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:
- Виды вакуумметров и вакуумных датчиков
- Механические вакуумметры
- Вакуумметр (трубка) Бурдона
- U-образный гидростатический вакуумметр
- Компрессионный вакуумметр
- Механический деформационный вакуумметр
- Мембранный вакуумметр
- Тепловые вакуумметры
- Термопарный датчик
- Вакуумный датчик Пирани
- Конвекционный датчик
- Пьезорезистивные датчики
- Ионизационные вакуумные датчики
- Датчик с холодным катодом
- Вакуумметр Байард-Альперта
- 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
- 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).
MKS Instruments, Inc
MKS Instruments, IncВыходцы 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.
- 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.
