بار، خطای اندازه‌گیری معمولاً ±15% است؛ در بازه‌های پایین‌تر دقت نسبی کاهش می‌یابد.
• تکرارپذیری: برای فشار 1 × 10⁻³ تا 100 میلی‌بار تکرارپذیری حدود 2% قابل دستیابی است.
• پاسخ زمانی: زیر ۸۰ میلی‌ثانیه؛ مناسب برای کنترل سریع سیکل خطوط تولید.
• حساسیت به گاز: قرائت برای N₂, O₂, CO کالیبره است. برای گازهای سنگین‌تر (آرگون، هلیوم) از جداول تصحیح استفاده شود.

نکات ایمنی و احتیاطی

• ولتاژ تغذیه ایمن (PELV): تنها به منابع تغذیه ایمن و کنترلرهای استاندارد متصل شود.
• اتصال زمین: اتصال کاملاً مطمئن به بدنه خلأ جهت جلوگیری از شوک الکتریکی.
• دوری از گازها و محیط‌های خورنده: برای گازهای خورنده و سمی، نسخه مقاوم‌تر (TTR96) توصیه می‌شود.
• اقدامات ضد آلودگی: پیشگیری از نفوذ ذرات ریز و میعانات داخل سنسور با استفاده از صافی مناسب و پاک‌سازی دوره‌ای.

نکات تکمیلی: تاریخچه و روند توسعه سری TTR

گیج وکیوم سری TTR لیبولد نزدیک به دو دهه سابقه تولید و توسعه دارد. نسل‌های جدید با پیشرفت در دوام سنسور، ایجاد حلقه LED، گسترش قابلیت خروجی‌های دیجیتال و سفارشی‌سازی فلنج‌ها پا به عرصه گذاشته‌اند. افزوده شدن نسخه‌هایی مانند TTR 91 R با ویژگی‌هایی چون تیوب قابل تعویض و الکترونیک جداشونده، تعمیرات و ارتقاء دستگاه در صنعت خلأ را ساده‌تر و مقرون به صرفه‌تر ساخته است. همچنین مدل‌های پرسابقه‌تر TTR 91N و TTR 96N هنوز هم به لطف اعتبار، ترکیب قیمت/عملکرد و امکان تعمیر جایگاه ویژه‌ای در بازار دارند.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

گیج وکیوم Pirani لیبولد مدل TTR91 ترکیبی از دقت فنی، طراحی مقاوم، نصب آسان و امکانات ارتباطی متنوع است. این دستگاه با ایجاد بالاترین سازگاری در صنایع، امکان کنترل دقیق فشار در تمامی فرایندهای خلأ را میسر ساخته و به‌واسطه ویژگی حلقه نورانی، تعویض سریع تیوب، و پشتیبانی طول کابل زیاد، در پروژه‌های صنعتی، نیمه‌صنعتی و تحقیقاتی جایگاه ویژه‌ای یافته است. مقایسه با رقبای مطرح (Edwards, Pfeiffer) نشان می‌دهد که TTR91 یا مدل‌های RN و RNS از نظر طول عمر، فضای نصب و قابلیت ارتقاء فنی، دست بالا را دارند. تنها نقطه ضعف محدود TTR91 عدم کاربری در گازهای خورنده است که لیبولد با ارائه مدل‌های TTR96 این نقیصه را نیز پوشش داده است.

در پایان، اگر به‌دنبال راه‌حل قابل اطمینان و اقتصادی برای پایش فشار خلأ در محدوده خلأ کم و متوسط هستید که قابلیت نصب آسان، گزینه‌های متعدد خروجی و سرویس‌دهی سریع داشته باشد، گیج TTR91 لیبولد انتخابی حرفه‌ای و آینده‌نگر است.