Вакуумный датчик для чего нужен: Вакуумный датчик для чего нужен — Moy-Instrument.Ru – Вакуумный датчик: виды, применение, принцип действия

Содержание

Вакуумный датчик: виды, применение, принцип действия

Навигация:

  1. Вакуумный датчик давления
  2. Датчики вакуумного насоса
  3. Вакуумный датчик Пирани
  4. Датчики вакуумной системы
  5. Где купить вакуумный датчик

Данное приспособление представляет собой вакуумный манометр, который является прибором для точного замера присутствующего давления разрежённых газов. По способу действия их делят на несколько главных типов:

  1. Классические. Они считаются самыми обычными жидкостными манометрами или анероидами и предназначаются для произведения замеров чрезвычайно низких давлений. В первом виде в колене, созданном для проведения измерений, применяется масло с нужной плотностью и с достаточно низким давлением с тем, дабы не разрушать образовавшийся вакуум. Как правило, их ограничивают от оставшейся системы при помощи ловушек, которые являются подходящими приспособлениями, наполняемыми только жидким азотом и подходят для успешного вымораживания паров жидкости. Он предназначен для более верного измерения напора от 10 до 100000 Па.
  2. Емкостные. Основаны на преобразованиях объема конденсатора при изменениях длины между имеющимися обкладками. Одна из них производится в виде мягкой оболочки. При колебаниях давления последняя меняет форму и сосуд теплообменника, который допускается замерять. После выполнения градуировки допустимо использовать прибор для замера. Его задействуют в случаях, если требуется немедленно измерить натиск, которое колеблется в пределах от 1 до 1000 Па.
  3. Терморезисторные. Приходят в действие исключительно в мостовой схеме, которая поддерживает регулярное правильное сопротивление прибора, который открыт измеряемому давлению. Чем оно внушительней, тем более высокую мощность требуется подводить к нему для того, чтобы поддерживать стабильный температурный режим. Давление и напряжение на устройстве взаимозависимы. В случае, если резистором выступает платиновая нить, то он называется манометром Пирани. Они нужны для измерения напора от 10−3 до 761 и более Torr.
  4. Термопарные. Приходят в действие на охлаждаемости за счет теплопроводности. Термопара имеется в тесном взаимодействии с нагреваемым проводком. Чем идеальнее вакуум, тем значительно ниже теплопроводность. Благодаря этому, соответственно, выше температурный режим в проводнике. Область давлений колеблется в пределах от 10−4 до 10 Torr.
  5. Ионизационные. Их работа зависит от превращения атомов и молекул газа в ионы. Иными словами, это своеобразный диод, на анод которого направляется положительное, а на свободный электрод отрицательное напряжение. В процессе снижения давления значительно уменьшается количество атомов, которые могут подвергнуться ионизации, и, следовательно, ток, который протекает между электродами при этом напряжении. Как правило, область давлений для измерения составляет от 10−12 до 10−1 Torr. Все устройства делятся на изделия с холодным (Пеннинга и магнетронные) и с накаливаемым катодом.
  6. Альфатрон. Это вид ионизационного аппарата, который отличается от предыдущего тем, что для его преобразования атомов и молекул в ионы задействуются не электроны, а альфа-частички, которые испускаются источником, к примеру, на радии. Они гораздо упрощеннее, практичнее, стабильнее и точнее, однако из-за сверхчувствительности, требующей крайне сложнейшей схемы измерения токов, не в состоянии их заменить. Они используются в одном диапазоне, что и термопарные устройства.

Устройства под четвертым и пятым номером используются в промышленности и всевозможных экспериментах, поскольку являются массовыми, прекрасно повторяемыми приборами. Они в большинстве своем выполняются в форме электронных лампочек со стеклянным фрагментом, соединяющимся с объёмом при помощи небольшого шланга.

Вакуумный датчик давления

Обязательно в процессе проектирования всевозможных химических процессов следует учитывать давление. Оно определяется как сила, оказывающая влияние на одну единицу площади. Его принято измерять в следующих единицах — пси или в СИ — Па.

Принято различать три главных типа давления:

  1. Абсолютное — атмосферное плюс избыточное.
  2. Избыточное — абсолютное минус атмосферное.
  3. Дифференциальное — различие давлений между двумя объектами.

Дабы контролируемая система трудилась безупречно и максимально эффективно, очень важно, чтобы используемый прибор был в состоянии показывать точнейшие показания по мере нужды и на протяжении долгого периода без срочной нужды ремонтирования или замены в условиях работы. Выделяют несколько немаловажных факторов, которые влияют на пригодность того или иного датчика давления для того или иного процесса. Среди них:

  • характеристики применяемых составляющих в среде которых планируется использовать аппарат;
  • условия работы;
  • диапазон давлений;
  • процент точности и чувствительности, которые необходимы в ходе действия.

Процесс использования изделия: чувствительный упругий объект будет поддаваться активному воздействию веществ, которые используются в процессе.

Датчики вакуумного насоса

Изделие состоит из двух элементов: первый превращает любые, даже самые незначительные изменения вида гиперчувствительного элемента в электрический сигнал, а второй производит оценку этого сигнала, превращает в единицы и дает знать пользователю о проценте разрежения на рассматриваемом фрагменте технологической линии.

Измерительный блок — отдельная часть, которая предназначена для создания сигнала информации в форме, подходящей для простого восприятия человеком, и включающая блок питания и все необходимые электрические цепи, которые важны для качественной работы вакуумметра.

Вакуумный датчик Пирани

Принцип действия основывается на определенной зависимости теплопередачи через разреженный газ от натиска газа. Передача его происходит от необычайно тонкой стальной нитки к трубке с фланцем, которая находится при температуре самого обычного комнатного режима. Нить поддается нагреванию в вакууме путем пропускания электрического тока. Вычисление числа давления производится на основе уравнения теплового баланса. В данном изделии используется резистивный измеритель температуры. При значительном падении давления существенно понижается теплопередача, благодаря чему спираль отдает в окружающую среду гораздо меньше тепла и сильнее разогревается в период регулярной мощности. Именно поэтому результатом вычисления является величина давления.

Датчики вакуумной системы

Значительное большинство современных технологических процессов проходят только в вакуумной среде и нуждаются в контролировании давления в широчайшем диапазоне. На различных диапазонах давления используются датчики, основанные на разных принципах действия. Данные изделия классифицируют по принципу действия на несколько основных групп: деформационные, тепловые и ионизационные.

Первые измеряют реальную силу воздействия на чувствительный элемент и охватывают диапазон давления от атмосферы до 1 мбар (до 10-4 мбар при использовании мембранно-емкостных датчиков). К данным механическим устройствам относят стрелочные, тензорезисторные, мембранно-емкостные датчики. Показания данных приспособлений не зависят от рода газа, поскольку используются прямые методы измерения.

В основе работы тепловых приспособлений лежит кардинальное измерение тепловой проводимости, напрямую зависящей от давления. К таким вакуумметрам можно отнести датчики Пирани, термопарныеи конвекционные. Тепловые датчики способны измерять натиск от атмосферы до 10-4 мбар.

К ионизационным изделиям относятся приспособления с охлажденным катодом (ячейка Пеннинга) или с накаленным катодом. Изделия такого типа ионизируют газ и измеряют полученный ионный ток. Их можно применять для измерения натиска от 10-2 до 5•10-12 мбар.

Где купить вакуумный датчик

Чтобы приобрести высококачественное устройство, следует для начала ознакомиться с основными производителями, которые предлагают отличную продукцию своим потребителями. К их числу можно причислить: немецкую компанию Thyracont, российскую марку Terla, Росма, Метер, ФизТех и другие.

Датчики вакуума: принцип работы

Датчик Вакуумметр — он же прибор показа давления. В этой статье мы рассмотрим их виды, принцип работы. Бывают они таких видов: компрессионные, механические, мембранные.

Его еще по-другому называют «вакуумный манометр». Он является для людей прибором измерения уровня давления вакуума и газов, которые находятся, в свою очередь, в вакуумной среде. В общем, по названию и так можно было понять.

Леонардо Да Винчи положил начало этим приборам. Он сделал некое функциональное устройство, с помощью которого смог измерить давление в водопроводной трубе. Это изобретение стало очень популярным и нужным для тех годов, когда жил Да Винчи (1400-ые года).

Его изобретение улучшил Эванджелиста Торричелли, который оформил патент на это устройство. Это было сделано в 1643 году, спустя более ста лет после смерти самого Да Винчи. Датчик вакуума имел форму буквы U и главным элементом, на котором он работал, была ртуть. К сожалению, из-за ограниченного ее количества в самой трубке определить давление выше чем 9 пА было невозможно. Все изменило появление датчика вакуума цифрового (его фото представлено ниже в материале).

электронный датчик

Виды вакуумметров

Механический вакуумметр.

Это такой прибор, который не использует источники питания, и он способен определить уровень в диапазоне от 0,4 до 7000 бар. Его механизм работы заключается в том, что там есть некое кольцо, которое находится в трубе с овальным сечением, которая в свою очередь изогнута под углом 240 градусов.

Она находится в желобе и ее концы не закреплены, и это позволяет давлению в процессе его измерения давить внутрь трубки, приводя в свою очередь ее в движение. Она связана с механизмом, который выводит точные показания уже на шкалу прибора. Обычно прибор измеряет давление до 65 бар, но бывают устройства и для более высоких показаний, примерно в 7100 бар.

Чтобы использовать датчик вакуума в более агрессивной среде, корпус его наполняют гидроизолянтом, который смазывает механизм и этим предотвращает коррозию. В качестве предохранения этого механизма, чтобы защитить трубку от разрыва, корпус вакуумметра оборудуют выдуваемой стенкой, которая сбрасывает избыточное давление.

Датчик механический

Изобретение трубки Бурдона

Трубка имеет форму U-образную, называют ее гидростатическим вакуумметром.

Она показывает результаты по воздействию давления на жидкость, которую выявила эта трубка. Параметры на разных концах этих двух трубок отличается, а стрелка прибора показывает разницу между ними. Сегодня такое устройство уже не используется, потому что изменился диапазон давлений и прибор стал полностью ненужным.

Компрессионный вакуумметр.

Это манометр, только очень усовершенствованный. Для расширения его возможностей, он был сконструирован так, что перед измерением сжимает жидкость в трубке, а шкала показывает уровень давления. В повседневной жизни применяется просто как калибровочный прибор.

показатели датчика

Деформационный вакуумметр, механический

Такой манометр обычно предназначается для низких вакуумных измерений. Под действием давления трубки, пружина в ней сжимается и деформирует рабочее место, а он в свою очередь передает нагрузку на стрелочный механизм, называемый шкалой показаний.

Мембранный датчик давления вакуума.

Это самый доступный вариант механизма. Принцип работы: на мембрану давит вакуум, а она давит на сенсор. Такие приборы являются всегда независимыми от среды и снимают показания в любой смеси газа.

Тепловые механизмы

шкала датчика

Датчики измерения вакуума тепловые считаются наиболее востребованными, они снимают показаний и в средних, и в низких частотах вакуума. Именно в этих приборах сочетаются такие показатели, важные для людей, как качество и небольшая цена. Пользоваться ими можно для измерений только в абсолютном вакууме. Принцип действий таков: реакция вакуумметра на изменение теплопровода газа при смене давления.

Приборы разнятся в зависимости от типа самого газа и считывают только определенные смеси. Самая распространенная модификация — это термопарный вакуумный датчик, а еще бывают приборы Пирани и конвекционные механизмы.

Прибор термопарный.

Такой датчик температуры в вакууме влияет на нагрев термопары внутри механизма, что и провоцирует изменение напряжения на концах термопар. Передача тепла от нагревания самого датчика к его концам происходит из-за того давление вокруг термопары. Чем оно выше, тем больше его напряжение. Такие вакуумметры очень бюджетные среди группы других аналогичных.

Датчик ионный

Датчик Пирани

Этот механизм и принцип работы похож на термопарный. Он использует нить канала и переводит тепловую энергию в напряжение. Механизм Пирани намного точнее, чем другие, за счет впаянной в механизм электрической схемы.

Датчик конвекции.

Он также, как и аналогичные устройства, использует термопару. Но механизм именно этого прибора имеет свое охлаждение. Ведь корпус вокруг обмотан особенной нитью, и она шире чем у аналогов. А она в свою очередь позволяет газу в датчике циркулировать правильно и эффективно, и это позволяет лучше работать всему устройству конвекции в целом. А еще заметно быстрее дает показатели на шкале благодаря быстрому остыванию термопары.

Пьезорезистивные механизмы

датчик Тойота

На фото выше в материале представлен электронный датчик вакуума.

Благодаря независимости от качества и свойств газа они обеспечивают самые точные показатели. Прибор имеет универсальность в любом диапазоне частот давлений, потому что влияние последнего достигается непосредственным воздействием пьезорезистивного датчика. Диапазон измерения его от 0,1 мм. Датчик вакуума «Тойота», например, работает по такому же принципу.

Вакуумные датчики, основанные на ионизации

Принцип работы датчика вакуума этой модели описан ниже.

Любой газ, находящийся в вакууме, имеет по факту определенное количество ионов. Магнитное поле или электрический разряд, воздействуя на них, ускоряет их. А эта скорость, набранная ими, зависит от степени сжатия вакуума. По этому принципу и работают такие ионизационные вакуумметры.

В зависимости от модификации, вакуумметры используют самые разные и изощренные способы разгона ионов. Устройства эти предназначены обычно для измерений в высоком диапазоне вакуума. Так как они являются газозависимыми, и у каждого газа разная плотность, это влияет на скорость ионов.

Прибор, у которого всегда холодный катод

Это датчик, который создает электро-поле. Его магниты стоят так, чтобы движение ионов происходило по траектории спирали. Именно она дает этим частицам дольше «жить», а, значит, эффективнее работать. Из-за того, что этот самый катод всегда холодный, его показания на шкале более расплывчатые в отличие от аналогов этого устройства. Но при этом, гарантия этого самого прибора очень долгая, и он не часто ломается благодаря своим прочным деталям, которые не могут создавать трения друг об друга.

Производители

Первый производитель вакуумметров, представленный в этой статье — это «Мета-Хром». Это отечественная компания, выпускающая не только эти устройства, но и оборудование для хроматографии и измерительную технику. Эта российская компания вышла на рынок еще в 1994 году, и с этих времен она развивается и производит технику для вакуумной индустрии. Продукция ее поставляется не только по России, но и за рубеж. Предприятие Meta-Chrom выпускает всегда продукт высокого качества, ионизационные и термопарные вакуумметры без брака и работают без поломок. Это и подтверждают в 90% случаев положительные отзывы клиентов и покупателей продукции данного производителя.

Вторая компания, выпускающая вакуумметры, — это MKS Incorparated — предприятие из Соединенных Штатов Америки. Они основали свою компанию по продаже датчиков и других измерительных устройств намного раньше, чем их российские коллеги, аж в 1962 году. Но тогда они занимались этим очень поверхностно. А полностью, как производителя подобной техники, стала позиционировать себя лишь с 1998 года. Фирма MKS делает вакуумметры для своей страны, но также, как и наша отечественная компания, может пересылать свою продукцию в другие страны за небольшую доплату за пересылку.

Третий производитель, который представлен в статье — Ulvac Technologies. Это также Американский производитель по производству разных измерительных приборов, таких как датчик вакуума. Эта компания была основана в 1991. На их рынке всегда было представлено много цифровых вакуумметров, и другой продукции, которую они поставляют как по своей стране (Соединенные Штаты Америки), так и в другие страны мира.

Вывод

Датчик желтый

Датчик вакуума — очень сложная штука, с которой нужно научиться обращаться и правильно определять давление. В этой статье были показаны все виды этих датчиков, их всего около 10. Это очень важный предмет в багажнике автомобилистов и мастеров по ремонту машин.

Типы вакуумных датчиков давления и возможности их применения

Технологические процессы и операции, которые протекают в разряженном пространстве, должны контролироваться соответствующими измерительными приборами. Для измерения давления существуют специальные датчики, которые способны определить значение характеристики в определенном диапазоне. На сегодняшний день не существует датчика, который способен измерять давление в различных системах, поскольку вакуумное оборудование значительно отличается друг от друга по принципу действия, техническим характеристикам.

Навигация:

  1. Вакуумный датчик давления
  2. Датчики вакуумного насоса
  3. Вакуумный датчик Пирани
  4. Датчики вакуумной системы
  5. Термопарные датчики
  6. Ионизационные датчики
  7. Тензорезистоные датчики
  8. Конвекционные датчики
  9. Мембранно-емкостные датчики
  10. Где купить вакуумный датчик

Вакуумный датчик является составной частью измерительных приборов. Он является основным, так как осуществляет измерение давления, но датчик идет в составе вакуумметра.

Вакуумный датчик давления

Вакуумные датчики так же, как вакуумное оборудование, отличаются по принципу действия. Можно выделить три основных типа вакуумных датчиков:

  • деформационные;
  • тепловые;
  • ионизационные.

Деформационные датчики или датчики давления производят измерение силы воздействия газовой смести на чувствительную часть датчика. С их помощью можно производить изменение давления, которое охватывает диапазон от атмосферного до 1 мбар. Производители производят изготовление стрелочных, тензорезисторных, мембранно-емкостных датчиков, которые относятся к деформационному типу. Датчики этой категории способны измерять газы любого рода, поскольку для измерения необходимо наличие давления, которое не зависит от их свойств.

Тепловые датчики работают по другому принципу, в котором, в отличие от принципа работы деформационных датчиков, важно, какой газ используется в системе. Измерение происходит за счет качеств тепловой проводимости, изменяющейся при повышении или понижении уровня давления. Изготовители вакуумного оборудования производят изготовление термопарных, конвекционных, а также датчиков Пирани, работающих по этому принципу. Тепловые датчики эффективно измеряют давление, которое находится в диапазоне от атмосферного до 10-4 мбар. Ограничением по использованию является высокое содержание паров воды.

В ионизационных вакуумметрах используются датчики, которые имеют холодный катод или накаленный катод. Измерительный прибор данного типа производят ионизацию газа, которая позволяет измерять ионный ток. Как правило, датчики данного типа применяются для вакуумных систем, способных создать давление в системе в диапазоне от 10-2 до 5х10-12 мбар.

Тепловые и ионизационные вакуумметры имеют части, которые разогреваются в процессе работы. Именно поэтому производители запрещают их использовать при измерении давления в системах с взрывоопасными газами. Косвенное измерение давления ионизационных и тепловых датчиков приводят к большим погрешностям. Кром этого показатель давления может изменяться в зависимости от используемого газа.

Существуют так же широкодиапазонные измерительные приборы и датчики, которые способны измерять от атмосферного давления до 10-10 мбар. Они, как правило, составляются из датчиков различного типа и представляются собой единый прибор.

Для удобного измерения давления в вакуумной камере в широком диапазоне от атмосферы до

Датчики вакуумного насоса

Датчик вакуумного насоса позволяет производить измерение давления в конкретный момент времени насоса. Это позволяет точно рассчитывать возможности установки в системе. Принцип работы такого датчика отличается в зависимости от типа насоса. Существуют вакуумные насосы, которые самостоятельно создают низкий, средний, высокий и сверхвысокий вакуум. Проводить измерение параметров одинаковыми средствами нет смысла, поскольку они не дадут нужного результата.

Вакуумный датчик Пирани

В основе работы датчика Пиране лежит зависимость теплопередачи, которая изменяется при повышении или понижении давления. Тепло передается посредствам нити к трубке.Нагрев металлической нити происходит при пропускании электрического тока. Чтобы вычислить величину давления необходимо учитывать тепловой баланс протекающего процесса. Датчик Пирани оснащен резистивным измерителем температуры. Значение уровня температуры говорит о величине передаваемого тепла спирали и трубки. Снижение давления приводит к снижению теплопередачи, которая, в свою очередь, влияет на меньшую отдачу тепла от спирали.

Измеряя давления датчиком данного типа, необходимо учитывать тип газа. Различные разы имеют отличающуюся теплопроводность, которая значительно искажает показания. Калибровать устройство необходимо по воздуху.

Датчики вакуумной системы

Самыми распространенными датчиками для измерения давления в различных диапазонах являются:

  • термопарные;
  • ионизационные;
  • тензореристорные;
  • конвекционные;
  • мембранно-емкостные.

Термопарные датчики

Термопарные датчики используются в системах, которые способны работать с газами различного типа. Основным элементом датчика является нить накала, которая улавливает значение теплопроводности среды. Изменение давления приводит к тому, что различные газы начинают изменять свою теплопроводность. Измерение температуры происходит за счет термопары, которая имеется в датчике.

Ионизационные датчики

Ионизационные датчики, имеющие холодный катод, осуществляют ионизацию газа, которая происходит за счет разряда Пеннинга. Он, в свою очередь, возникает за счет напряжения происходящего между катодом и анодом. Ток, который возникает в ходе данного процесса, говорит о наличии в системе определенного давления. Датчики способны измерять давление в вакуумной системе в диапазоне 10-9 – 10-2 мбар.

Тензорезистоные датчики

В тензорезисторных датчиках имеется мембрана, которая разделяет датчик на два составных элемента. Один элемент подключен к камере, другой изолирован и используется на низких значениях давления. Измерение давления происходит за счет деформации мембраны, на которой находится тензорезистор. Он улавливает измнение сопротивления и передает на вакуумметр. Тензорезисторные датчики являются одними из самых точных и измеряют давление в широком диапазоне. Их можно исопользовать в вакуумной системе с давлением от 1 до 2000 мбар. Устройство данного типа применяемо с различными типами газов, поскольку не содержит нагревающихся элементов.

Конвекционные датчики

Конвекционные датчики значительно отличаются от других принципом теплопередачи. Благодаря своей конструкции, он отводит тепло за счет естественной конвекции. Это позволяет значительно увеличить скорость и теплового переноса. Как правило, производители создают их таким образом, чтобы обеспечивать вертикальное положение. В этом случае фланец находится внизу.

Мембранно-емкостные датчики

Принцип работы мембранно емкостного датчика достаточно прост. Диафрагма, имеющаяся в устройстве, регистрирует амплитуду прогиба при воздействии давления газа на входе. Давление мембранно емкостным датчиком осуществляется следующим образом: помещенная между пластинами диафрагма, во время вмещения в одну из сторон изменяет электрическую емкость, которая влияет на появление переменного тока, зависящего от величины давления.

Где купить вакуумный датчик

Вакуумные датчики реализуются различными производителями вакуумного оборудования. Самыми крупными проектами данной области в стране являются «Актан Вакуум» и «Росвакуум». Кроме этого широкий выбор инструментов проверки давления есть в компании «Интек Аналитика». Вышеперечисленные предприятия производят термопарные, ионизационные, тензорезисторные, конвекционные, мембранно-емкостные датчики.

Компания Intech осуществляет выпуск всех видов датчиков. При этом один тип датчика не ограничивается выбором одной установки. ООО «ЭРСТВАК» – это еще один представитель, выпускает вакуумные датчики различных типов. Компания Tako line выпускает широкий спектр вакуумного оборудования, среди которого есть измерительные приборы, типа датчиков, вакуумметров, течеискателей. Продукция данной компании отчается тем, что ее можно использовать в широком диапазоне. В состав одной установки может входить сразу несколько датчиков, которые обеспечивают возможность измерять низкий, средний и высокий вакуум.

Вакуумметр — Википедия

Вакуумме́тр (от вакуум + др.-греч. μετρεω «измеряю») — вакуумный манометр, прибор для измерения давления разрежённых газов.

Классические[править | править код]

Классические являются обычными манометрами (жидкостными либо анероидами) для измерения малых давлений. В жидкостных вакуумметрах в измерительном колене применяется масло с известной плотностью и с по возможности малым давлением пара с тем, чтобы не нарушать вакуум. Обычно жидкостные манометры изолируют от остальной вакуумной системы при помощи азотных ловушек — специальных устройств наполняемых жидким азотом и служащих для вымораживания паров рабочего вещества манометра. Область измеряемых давлений от 10 до 100000 Па.

Ёмкостные[править | править код]

Ёмкостные основаны на изменении ёмкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками. Одна из обкладок конденсатора выполняется в виде гибкой мембраны. При изменении давления мембрана изгибается и меняет ёмкость конденсатора, которую можно измерить. После градуировки возможно использовать прибор для измерения давлений. Область измеряемых давлений от 1 до 1000 Па.

Терморезисторные[править | править код]

Терморезисторные работают в мостовой схеме, стремящейся поддерживать постоянное сопротивление (а значит температуру) терморезистора, открытого измеряемому давлению. Чем выше давление газа, тем большую мощность нужно подводить к терморезистору для поддержания неизменной температуры. Соответственно, между давлением и напряжением на датчике (током через него) имеется однозначная зависимость. Если терморезистором является платиновая нить, то такой датчик называется манометром Пирани. Примером могут служить отечественные датчики ПМТ-6-3. Терморезисторные манометры применяются для измерения давлений от 10−3 до 760 и более Torr

Термопарные[править | править код]

Принцип действия основан на охлаждении за счёт теплопроводности. Термопара находится в контакте с нагреваемым проводом. Чем лучше вакуум, тем меньше теплопроводность газа, и следовательно выше температура проводника (теплопроводность разрежённого газа прямо пропорциональна его давлению). Проградуировав подключенный к термопаре милливольтметр при известных давлениях можно использовать измеряемое значение температуры для определения давления. К термопарным относятся, например, отечественные датчики ПМТ-2 и ПМТ-4М. Область измеряемых давлений от 10−3 до 10 Torr

Ионизационные[править | править код]

Пеннинговская вакуумметр, открытый

Принцип действия основан на ионизации газа. По сути, представляют собой вакуумный диод, на анод которого подано положительное, а на дополнительный электрод, называемый коллектором, большое отрицательное напряжение. При понижении давления газа уменьшается число атомов, способных подвергнуться ионизации, и соответственно ионизационный ток (ток коллектора), текущий между электродами при данном напряжении. Область измеряемых давлений от 10−12 до 10−1Torr. Подразделяются на вакуумметры с холодным катодом (Пеннинга и магнетронные) и с накаливаемым катодом. К последним относится датчик ЛМ-2 с постоянной 105мкА/мм.рт.ст.

Альфатрон[править | править код]

Разновидность ионизационного вакуумметра. Отличается от последнего тем, что для ионизации используются не электроны, а альфа-частицы, испускаемые источником (порядка 0,1-1мКюри) на радии или плутонии. Альфатроны проще, надежнее, и точнее вакуумметров с катодом, но из-за низкой чувствительности, требующей очень сложной схемы измерения сверхмалых токов, не могут их заменить. Обычно используются в том же диапазоне давлений, что и термопарные (терморезисторные) вакуумметры.

Напрямую следует из его типа, поскольку назначение у этих приборов одно и то же, а вот точность и предел измерений достаточно сильно отличаются. Так механическими, можно измерять разрежение до 100 Па (1 Па = 10−5 Бар), жидкостными – до 0,1 Па, тепловыми – до 0,001 Па, а компрессионными – до 0,001 Па (для примера, ионизационные вакуумметры способны измерить разрежение до 10−8 Па, и это не предел).

Есть всего два основных элемента: один из них преобразует в электрический сигнал любые изменения состояния чувствительного элемента, другой — оценивает этот сигнал, пересчитывает в единицы давления, и информирует пользователя прибором о степени разрежения на контролируемом участке технологической линии или отдельного механизма. С механическими (анероидами) еще проще: ввернул — и считывай показания по стрелке (поскольку оба элемента объединены в одном корпусе прибора)

Измерительный блок вакуумметра – часть вакуумметра, предназначенная для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, и содержащая блок питания и все электрические цепи, необходимые для работы вакуумметра. В настоящее время среди ведущих мировых производителей вакуумного измерительного оборудования наблюдается тенденция объединения в одном компактном корпусе измерительного блока и преобразователя давления, вакуумметры имеющие такую конструкцию получили название компактные моноблочные вакуумметры. 

Отсчетное устройство вакуумметра – часть измерительного блок вакуумметра, предназначенная для отсчитывания значения измеряемой величины. Как правило в современных вакуумметрах отсчетное устройство представляет собой жидкокристаллический дисплей. 

Блок управления

Область применения вакуумметров достаточно широка: они используются и в промышленности, и в быту — везде, где нужно знать и регулировать давление: для контроля работы вакуумных насосов, степени разрежения в маслопроводах или технологических полостях, в лабораторных исследованиях, для обслуживания кондиционеров, в автосервисах — для измерения давления во впускном коллекторе. Термопарный и ионизационный вакууметры широко применяются в промышленности и экспериментах, так как являются массовыми, хорошо повторяемыми приборами. Практически все выполняются в виде электронных ламп со стеклянным отростком, соединяющимся с исследуемым объёмом с помощью шланга или припаивания.

  • Лиофилизация
  • Химическое производство
  • Системы молекулярной перегонки
  • Обслуживание вакуумных насосов
  • Анализаторы, спектрометрия
  • Вакуумирование и заправка систем охлаждения
  • Вакуумная упаковка
  • Вакуумная теплоизоляция, двустенные сосуды и трубопроводы
  • Изготовление полупроводниковых и электронных компонентов
  • Контроль качества

Вакуумметр – виды вакуумметров и принцип их работы. Вакуумметры Бурдона, компрессионные, механические, мембранные вакуумметры

Этот прибор ещё называют вакуумным манометром, он служит для измерения уровня давления вакуума и газов, находящихся в вакуумной среде. Впервые, вакуумметры понадобились после мирового признания о существовании вакуума. Начало вакуумных измерений было положено венецианским изобретателем Леонардо Да Винчи. Он создал пьезометрическую трубу, с помощью которой смог измерить давление водопроводной трубе. Но более предусмотрительней был его коллега Эванджелиста Торричелли, который запатентовал вакуумметр для измерения давления жидкостей и их движения в 1643 году. В U-образном вакуумметре главным элементом является ртуть, но из-за ограничения её количества в приборной трубке, определить давление ниже 10 Па невозможно.

Навигация:

  1. Виды вакуумметров и вакуумных датчиков
  2. Механические вакуумметры
  3. Вакуумметр (трубка) Бурдона
  4. U-образный гидростатический вакуумметр
  5. Компрессионный вакуумметр
  6. Механический деформационный вакуумметр
  7. Мембранный вакуумметр
  8. Тепловые вакуумметры
  9. Термопарный датчик
  10. Вакуумный датчик Пирани
  11. Конвекционный датчик
  12. Пьезорезистивные датчики
  13. Ионизационные вакуумные датчики
  14. Датчик с холодным катодом
  15. Вакуумметр Байард-Альперта
  16. Производители вакуумметров

Вакуумметры

Виды вакуумметров и вакуумных датчиков

Ввиду того что газ бывает парциальным, многокомпонентным или однородным, применяются разные типы вакуумметров. Ими можно мерить как абсолютное давление в вакууме, так и разность давления внутри системы с атмосферным. А также имеет значение, где именно будет происходить снятие показаний, точечно или обобщенно.

Механические вакуумметры

Вакуумметр (трубка) Бурдона

Это механический прибор, не использующий источники питания, который способен определить уровень избыточного давления в диапазоне от 0,5 до 7500 бар. Механизм устройства заключается в кольце из трубки с овальным сечением, которая изогнута под углом 250о. Эта трубка находится в желобе и её концы никак не закреплены, что позволяет избыточному давлению в процессе измерений давить на внутренние стенки трубки, приводя её в движение. Трубочка синхронно связана со стрелочным механизмом, который и выводит точные показания на шкалу прибора. В классическом исполнении трубка Бурдона может измерить давление до 60 бар, а для более высоких показателей устройство оснащают дополнительными спиральными витками на трубке. Таким образом, прибор становится менее чувствительным к малому уровню давления, что позволяет проводить измерения при избытке в 7000 бар.

Для использования вакуумметра в агрессивной среде, его корпус обеспечивают гидрозаполнением. Жидкость смазывает все механизмы и предотвращает коррозийные процессы. В качестве предохранителя от разрыва трубки Бурдона, его корпус оснащают выдуваемой задней стенкой для сброса избыточного давления, которое превышает максимальное значение измерительной шкалы.

Трубка Бурдона

U-образный гидростатический вакуумметр

Выдаёт показания по воздействию избыточного давления на жидкость внутри трубки. Давление на разных концах такой трубки отличается, и стрелка прибора показывает разницу между ними. В современных системах такие приборы практически не используются, причиной тому стал маленький диапазон измерений.

Компрессионный вакуумметр

Это усовершенствованный U-образный манометр. Для увеличения возможностей прибора, перед измерением жидкость внутри трубки сжимается под давлением, и устройство может показывать более высокий уровень давления. Применяется в основном как калибровочный прибор.

Компрессионный вакуумметр

Механический деформационный вакуумметр

Манометр предназначен для измерений среды низкого вакуума. Под действием давления, специальная пружина, расположенная внутри механизма, сжимается и деформирует рабочий сенсор, который передаёт свою нагрузку стрелочному механизму со шкалой показаний.

Деформационный вакуумметр

Мембранный вакуумметр

Самый бюджетный вариант среди механических манометров. На мембрану давит вакуум, а она в свою очередь давит на сенсор. Такие приборы являются газонезависимыми, и могут снимать показания в любой газовой смеси.

Мембранный вакуумметр

Тепловые вакуумметры

Такие приборы считаются самыми востребованными для снятия показаний в средних и низких вакуумах. В них сочетаются приемлемые показатели и доступная цена. Пользоваться такими устройствами можно только для измерений в абсолютном вакууме. Принцип действия заключается в реакции вакуумметра на изменение теплопроводимости газа при смене давления. Тепловые вакуумметры разнятся в зависимости от типа газа, и могут считывать только определённые смеси. Самыми распространёнными модификациями являются термопарные вакуумные датчики, датчики Пирани и конвекционные датчики.

Термопарный датчик

Температура в вакууме влияет на нагрев термопары внутри механизма, что провоцирует изменение напряжения на концах термопары. Передача тепла от нагревательного датчика к его концам происходит за счёт давления, которое создаётся вокруг термопары. Чем давление выше, тем больше напряжение. Такие вакуумметры самые бюджетные среди аналогичных устройств для измерения среднего и низкого вакуума.

Термопарный датчик

Вакуумный датчик Пирани

Принцип действия датчика Пирани схож с работой термопарного датчика. Он тоже использует нить накала для перевода тепловой энергии в напряжение. Но такой датчик намного точнее, за счёт впаянной в механизм электрической схемы.

Вакуумный датчик Пирани

Конвекционный датчик

Также как и вышеописанные тепловые вакуумметры используют термопару, но механизм имеет конвекционный способ охлаждения. Корпус вокруг нити накала шире, чем у других датчиков, что позволяет газу циркулировать и эффективнее охлаждать всю систему. Чем быстрее остывает термопара, тем точнее показания уровня разряженного давления.

Конвекционный датчик

Пьезорезистивные датчики

Благодаря тому, что эти датчики являются газонезависимыми, они дают очень точные показатели. Универсальность измерения в любой среде достигается непосредственным влиянием давления на сам пьезорезистивный датчик. Диапазон измерения датчика достигает 1 мм рт. ст. (некоторые модели могут считывать показания до 0,1 торр).

Пьезорезистивные датчики

Ионизационные вакуумные датчики

Любой газ, который находится в вакууме, имеет определённое количество ионов. Под воздействием магнитного поля, электрического разряда или катодного влияния, эти ионы набирают скорость, а эта скорость зависит от степени сжатия вакуума. По такому принципу работают ионизационные вакуумметры. В зависимости от модификации, они используют разные способы разгона молекул ионов. Устройства предназначены для измерений в высоком вакууме, но являются газозависимыми, так как у каждого газа разная плотность, что влияет на скорость перемещения ионов при одном и том же воздействии вакуумметра. Основные разновидности таких аппаратов разделяются на датчик вакуумный Байард-Альперта и вакуумметр с холодным катодом.

Датчик с холодным катодом

Это магниторазрядный датчик, который создаёт мощное электрическое поле. Магниты расположены таким образом, чтобы движение ионов было спиральным. Такая структура продлевает жизнь заряженных частиц, что увеличивает их ионизационную способность. Из-за того, что рабочий катод постоянно холодный, показания вакуумметра немного расплывчатей, нежели у пьезорезистивных датчиков. Зато срок службы подобных устройств очень велик, так как весь механизм вакуумметра не имеет трений своих деталей и не нагревается.

Датчик с холодным катодом

Вакуумметр Байард-Альперта

Датчик имеет нить накала, которая использует термоэлектрическую эмиссию. Эта эмиссия создаёт поток электронов, ионизирующих атомы измерительных газов. В результате создаётся ток, сила которого пропорциональна уровню вакуума. Прибор считывает эту силу и преобразовывает в показатель давления.

Вакуумметр Байард-Альперта

Производители вакуумметров

  1. Meta-Chrom (Мета-Хром)

Российский производитель вспомогательных устройств для вакуумных установок, оборудования для хроматографии и измерительной техники. Компания вышла на отечественный рынок в 1995 году и с тех пор активно развивается в вакуумной индустрии. Предприятие выпускает ионизационные и термопарные вакуумметры высокого качества (это подтверждают положительные отзывы клиентов на официальном сайте производителя).

  1. MKS Instruments, Inc

Выходцы из США, которые основали свой бизнес ещё в далёком 1963 году. Но вплотную, выпуском измерительных устройств для вакуумных систем компания занялась в 1999 году. Производитель изготавливает вакуумметры практически для всех отраслей промышленности, что придало популярности во всех странах мира.

  1. ULVAC Technologies, Inc

Американский производитель вакуумной техники и измерительных приборов для неё. Компания была основана в 1992 году. На отечественном рынке широко представлены цифровые вакуумметры данного производителя, а также вакуумные насосы и запорная арматура.

Вакуумные датчики используемые на установках

Вакуумные датчики измеряют показания давления в диапазоне от атмосферного давления до более низкого давления, приближающегося к абсолютному нулю. Некоторые датчики читают полный диапазон давлений с низким разрешением, а другие могут читать только часть диапазона, но с  лучшим разрешением.

Существует три типа вакуумных датчиков, которые отличаются методом работы:

В этой статье мы будем рассматривать только теплопроводные и ионизационные датчики, потому что механические вакуумметры обычно не используются в вакуумных камерах

Датчик Пеннинга с холодным катодом

Типичный вакуумметр состоит из чувствительного сенсора и вакуумметра (показометра) (рис.1). Он снабжен силовым кабелем питания (220 В) на показометр и электрическим кабелем для подачи питания на измерительный сенсор, а также для передачи сигнала от измерительной головки. Датчики обычно монтируются сверху. Это необходимо для правильного считывания, а также для предотвращения попадания мусора в сенсор.

В вакуумных системах часто используется вакуумметр Пеннинга с холодным катодом, который работает в диапазоне от 10 -2 мм рт.ст. до 10 -9 Торр. Он оборудован прочной трубкой из нержавеющей стали и может быть демонтирован и очищен, если он загрязнен.

Емкостной вакуумметр

В последние годы  в результате кропотливой работы диапазон измерений емкостных вакууметров (рис.3), было улучшен до 10 -5Торр. Это улучшение позволяет использовать их в процессах с высоким вакуумом, потому что их датчики устойчивы к коррозии и также являются наиболее точными вакуумными измерителями.

Для измерения давления форвакуумного насоса  есть несколько возможных  вариантов: 

Термопарный вакуумметр

Ранние вакуумные датчики

Ранние конструкции вакуумных датчиков использовали коаксиальный кабель для подключения сенсора к показометру, поскольку сигнал с сенсора был небольшим (в миллиамперах, либо милливольтах). Коаксиальные кабели имеют слой перекрещивающихся тонких медных проводов, вокруг центрального провода или проводов, чтобы уменьшить потери сигнала. Эти кабели часто использовали различные разъемы, чтобы гарантировать, что конкретный сенсор не сможет быть подключен к другому показометру (рис.5). Электрические схемы в считывающем устройстве были совместимы только с сигналом своего датчика.

 Датчик Пеннинга с коаксиальным кабелем

Современные вакуумметры

Аналоговое отображение вакуума

В восьмидесятые годы, когда твердотельная электроника стала распространённой, произошло существенное изменение технологии в разработке вакуумных датчиков. Относительно большие печатные платы, используемые для усиления сигнала с сенсора, стали значительно меньше с использованием технологии поверхностного монтажа. Эта миниатюризация позволила монтировать схему преобразования сигнала прямо в корпусе датчика, а не в показометре (рис.7). Когда начинается считывание давления, сигнал усиливается прямо на сенсоре. Это делает вакуумный датчик автономным преобразователем. Большему не нужно использовать дорогой коаксиальный кабель, так как потеря сигнала незначительна. Современные «активные» датчики, как известно, используют недорогой телефонный провод и обычно разъемы RJ-45 (рис. 8).

Бонус такого подхода считывания сигнала заключается в том, что сигнал можно снимать  непосредственно компьютером, а показометр (вторичный  прибор) от производителя можно не использовать. Компьютер может быть запрограммирован на то, чтобы связать любое напряжение в сигнале от 0 до 10 вольт до эквивалентного давления, а затем отобразить его на экране. Пользователи простых или небольших систем по-прежнему могут купить показометр, и он может показывать давления от одного или нескольких типов сенсоров в зависимости от производителя и модели.

Микроэлектроника на датчике Пирани

Одновременно с изменением электроники стали использоваться цифровые индикаторы (рис.9). На цифровом дисплее отображается показание давления, указывается декада давления, название используемого вакуумного блока.

Один из недостатков использования телефонного кабелей для различных типов измерительных головок вместо коаксиального кабеля для каждого типа сенсора заключается в том, что теперь система не знает, какой тип сенсора подключается к ней. Напряжение от каждого типа вакуумного датчика будет относиться к разному давлению в зависимости от измеряемого диапазона давления и формы кривой напряжения/давления для этого сенсора. Система должна знать, какую таблицу значений надо выбрать в соответствии с сигналом измерительной головки. Чтобы справиться с этой проблемой, в вакуумных измерителях,  напряжение от 0 до 2 вольт используется для определения конкретного типа датчика, подключенного к системе управления. Каждый тип измерительной головки имеет специальный сигнал напряжения, который позволяет элементам управления идентифицировать его. Когда вакуумметр подключен, сигнал посылается из блока управления в датчик, чтобы определить его тип. Как только датчик идентифицирован, система управления выбирает правильную таблицу для него. Более поздние улучшения в электронных вакуумметрах линеаризуют кривые напряжения / давления «s» для упрощения таблиц поиска. Это дает сигнал напряжения прямо пропорционально давлению. Некоторые датчика имеют цифровой считыватель, установленный прямо на головке. Это может быть полезно для небольших лабораторных вакуумных систем, но менее полезно для больших систем с центральными панелями управления.

Вакуумметр для откачки высоковакуумного насоса

Первый этап цикла откачки вакуумной системы, как правило, заключается в предварительной откачке высоковакуумного турбомолекулярного насоса до давления старта, при котором насос сможет включиться. Для контроля этого давления в трубопроводе рядом с выхлопным соединением насоса  должен быть смонтирован низковакуумный вакуумметр. Этот трубопровод называется линией форвакуумного насоса. Датчики, используемые в данном месте, имеют диапазон измерений от 20 Торр до 1 × 10 -3 Торр в зависимости от производителя и модели. Позже в технологическом цикле вакуумной камеры, когда высоковакуумный насос работает и откачка перешла в высоковакуумную, этот датчик используется для контроля давления насоса. 

Вакуумметр предварительной откачки камеры

Конвекционный вакуумметр

Второй вакуумный датчик представляет собой тип термопарный, Пирани либо конвекционный (рис.10) и смонтирован в вакуумной камере для измерения давления, достигнутого во время «форвакуумной» фазы откачки cпиральным насосом. Это часто является вторым этапом откачки, когда механические насосы подключаются непосредственно к камере через форвакуумную линию.

Высоковакуумный датчик  камеры

Третий датчик устанавливают на вакуумную камеру, обычно это ионизационный или емкостной вакуумметр для измерения высокого вакуума, необходимого для конкретного процесса. Положение сенсоров в вакуумных камерах зависит от того, что установлено внутри камеры. Для процессов, проходящих в вакууме необходимо знать давление, при котором происходит процесс, обычно в середине камеры. Сенсор, однако, смонтирован около стенки камеры и может измерять вакуум только внутри собственной оболочки. Поэтому должен быть определён коэффициент для вычисления  вакуума в центре камеры. Этот коэффициент  вычисляется  методом проб и ошибок во время откачки камеры, а также используется опыт производителя по предыдущим системам.

Принцип работы и сферы применения вакуумметра

Для измерения давления пара или разреженного газа используются специальные приборы — вакуумметры. Они применяются как в быту, так и в промышленности для определения степени разряженности технологических полостей и маслопроводов, контроля функционирования вакуумных насосов, при обслуживании кондиционеров, в автомобильном сервисе.

Что такое вакуумметр

Вакуумный манометр – это аппарат для измерения давления разреженных газов. Он состоит из двух основных элементов. Первый предназначен для преобразования определенных состояний датчика в электрические сигналы, второй – для перевода этих сигналов в цифровую величину, понятную пользователю.

Измерительный блок состоит из блока питания, электрических цепей и узла, который трансформирует и отображает информацию. В современных вакуумметрах прослеживается тенденция к объединению преобразователя давления и измерительного механизма в одном эргономичном корпусе. Такие приборы относятся к моноблочному вакуумному измерительному оборудованию. Показатели давления отображаются на жидкокристаллическом дисплее или циферблате. Стрелочные вакуумметры для измерений в низком вакууме представлены на сайте www.msht.ru. Это точные приборы от известного немецкого производителя вакуумно-компрессорного оборудования. Техника предназначена для промышленных и лабораторных нужд.

Принцип действия

Под давлением понимают воздействие газовых частиц на конкретную площадь. В тех или иных отраслях промышленности, а также научных исследованиях произвести измерения прямым методом невозможно из-за очень малых величин давления.

Существуют так называемые высокий и сверхвысокий вакуум, где частицы газа имеют большой свободный пробег. В этом случае, давление определяется при помощи ионизации, когда заряженные частички электрическим полем направляются на электроды. Тот или иной показатель величины тока является количественной характеристикой давления.

Существуют приборы для измерения относительного и абсолютного давления. По принципу действия они также подразделяются на тепловые, пьезорезистивные и ионизационные.

Тепловые вакуумметры являются самыми распространенными. С их помощью производятся измерения в низком и среднем вакууме. Приборы имеют приемлемую точность и отличаются невысокой стоимостью. Принцип действия теплового вакуумметра заключается в измерении разности первоначальной и конечной теплопроводности газа.

Пьезорезистивные вакуумные измерители имеют более высокую (в сравнении с тепловыми) точность. Такие вакуумметры позволяют производить замеры в диапазоне от 1 атмосферы до 1 мм ртутного столба. В более точных моделях – до 0,1 мм. рт. ст.

Ионизационные вакуумметры предназначены для измерения давления в высоком вакууме. Для этого атомы сильно разреженного газа предварительно ионизируются, для чего используются мощные электромагнитные или электрические поля. После этого измеряется ток. Для ионизации иногда используются СВЧ-излучение и радиоактивные вещества.

Самыми распространенными видами вакуумметров, представленных на рынке, являются магниторазрядный и высоковакуумный. Первый работает по принципу ионизации атомов ускоренными электронами, движущимися по спирали, что существенно увеличивает их жизненный цикл, соответственно – ионизационную способность. Вакуумметры с холодным катодом отличаются высокой надежностью и способны выдавать точные результаты на протяжении многих лет.

Высоковакуумные датчики с нитью накала для образования потока электронов используют принцип термоэлектронной эмиссии. Электроны ионизируют атомы, которые в свою очередь приводят к появлению электрического тока. Его значение прямо пропорционально величине давления газа. Величина тока регистрируется, после чего происходит пересчет в давление.

Применение вакуумметра

Прибор имеет широкую сферу применения. Например, в промышленности вакуумные датчики используются для контроля вентиляции помещений, выбросов в атмосферу продуктов производства, контроля многих технологических процессов, связанных с давлением.

Такая техника необходима для предприятий химической и пищевой промышленности, производства фармацевтических средств. Без вакуумметра невозможно проведение определенных работ в специализированных лабораториях и учреждениях тепло-водоснабжения.

Помимо традиционных приборов, существуют так называемые мановакуумметры, предназначенные для одновременного измерения избыточного давления (манометрического) и давления разреженного газа (вакуумметрического). Этот комбинированный прибор с успехом применяется в пищевой промышленности. Его корпус и внутренняя начинка изготовлены из нержавеющей стали (защита от коррозии), что позволяет ему работать в среде с повышенной влажностью.

Автор публикации

0 Комментарии: 1Публикации: 2208Регистрация: 27-12-2015

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *