Вакуумметры – это устройства, которые измеряют относительное давление вакуума, используют подходы, начиная от механического отклонения до измерения слабых электрических токов, вызванных молекулами ионизированного газа. Различные типы датчиков измеряют различные диапазоны давления. Когда давление падает почти до идеального вакуума, более чувствительные датчики измеряют небольшие изменения.
Наиболее распространенный вакуумметр в домашней мастерской измеряет изменения давления воздуха в коллекторе двигателя, когда поршни втягивают воздух в камеры сгорания.
Что вакуумметр измеряет
Что вакуумметр измеряет
Вакуумметры — это устройства для измерения вакуума или давления ниже атмосферного. Вакуум — это пространство, в котором давление газа низкое по сравнению с атмосферным давлением. Мера вакуума связана с давлением. Вакуумметры и приборы используются вместе с вакуумными датчиками для контроля и контроля давления вакуума в системе.
Ионизационный вакуумметр с горячим катодом
Термическая эмиссия — это самый простой способ образования электронов, необходимых для ионизации. Катод (филамент) накаляется высоким электрическим током. При повышенной температуре электроны отрываются от атомов, ускорятся электрическим полем и используются для ионизации газа. Кроме филамента, вакуумметр с горячим катодом обычно состоит ещё из решеткообразного цилиндрического анода и ионной ловушки. Филамент и аноды находятся на различных положительных потенциалах, коллектор на массе . Величиной измерения датчика горячего катода является разрядный ток, который возникает при выходе положительно заряженных частиц с коллектора. Сам катод/филамент – используется исключительно для образования электронов. Датчик Байард-Альперта считается самым распространённым типом датчиков с горячим катодом.
Принцип работы и типы вакуумметров
Учитывая широкий диапазон давлений, возникающих при работе процессов в вакуумных печах (ошеломляющие 9 порядков величины), ни один манометр не подходит для всего диапазона возможных уровней вакуума. Как и в случае вакуумных насосов, для правильного охвата всего рабочего диапазона с необходимой точностью и точностью необходимы несколько датчиков.
Принцип работы и типы вакуумметров
Разные типы вакуумметров по-разному работают – в зависимости от используемых датчиков. Рассмотрим принципы действия механических, электронных, тепловых и ионных датчиков манометр-вакуумметров. Также упомянем автомобильные вакуумметры.
- Механические датчики
Этот подход к измерению вакуума использует изогнутую металлическую трубку, соединенную с источником вакуума. Когда давление в трубке падает, наконечник сгибается и перемещает волосок. Изменение натяжения пружины смещает иглу вдоль грани калиброванного циферблата.
Другие механические датчики используют герметичную воздушную камеру, отделенную от источника вакуума диафрагмой. Когда давление падает, диафрагма расширяется. Механическая система преобразует движение диафрагмы в показание циферблата.
Механические вакуумметры также могут соединять циферблатные дисплеи с герметичными капсулами, которые расширяются при падении давления в окружающей камере.
- Электрические датчики
Используя ту же систему герметичной камеры и движущейся диафрагмы, электрические датчики преобразуют движение диафрагмы в изменения емкости или индуктивности, отображаемые на аналоговых или цифровых показаниях. Электрическая пластина, прикрепленная к диафрагме и расположенная параллельно неподвижной пластине, образует простой конденсатор, который накапливает электрический заряд в открытом пространстве между ними.
Когда изменения давления воздуха перемещают пластину диафрагмы, емкость изменяется. Катушки, расположенные аналогичным образом, изменяют индуктивность при изменении расстояния между ними, что приводит к различию напряжения, которое можно прочитать. Калибровка требует сравнения с уже известным показателем точности.
- Тепловые и ионные измерители
Тепловые или ионные датчики измеряют наименьшие изменения давления в самом низком из вакуума. Тепловые датчики обнаруживают изменения в способности газа рассеивать тепло. Когда давление падает, газ проводит тепло менее эффективно. Когда медный провод нагревается, его электрическое сопротивление возрастает, поэтому изменения сопротивления, когда подводимая мощность остается постоянной, обнаруживают незначительные изменения давления воздуха.
Ионные детекторы измеряют еще меньшие давления, используя заряженные пластины, чтобы пускать электроны через вакуум. Любые оставшиеся молекулы газа, пораженные электронами, вырабатывают электрический заряд и перетекают на пластину ионного коллектора, вызывая измеримый электрический ток, который изменяется с падением числа доступных молекул газа.
Ярким примером таких устройств являются вакуумметры ионизационно-термопарные.
- Автомобильные вакуумметры
Дроссельная заслонка карбюратора ограничивает количество воздуха, которое смешивается с топливом двигателя. Это вызывает низкое давление между дроссельной заслонкой и клапанами, которые пропускают воздух в поршневые камеры. Автомобильные вакуумметры, подключенные к коллектору, считывают вакуум в дюймах ртути, измеряя атмосферное давление. Вакуум ниже 3 дюймов во время запуска означает плохое сжатие и возможное износ поршневых колец.
Колебание давления вакуума на холостом ходу может привести к утечке клапанов в одном или нескольких цилиндрах. Постоянный вакуум указывает на то, что все цилиндры работают одинаково. Дополнительное трение длинных шлангов вакуумметра гасит тонкие сдвиги давления. Треснувшие или извитые шланги также вызывают ложные показания.
Это основные категории вакуумметров, которые дополнительно делятся на стрелочные, электроконтактные, цифровые, термопарные, ионмизационные и другие типы.
Немного теории о принципах измерении уровня вакуума
Давление — это воздействие частиц газа на определённую площадь. Во многих областях малые величины давления, например в промышленности и научных исследованиях, невозможно измерить прямым методом измерения. В высоком и сверхвысоком вакууме газовые частицы имеют достаточную большую длину свободного пробега. Поэтому давление можно определить путём ионизации газовых частиц в результате их столкновения с ускоренными заряженными частицами, направленными электрическим полем на электроды, измерения величину тока. В зависимости от метода ионизации выделяют два типа ионизационных вакуумметров: необходимые для ионизации частицы эмитируются в результате высокого напряжения и разряжения частиц из холодного катода, или они образуются в результате накаливания филамента (горячего катода).
Типы дисплея и шкалы образцовых вакуумметров
Типы дисплея и шкалы образцовых вакуумметров
Вакуумметры имеют дисплей, позволяющий пользователю контролировать давление вакуума в системе. Типы дисплеев включают в себя:
- Аналоговые. Аналоговые измерители — это простые визуальные индикаторы с использованием циферблата.
- Цифровые счетчики. Цифровые счетчики — это визуальные индикаторы с цифровыми клапанами.
- Катодно-лучевая трубка (КЛТ). КЛТ обычно встречаются в компьютерных мониторах.
- Жидкокристаллический дисплей (ЖКД) — жидкокристаллические дисплеи представляют собой полупроводниковые источники света, использующие электроны, которые рекомбинируют с электронными отверстиями внутри устройства и выделяют энергию в виде фотонов.
- Многострочный видеодисплей — видеодисплей позволяет пользователю просматривать и записывать прямые трансляции изменений давления в системе.
Бывают устройства с одной шкалой, которые отображают давление только в одном наборе единиц. Устройства с двумя шкалами отображают давление в двух наборах единиц на одной поверхности циферблата.
Использование оборудования
Замеры с помощью стрелочного вакуумметра не требуют сложных действий. Конструкция включает два основных элемента – блок измерений и преобразователь давления. Преобразователь передает все изменения, которые происходят с чувствительным элементом, в сигнал или перемещение. Измерительный блок производит оценку сигналов и переводит его в понятные единицы. Этот элемент состоит из электрических цепей и блок питания. Важная составляющая блока – механизм устройства. В современном оборудовании этот механизм выглядит, как жидкокристаллический дисплей.
Вакуумметр стрелочного типа – традиционный агрегат, который используется на разных производствах, а также в экспериментальных условиях.
Использование оборудования
Технические характеристики вакуумметров ТВ
Технические характеристики вакуумметров ТВ
Спецификации для вакуумметров включают в себя:
- Вакуумный диапазон — это диапазон давлений от самого низкого до самого высокого вакуумного давления.
- Рабочая температура — это полный требуемый диапазон рабочих температур окружающей среды. Температура и давление в системе напрямую связаны друг с другом. Если температура закрытой рабочей среды увеличивается, давление в системе будет увеличиваться. Чтобы предотвратить повреждение оборудования, важно знать экстремальные температурные диапазоны области.
- Точность — это разница между истинным значением и показанием, выраженным в процентах от диапазона. Она включает в себя совокупное воздействие метода, наблюдателя, аппарата и окружающей среды.
- Носитель — это термин, используемый для описания материала, который окружает область вакуума. Некоторые вакуумметры измеряют давление жидкостей. Другие измеряют давление твердых веществ. Доступны также устройства, рассчитанные на использование в опасных условиях или для не включенных в перечень, специализированных или фирменных материалов.
Как правило, вакуумметры используют классы точности Американского общества инженеров-механиков (ASME) и Немецкого института стандартизации Германии (DIN), стандартизации Германии. Примеры включают классы A, B, C и D, а также класс 1A (полная шкала 1%), 2A (полная шкала 0,5%), 3A (полная шкала 0,25%) и 4A (полная шкала 0,1%). Приборы периодически должны проходить проверку на соответствие стандартизированной точности.
Ионизационный вакуумметр с холодным катодом
В холодном катоде газ ионизируется путём столкновения с электронами, двигающимися в скрещенных электрических и магнитных полях по спиралевидным траекториям. При высоком напряжении между катодом и анодом все электрически заряженные частицы, находящиеся в остаточном газе, ускоряются и движутся к соответствующему электроду. При этом они сами могут ионизировать другие молекулы, соударяясь с ними, или вызывать образование вторичных электронов. Движущиеся к аноду электроны и устремляющиеся к катоду ионы вызывают процесс газового разряда. Остаточный газ в холодном катоде ионизируется электронами. При низком давлении очень важно, чтобы они как можно дольше оставались в области ионизации. Таким образом, повышается вероятность ионизации и продолжительность газового разряда. Дополнительное внешнее магнитное поле усиливает действие процесса.
Применение вакуумметров
Системы вакуума используются во многих отраслях промышленности, таких как автомобили, навигация, исследования и разработки, а также в производстве. Они могут использоваться для обеспечения перемещения материалов через систему или для очистки рабочей зоны от загрязняющих веществ. Датчики и инструменты, такие как вакуумметры ВИТ, Мерадат и другие, являются важным компонентом для обеспечения надлежащего функционирования и безопасности системы и оборудования.
Применение вакуумметров
Другие типичные области применения включают химические и нефтеперерабатывающие заводы, фармацевтику, морское бурение и добычу, бумажные фабрики, удобрения и т.д.
Итоги
В настоящее время существует огромное многообразие вакуумметров, каждый из которых отличается как своими преимуществами и техническими характеристиками, так и конструкционными особенностями. При выборе датчиков для усановок стоит учитывать, что современные производители стремятся к улучшению работоспособности приборов путем объединения достоинств разных устройств, поэтому зачастую наблюдается размытость классовых границ. Это влияет на стоимость вакуумметра и на его долговечность.
При покупке вакуумного манометра обращайте внимание на технические характеристики прибора, его чувствительность.
