Вакуумметр - измерительный прибор, который позволяет определять параметры давления в вакуумной среде. Устройство применяется для контроля эксплуатационных характеристик насосного оборудования, обеспечивающего перекачку разреженных газовых и воздушных смесей.
Область использования приборов включает работу промышленного вакуумного оборудования и установок лабораторного типа, организацию контроля качества эксплуатации насосных вакуумных агрегатов и спектрометров, процессы производства вакуумной упаковки, а также изделий проводникового и полупроводникового типа.
Вакуумметры
Содержание:
- Вакуумметры – виды
- Определить показания вакуумметра
- Вакуумметры стрелочные - принцип действия
- Ртутные вакуумметры
- Электронный вакуумметр
- Вакуумметр Пирани
- Поверка вакуумметра
Вакуумметры - виды
Назначением использования вакуумметра является измерение параметров давления разреженной газовой среды, что широко востребовано в промышленности и лабораторных исследованиях. Устройство вакуумметра предусматривает наличие следующих элементов:
- Преобразователь давления;
- Измерительный блок.
Преобразовательное устройство выполняет функцию трансформации изменений в состоянии чувствительного элемента в электрический сигнал. Следующий компонент производит оценку величины данного сигнала и пересчитывает ее в единицы измерения прибора, показывая уровень разреженности измеряемой газовой среды.
Вакуумметры – виды
Измерительный блок отображает данные в понятной для пользователя форме и состоит из блока питания и подведенных к нему электрических цепей. Важным элементом конструкции выступает устройство отсчета, которое выполняет пересчет измеряемых параметров и на большинстве агрегатов выполнено в виде жидкокристаллического дисплея.
Вакуумметры применяют косвенные метод измерения, основанный на изменении специфического свойства разряженной газовой смеси и его сравнение с эталонными показателями. Классификация измерителей по принципу действия включает следующие виды устройств:
- Механические;
- Пьезорезистивные;
- Емкостные;
- Тепловые;
- Работающие на базе датчиков.
Механические приборы по принципу работы похожи на манометры и осуществляют измерения с помощью трубки с чувствительными тонкими стенками, которая реагирует на смену параметров давления. К данному типу относятся пружинные, компрессионные, диафрагменные, пружинные и деформационные измерители, а также вакуумметры с трубкой Бурдона.
Пьезорезистивные агрегаты характеризуются высокой точностью формируемых данных и поддерживают широкий диапазон измерений. К ним относятся ионизационные и магниторазрядные устройства, а также датчики с нитью накала. Измерители емкостного типа функционируют за счет определения степени деформации эластичных мембран.
Тепловые устройства работают на базе мостов Томпсона и формируют показатели за счет изменения теплопроводности газовой среды под силовым воздействием. По тепловому принципу функционируют термопарные и конвекционные измерители, а также вакуумметры Пирани. Вакуумметры датчикового типа фиксируют параметры газового давления на базе показаний различных вспомогательных узлов слежения, что позволяет получать точные данные.
Также существуют комбинированные приборы - манометры-вакуумметры, которые позволяют определять параметры абсолютного давления и давления вакуумной среды. Шкала устройств имеет значения ниже 0 (для параметров вакуума) и выше 0 - для измерения абсолютного давления.
В числе ведущих производителей представлены бренды Мерадат и Value, приборы которых отличаются высокой точностью измерений и продолжительным сроком службы. Среди востребованных устройств значатся ионизационно-термопарные вакуумметры ВИТ и виброустойчивые модели типа ТВ.
Определить показания вакуумметра
Чтобы определить показания вакуумметра, необходимо выбрать стартовую точку отсчета, которая отличается в разных моделях измерительных устройств. В качестве отсчетной единицы может выступать атмосферное давление. Показатели, расположенные ниже данной отметки будут соответствовать уровню вакуума, а диапазон приборной шкалы составит от 1 до 0 Атм. Если показатели атмосферного давления принимаются за отсчетный 0, то диапазон измерения вакуума будет находиться в промежутке от 0 до -1 с соответствующими делениями приборной шкалы. Единицами измерения разреженной среды также выступают мбар и кПа.
Определить показания вакуумметра
От манометра прибор отличается параметрами упругости пружины, которые у вакуумметра меньше. Манометр применяется для отображения показателей абсолютного и избыточного давления, и их изменений. Вакуумметры обеспечивает измерение параметров давления в разреженной газовой среде. Существуют также модели манометров-вакуумметров, которые осуществляют измерение давления разреженного газа и избыточного давления.
Вакуумметры стрелочные - принцип действия
Вакуумметры стрелочные относятся к механической группе измерителей и подходят для контроля параметров разреженной газовой среды в лабораторных и промышленных условиях. Преимуществами использования стрелочных агрегатов выступают:
- Высокая надежность и стабильность работы;
- Широкая сфера использования;
- Возможность работы в условиях не только среднего и низкого вакуума, но и с оборудованием сверхвысокого вакуума.
Чувствительным элементом измерительного прибора выступает пружина, которая предусматривает три варианта исполнения:
- Трубчатый;
- Коробчатый;
- В виде пластины.
Вакуумметры стрелочные - принцип действия
Трубчатые устройства предусматривают размещение пружины в виде овальных труб, которые имеют поперечное сечение. Под воздействием давления пружинная трубка искривляется и выпрямляется при возникновении напряжения. Данное изменение положения пружины отражается на шкале измерителя.
В приборах коробчатого типа находятся 2 гофрированных мембраны округлой формы. При измерении оказывается силовой воздействие на поверхность коробки, за счет чего приводятся в действие пружины. Пружинное движение прямо пропорционально изменению давления, что и переносится на шкалу стрелочного циферблата.
Конструкция пластинчатой пружины включает две металлические мембраны, которые крепятся к корпусу и непосредственно контактируют с рабочей средой. Интенсивность колебания пружин определяет изменения параметров давления в системе, что отражается на приборной шкале.
Ртутные вакуумметры
Ртутные вакуумметры входят в категорию жидкостных измерительных устройств, которые функционируют по принципу уравновешивания параметров измеряемого давления за счет перемещения ртутного столба. Область применения приборов охватывает отрасли промышленности и железнодорожного транспорта, предприятия энергетической и жилищно-коммунальной сферы. По конструктивным особенностям устройства ртутного типа делятся на:
- U-образные (со скрытым либо открытым коленом);
- Компрессионные;
- Колоколообразные.
Ртутные вакуумметры
Функцию рабочей жидкости может выполнять как ртуть, так и специальные масляные составы. Принцип работы прибора базируется на преобразовании давления с помощью столба жидкости. Недостатком устройства является небольшой диапазон измерений, который ограничен отметкой 1х10^(-3) Па.
Электронный вакуумметр
Электронный вакуумметр (цифровой) - прибор для измерения уровня давления разреженной газовой или воздушной среды. Изделие относится к ионизационному типу оборудования и оснащено преобразователем для ионизации газовых молекул электронами. Классификация включает следующие виды электронных вакуумметров для измерения давления:
- Экстракторные;
- С осевым коллектором;
- Магнитные электроразрядные.
Электронный вакуумметр
В экстракторных измерителях в качестве коллектора выступает короткая и тонкая проволока, которая располагается вне области ионизации и закреплена на анодной оси. Данный параметр обеспечивает снижение фонового тока. В устройствах с осевым коллектором уменьшение давления происходит за счет тонкой проволоки. Проволока предусматривает осевое расположение на уровне цилиндрической сетки, с наружной стороны которой прикреплен катод изделия. Действие магнитных электроразрядных измерителей базируется на изменении показателей электрического разряда, который размещается в магнитном и электрическом полях вакуумной среды.
Характерной особенностью устройства выступают: высокая точность формируемых показателей, и проведение мониторинга изменения данных продолжительный период времени. Конструкция предусматривает наличие автоматической схемы, осуществляющей переключение датчиков. Программная часть агрегата обеспечивает управление током, для отображения данных измерений предусмотрен цифровой дисплей.
Вакуумметр Пирани
Вакуумметр Пирани - измеритель терморезисторного типа, который был разработан ученым М. Пирани в начале XX века. Принцип действия прибора основывается на убывании тепловой отдачи металлов при одновременном снижении уровня давления и повышении параметров сопротивления в прямо пропорциональном соотношении с температурой.
Вакуумметр Пирани
Главным конструктивным элементом устройства является металлическая нить, которая размещается в подвешенном состоянии в трубе, соединенной с измеряемым вакуумным агрегатом. В качестве материала-основания для измерительной нити применяются:
- Платина - для проведения высокоточных измерений при лабораторных исследованиях;
- Никель - позволяет взаимодействовать с агрессивными средами;
- Вольфрам - для стандартной газовой среды.
Нить располагается в рабочей газовой среде и объединена с электрической цепью. При соприкосновении молекул газа с металлической нитью осуществляется передача тепла. Чем выше показатели глубины вакуума, тем выше температура нагрева нити и параметры ее сопротивления при ударе газовых молекул. В конструкции предусмотрена мостовая схема, которая функционирует за счет электрических импульсов. Диапазон измерений варьируется от 0,5 Торр до 1х10^(-4) Торр.
Поверка вакуумметра
Для подтверждения работоспособности и правильности показаний требуется проводить поверку вакуумметров. Существует несколько типов поверок измерительных приборов:
- Первичная - осуществляется заводом-изготовителем при передаче устройства в эксплуатацию, после проведения капитального ремонта либо в случае утери свидетельства о поверке;
- Периодическая - производится в соответствии со сроками, установленными метрологической службой (как правило, раз в год);
- Внеочередная - проводится в случае выявления сомнительных показаний (завышенных либо заниженных), или при не соблюдении правил эксплуатации устройства;
- Инспекционная - осуществляется в период инспекционных проверок на предприятиях.
Поверка вакуумметра
Процедура поверки проводится силами квалифицированных специалистов с применением эталонного оборудования в государственных центрах стандартизации и метрологии либо в частных организациях, прошедшими соответствующую аккредитацию. Одним из типов эталонных приборов выступают образцовые вакуумметры, которые позволяют проверить соответствие технических параметров прибора требованиям метрологической лаборатории. Если показания измерительного устройства превышают допустимые границы, осуществляется калибровка или юстировка изделия с выдачей калибровочного сертификата.