Виды вакуумметров и их особенности
Что такое вакуумметры?
Вакуумметры - приборы для измерения и регистрации давления разреженного газа.
Виды вакуумметров
- с одновитковой пружиной. Подобное устройство состоит из трубчатой пружины, держателя, штуцера, поводка, сектора, трибки, стрелки и спиральной пружины. Один конец трубчатой пружины закреплён в держателе, скрепленном с корпусом вакуумметра. Внизу держатель снабжен шестигранной головкой и радиальным штуцером с резьбой для присоединения к объекту измерения. Приборы давления изготавливаются также с осевым штуцером, располагаемым сзади корпуса прибора. Свободный конец пружины, закрытый пробкой с серьгой, соединён с секторным передаточным механизмом, состоящим из поводка, сектора и трибки, на оси которой укреплена стрелка. Спиральная пружина прижимает зубцы трибки к зубцам сектора, устраняя тем самым мёртвый ход.
Под влиянием измеряемого избыточного давления пружина разгибается и тянет за собой поводок, который поворачивает зубчатый сектор и соответс твенно трибку со стрелкой. Передвигающаяся вдоль шкалы стрелка показывает значение измеряемого избыточного давления. Перемещение свободного конца пружины и угол поворота стрелки практически пропорциональны измеряемому давлению. Поэтому шкала таких приборов равномерна. Регулировка хода стрелки осуществляется изменением длины плеча зубчатого сектора со стороны поводка
Если к штуцеру прибора подвести разрежение, то трубчатая пружина будет скручиваться, и её свободный конец будет перемещаться не вниз. При этом стрелка вакуумметра будет двигаться против часовой стрелки. Для того, чтобы движение стрелки осуществлялась по часовой стрелке, конец трубчатой пружины закрепляют с правой стороны держателя.
- Жидкостные вакуумметры работают по закону сообщающихся сосудов. Приборы являются абсолютными, поэтому их можно использовать в качестве образцовых при градуировке других приборов. Они должны подсоединяться к вакуумной системе через азотную ловушку (устройства, служащего для предотвращения проникновения паров рабочих жидкостей вакуумных насосов в откачиваемый объем), так как пары рабочей жидкости могут попасть в вакуумную систему. Конструктивно делятся на вакуумметры с открытым (на рисунке cлева) и закрытым (на рисунке справа) коленом.
- Вакуумметры с открытым коленом применимы для измерения давлений, близких к атмосферному. При подобном использовании высота столба минимальна. Показания прибора с открытым коленом зависят от атмосферного давления, т.е. являются относительными.
- В приборе с закрытым коленом перед заполнением трубки рабочей жидкостью получают самое низкое давление. Это позволяет измерять абсолютное давление непосредственно в вакуумной системе. При этом случае показания вакуумметра не зависят от атмосферного давления.
- Компрессионные вакуумметры. Состоят из:
1 - измерительный баллон с капилляром;
2 - соединительная трубка с ответвлением для отсчёта показаний.
Рабочая жидкость (ртуть, масло) подается в систему из резервуара. Перед началом измерений она находится на уровне ниже ответвления соединительной трубки. При измерении давления “р” в откачанной вакуумной системе рабочая жидкость поднимается вверх. Она сжимает заключенный в баллоне газ до давления, которое можно непосредственно измерить по разности уровней “h” в закрытом и сравнительном капиллярах.
- В деформационных вакуумметрах в качестве меры давления используется механическая деформация. Её можно связать с градуированным указателем и отсчитывать давление по шкале. Бывают:
- в мембранных чувствительным упругим элементом является тонкая мембрана. Они различаются по способу регистрации деформаций и методу измерений. Мембранные вакуумметры имеют две вакуумно-изолированные камеры, разделенные мембраной.
В современных чувствительных мембранных вакуумметрах для регистрации смещения мембраны широко используются электрические. Один из них заключается в определении электрической ёмкости между мембраной и вспомогательным неподвижном электродом, второй – в измерении индуктивности катушки, в которую вдвигается металлический сердечник, связанный с мембраной (на рис.слева направо).
- тепловые вакуумметры широко используют для измерения давления паров и газов. Имеют простую и надежную конструкцию. Принцип действия основан на зависимости теплопроводности газа от его давления. Т.е. в данном случае реализуются косвенные измерения давления. Для измерения давления в газ вводится нагреваемый элемент. По температуре его поверхности, зависящей от теплоотвода через газ, возможно судить о величине давления. Подобные вакуумметры работают в области среднего и высокого вакуума. Переход от низкого вакуума к среднему является верхним пределом измерения теплового вакуумметра.
Конструктивно разделяют:
- Термопарные вакуумметры состоят из:
1 - металлическая колба;
2 - нить накала;
3 - термопара.
Термопара измеряет температуру нити накала. При постоянном токе температура нити меняется с изменением давления. Снижение давления ухудшает теплосъѐм с нити газом. Это повышает температуру нити. И наоборот, измеряя термопарой температуру нити (измеряя ЭДС – электродвижущая сила), можно судить о величине давления.
- вакуумметры сопротивления. Состоят из:
1 – корпус датчика давления;
2 – нить накала;
3 – реостат;
4 – гальванометр;
5 – миллиамперметр;
6 – милливольтметр
- ионизационные вакуумметры. В основе работы ионизационных вакуумметров лежат явления ионизации, т.е. выбивание электрона из атома или молекулы и образование пары положительно заряженного иона и электрона. Образующиеся в объеме свободные заряды обусловливают проводимость газового промежутка или – возникновение газового разряда.
Выделяют следующие виды ионизационных вакуумметров:
- с горячим катодом. Электроны, необходимые для ионизации образуются путем термической эмиссии. На катод (филамент) воздействует высокий электрический ток. Под его действием катод греется. Нагрев отрывает электроны от атомов и ускоряет электрическое поле. Таким образом возникает ионизация газа. В конструкции вакуумметра с горячим катодом также присутствует решеткообразный цилиндрический анод и ионная ловушка. На положительных потенциалах находятся филамент и аноды. Возникающий при выходе положительно заряженных частиц ток, становится величиной измерения датчика. Сам катод служит исключительно для образования электронов. Самый популярный тип таких датчиков – датчик Байард-Альперта.
- с холодным катодом (или вакуумметр Пеннинга). Состоит из крышки, магнита, анода, полюса, корпуса трубки
Анод представляет собой петлю металлической проволоки. Её плоскость параллельна плоскости катодов. Между анодом и катодами поддерживается разница потенциала, равная нескольким киловольтам. Посредством обычно находящегося за пределами корпуса вакуумметра постоянного магнита между катодами создано магнитное поле. Электроны, эмитируемые из любого из двух катодов, должны перемещаться по винтообразным траекториям благодаря магнитному полю. На протяжении долгого пути электрона многие из них сталкиваются с молекулами остаточного газа. Они создают положительные ионы, которые движутся в более прямом направлении к катодам. Ток ионизации, полученный таким образом, считывается на чувствительном измерительном приборе тока в единицах давления.
Вакуумметр обладает повышенной прочностью и в последние годы снискал популярность в промышленности. Его используют в детекторах течей, вакуумных печах и электронных лучевых сварочных аппаратах.
- инверсно-магнетронные вакуумметры. Состоят из:
1 - кольцеобразный магнит;
2 - цилиндр;
3 - распорка;
4 - подкладки
- электронные. Состоят из:
1 – катод;
2 – анодная сетка;
3 – коллектор ионов;
4 – измеритель сеточного тока Ic ;
5 – измеритель ионного тока Iи;
6 – реостат
Катод прямого накала 1 в форме шпильки из вольфрамовой проволоки служит источником электронов. Испускаемые катодом электроны ускоряются под действием электрического поля, создаваемого положительно заряженной сеткой 2, выполненной в виде цилиндрической спирали. Ввиду большого шага витков сетки значительная часть электронов пролетает за сетку. В пространстве между сеткой и коллектором ионов 3 происходит ионизация газа электронами. Отталкиваемые полем отрицательно заряженного коллектора электроны вновь возвращаются к сетке. В результате вокруг анодной сетки непрерывно колеблются электроны, а попав в витки, создают в еѐ цепи сеточный ток “Ic”.
- магнитные электроразрядные. Преобразователь вакуумметра состоит из двух плоскопараллельных катодных пластин К и помещенного между ними анода А в виде проволочного кольца, плоскость которого параллельна катодным пластинам. Направление силовых линий магнитного поля перпендикулярно плоскостям анода и катодов. Между электродами приложено напряжение 2–3 кВ через балластное сопротивление R. Свободные электроны, всегда имеющиеся в газе, притягиваются к аноду. Магнитное поле вынуждает их двигаться по спирали, преодолевая большие расстояния, прежде чем они достигают анода. Сталкиваясь с молекулами газа, электроны ионизируют часть из них, выбивая из молекул электроны, которые также участвуют в процессе ионизации газа. Величина тока разряда измеряется миллиамперметром и служит мерой давления.
Состоит из:
р – давление измеряемого газа;
N и S – полюса магнита;
А – анод;
К – катод;
Н – напряженность магнитного поля
- радиоизотопные вакуумметры работает по принципу измерения электропроводности исследуемого газа, ионизированного α-излучением радия или плутония. Внутри камеры датчика 1 расположен цилиндрический анод 2. На внутреннюю поверхность анода нанесена гидроокись радиоактивного плутония 3. В центре анода размещен стержневой коллектор ионов 4. Молекулы остаточного газа ионизируются α-частицами, испускаемыми радиоактивным изотопом. Образующиеся положительные ионы под действием разности потенциалов между анодом и коллектором направляются к коллектору, вызывая в цепи ионный ток. Скорость образования α-частиц постоянна. Число ионизированных молекул любого газа, поступающих на коллектор в единицу времени, пропорционально концентрации (давлению) этого газа. По силе ионного тока можно судить о давлении газа.
- Комбинированные вакуумметры. Некоторые процессы с применением вакуума требуют использования нескольких принципов измерения. Это необходимо для более высокой точности измерений или охвата большего диапазона давлений. В таких случаях применяются вакуумметры, объединяющие различные принципы измерения в одном приборе. Типичные комбинации — это Байард-Альперт + Пирани, инвертированный магнетрон + Пирани или Пирани + ёмкостный. Некоторые модели широкодиапазонных вакуумметров дают возможность проводить измерения давления в диапазоне 13 декад.
Помимо вакуумметров для измерения давления применяют и манометры. Подробнее о видах манометра читайте на сайте “Промышленная Автоматизация”
Купить вакуумметры можно в интернет-магазине “Промышленная Автоматизация”.
Оставить заявку или получить обратную связь вы можете написав нам на info@industriation.ru или позвонив по бесплатному номеру 8 800 550-72-52. Специалисты отдела продаж подберут оборудование, проконсультируют по возникшим вопросам и проконтролируют поставку.
