Вакуумметр (вакуумный датчик давления) – измерительный прибор, которым осуществляется индикация разрежения вакуумной системы и контроль за работой оборудования. Результат измерений выводится на экран, стрелочную графу или синхронизированный с ним персональный компьютер. Показания считывается на базе сведений, получаемых с вакуумных датчиков, установленных внутри трубопровода или рабочего объёма устройства. На вопрос, что измеряет вакуумметр, следует однозначный ответ – текущее значение вакуума внутри вакуумной системы, трубопровода.
Содержание:
- Особенности конструкции
- Классификация измерительного оборудования
- Механические устройства
- Вакуумметры, работающие по тепловому принципу
- Ионизационная группа
Особенности конструкции
Условно устройство прибора для измерения уровня давления вакуума состоит из нескольких элементов:
- Чувствительного измерительного элемента;
- Анализатора полученных сведений;
- Цифрового или стрелочного экрана, отображающего текущую информацию.
Особенности конструкции
В качестве более точного примера представлена структурная схема ионизационно-термопарного вакуумметра ВИТ-2, состоящего из:
- Измерительного блока;
- Блока питания;
- Стабилизатора тока эмиссии;
- Силового трансформатора;
- Стрелочного индикатора;
- Усилителя У-3 и электрометрического каскада Э-3;
- Блоков питания С-1 и М-5;
- Блока питания С-2;
- Потенциометра самопишущего;
Преобразователь манометрический ионизационный, в свою очередь, состоит из:
- Положительно заряженного коллектора;
- Положительно заряженного анода;
- Эмитирующего катода;
- Вольфрамового накала.
Классификация измерительного оборудования
Значение предела измерений не может быть единым для всех типов манометров-вакуумметров ввиду того, что они отличаются, как принципом работы, так и конструкцией. По этому признаку деление происходит следующим образом.
| К какому типу относится вакуумметр | Максимальное значение разрежения, Па |
| К механическому | 100 |
| К жидкостному | 0,1 |
| К тепловому | 0,001 |
| К компрессионному | 0,001 |
По типу устройства вакуумметры могут быть:
- Жидкостными;
- Механическими;
- Тепловыми;
- Компрессионными;
- Ионизационными;
- Магнитными;
- Вязкостными;
- Электроразрядными;
- Радиометрическими.
Классификация
Механические устройства
К группе, работающей по механическому типу относят стрелочные вакуумметры следующего типа:
- Гидростатические (жидкостные) – измеряющие степень давления на поверхности жидкости, закачанной в U-образную трубку. На сегодняшний момент такие устройства применяются крайне редко и присутствуют только в старых вакуумных системах;
- Компрессионные – относятся к гидростатической группе, в которой, для расширения измеряемых диапазонов, рабочая жидкость создаёт предварительное сжатие. Относительно регулярной эксплуатации такие приборы весьма неудобны, тем не менее, из-за высокой точности отражаемых показаний, часто используются в качестве калибровочных (образцовых) для максимально точной проверки давления.
- Деформационные – работают также по механическому принципу, предназначены для считывания показаний в установках с низкой степенью вакуума. Принцип работы построен на анализе деформационной реакции рабочих сенсоров, представленных пружиной или мембраной (в зависимости от модификации);
- Пружинные или мембранные – относятся к самым недорогим вакуумметрам, предназначенных для измерения низкой степени вакуума. В большинстве случаев отображают текущую информацию в виде стрелочной индикации. Также относятся к газонезависимым, показания которых не реагируют на тип газообразного вещества, находящегося в рабочей среде;
- Ёмкостные диафрагменные вакуумметры относятся к группе мембранных приборов, но отличаются большей точностью и высокой ценой. Конструкция прибора основана на изгибаемой мембране, устроенной, как обложка конденсатора, объём которого может изменяться в зависимости от разности расстояний между обложками (изгибаемая и неподвижная вторая). С учётом сильного изменения ёмкости, происходящем после изгиба диафрагмы (изменяющимся расстоянии между оболочкой конденсатора) и протекает измерение текущего давления. Вакуумметр этого типа относятся к образцовым, так как точность отображения показаний характеризуется десятыми, или сотыми процента от показываемых величин. Также, как и прототип относятся к газонезависимым. Основным недостатком является высокая стоимость и небольшая величина рабочего диапазона, находящуюся в районе 1000-0,1 Торр.
Деформационные
Ярким примером устройства простого вакуумметра является конструкция вакуумметров серии «ТВ» от производителя «Росма».
Вакуумметры, работающие по тепловому принципу
Измерительная техника, работающая по тепловому принципу, относятся к наиболее популярной ввиду небольшой цены и относительной точности отображаемых результатов. Принцип действия построен на считывании характеристик изменяющегося значения теплопроводности газов при одновременном изменении давления. Входят в число устройств газозависимого типа, так как отображаемое разрежение непосредственно зависит от типа газообразных веществ, имеющих разные показания теплопроводности в одной и той-же степени разрежения.
К наиболее распространённым вакуумметрам, работающим по тепловому принципу, относят:
- Термопарные – используются в установках с низким и средним вакуумом. Цикл измерений осуществляется с учётом напряжения на конце термопар, зависящих от степени нагрева термопары, зависящей от окружающего её разрежения. Считывание показаний происходит с учётом того, что при большем давлении происходит отвод тепловой энергии, что в результате сказывается на температуре термопары;
- Терморезисторные (вакуумметры Пирани) – анализирует значение нагревательной нити сравнивая её с давлением окружающего газообразного вещества. В сравнении с термопарными устройствами, наличие мостовой электронной схемы, гарантирует максимальную точность результатов измерения;
- Конвекционные получили своё название из-за того, что работают с учётом переноса тепла посредством смешивания газов (конвекции). Отличаются большим объёмом, которое имеет пространство вокруг нагревательной нити, за счёт чего достигается организация газовых потоков и происходит более эффективной охлаждение, повышающее точность отображаемых сведений.
Терморезисторные (вакуумметры Пирани)
В качестве примера вакуумметра, работающего по этому принципу можно привести устройство «Мирадат ВИТ19ИТ2» и терморезисторного «ВТ-3».
Ионизационная группа
Ионизационные вакуумметры используются для вакуумного оборудования, работающего с высоким значением вакуума в сильно разреженной рабочей среде. Осуществляется это за счёт считывания изменяющегося электротока, создающегося благодаря предварительно ионизированных атомов газов. Ионизация может осуществляться сильным электрическим или электромагнитным полем, создаваемым внутри вакуумных датчиков. Чем меньше его размер, тем выше и более энергичными будут вновь образованные электроны, проникающие в объём датчика.
Также ионизация может происходить за счёт энергии, получаемой от радиоактивных веществ, представленных внешними источниками излучения. В большинстве случаев это достигается воздействием потоков элементарных единиц или СВЧ-излучением.
К наиболее популярным агрегатам данной конфигурации относят:
- Магниторазрядные, предназначенные для измерения высоковакуумных систем и оборудования. Их принцип действия построен на атомах газа, ионизированных за счёт сильного электрического поля. Вспомогательный процесс ионизации осуществляется ускоряющимися электронами, разгон которых происходит под воздействием магнитного поля. Спиральное движение частиц положительно сказывается на продолжении их жизни и, соответственно ионизационной способности. Ключевое преимущество высоковакуумного датчика с холодным катодом отражено на высокой надёжности. Недостатком является меньшая точность измерительных показаний, при сравнении с высоковакуумными датчиками, принцип работы которых построен на горче катодной технологии;
- Высоковакуумные датчики с нитью накаливания работают по принципу термо-электроконтактных эмиссий посредством образования движущихся потоков электронов, в которых осуществляется процесс ионизации газовых атомов. В результате этого взаимодействия образуется электрическое напряжение частиц, передающееся на ионизированные атомы. Показатель значения последнего при этом складывается пропорционально разрежению газов. Степень напряжения в структуре положительно заряженных частиц считывается, проходит цикл обработки и выводится в значении, показывающем давление внутри трубопровода (системы).
Ионизационные вакуумметры