|
Классификация вакуумметров и вакуумных датчиков
Классификация вакуумметров и вакуумных датчиков
Цель данной страницы: не претендуя на «научность» классификации, мы преследуем только одну цель – дать простое описание выпускаемых сегодня вакуумметров основными производителям, и таким образом сделать выбор вакуумметра более осмысленным, особенно пользователями, для которых работа с вакуумным оборудованием является вспомогательной, и знания в области вакуумной техники не являются основными в их профессиональной деятельности.
Вакуумметр – манометр для измерения давления разреженного газа (давление которого меньше 1 атм).
Манометр – прибор для измерения давления газа или жидкости.
Вакуумметр абсолютного давления и вакуумметр относительного давления – измеряют соответственно абсолютное давление газа или разность давлений (как правило, разность между давлением в измеряемой системе и атмосферным давлением).
Вакуумметры предназначены для показания общего, полного давления, которое равняется сумме парциальных давлений газов. Для измерения парциального давления газа, т.е. давления конкретного газа, входящего в какой-то технологический газ (смесь газов), как правило, используют масс-спектрометрические методы измерения.
Механические вакуумметры
Гидростатические (жидкостные) манометры. Измеряют разность давлений на поверхность жидкости в U-образной трубке. В настоящее время жидкостные вакуумметры практически не используются.
Компрессионный манометр.
Компрессионные вакуумметры – разновидность гидростатических манометров, в которых, с целью увеличения измеряемого диапазона, рабочей жидкостью вакуумметра предварительно создается сжатие. Несмотря на то, что приборы неудобны в повседневной работе, они иногда находят своё применение как образцовые (калибровочные) вакуумметры.
Деформационные механические вакуумметры – вакуумметры, предназначенные для измерения низкого вакуума, принцип действия которых основан на деформации рабочего сенсора (пружины или мембраны).
Пружинный и мембранный вакуумметр , в которых для измерения используются только механические части, являются одними из самых дешевых средств измерения низкого вакуума, и обычно имеют стрелочную индикацию. Оба вакуумметра являются газонезависимыми (т.е. показания давления не зависят от типа газа).
Более точной (и соответственно, дорогой) разновидностью мембранного вакуумметра является емкостной диафрагменный вакуумметр. В емкостном вакуумметре изгибаемая мембрана является одной из обложек конденсатора, емкость которого меняется при изменении расстояния между обложками (изгибаемой мембраной и неподвижной второй обложкой). Учитывая, что ёмкость сильно изменяется при изгибе диафрагмы (изменении расстояния между обложками конденсатора), и легко и точно измеряется, данные вакуумметры являются одними за наиболее точных (точность измерения составляет десятые, или сотые процента от показываемого значения). Емкостные вакуумметры являются газонезависимыми. К недостаткам можно отнести небольшой диапазон измерения (обычно 4 порядка, например, от 1 до 1х10-3 торр, или от 1000 до 0,1 торр) и высокую стоимость.
Тепловые вакуумметры
Тепловой вакуумметр – самый распространённый тип измерения низкого и среднего вакуума благодаря приемлемой точности и невысокой стоимости вакуумметра.
Тепловой вакуумметр – это вакуумметр для измерения абсолютного давления. Действие вакуумметра основано на принципе изменения теплопроводности газа при изменении давления газа. Тепловые вакуумметры являются газозависимыми вакуумметрами (показываемое давление зависит от типа газа, т.к. разные газы имеют разную теплопроводность при одном и том же давлении).
На рынке, в основном, предлагаются 2 основных типа тепловых вакуумных датчика: термопарный вакуумный датчик и вакуумный датчик Пирани.
Термопарный вакуумный датчик – один из самых дешевых датчиков для измерения низкого и среднего давления. Напряжение на концах термопары зависит от температуры термопары, которая, в свою очередь, зависит от давления вокруг термопары (чем больше давление, тем лучше отводится тепло, и соответственно - температура термопары ниже).
Вакуумный датчик Пирани (вакуумный датчик сопротивления) основан также на принципе зависимости температуры нагреваемой нити от давления окружающего газа. Мостовая электрическая схема, используемая в вакуумном датчике Пирани, обеспечивает более точное измерение давления по сравнению с термопарным датчиком.
Конвекционный вакуумный датчик использует принцип конвекции (перенос теплоты путём перемешивания газа). В конвекционных вакуумных датчиках пространство вокруг нагреваемой нити больше, что обеспечивает возникновение потоков газа и лучшее охлаждение, что повышает их точность по сравнению с термопарными датчиками.
Пьезорезистивные вакуумные датчики
Пьезорезистивные вакуумные датчики служит для точного (по сравнению с тепловыми) измерения вакуума в диапазоне от 1 атм до прим. 1 торр (1 мм.рт.ст), в некоторых моделях – 0,1 торр. Так как пьезорезистивный эффект зависит непосредственно от давления, то данный тип вакуумных датчиков является газонезависимым.
Ионизационные вакуумметры
Для измерения давления в высоком вакууме наиболее доступным способом измерения сильно разреженного газа стало измерение тока, создаваемое предварительно ионизованными атомами газа. Для ионизации атомов газа могут использоваться сильные электрические или электромагнитные поля, поток ускоренных электронов (энергия и количество электронов определяются силой электрического поля, создаваемого внутри вакуумного датчика – чем меньше поле, тем больше и более высокоэнергетичными должны быть электроны, образуемые (или подаваемые извне) в рабочую камеру вакуумного датчика), для ионизации могут быть использованы также радиоактивные вещества, внешние источники излучения (например, СВЧ излучение, потоки элементарных частиц).
На рынке в основном представлены два типа ионизационных высоковакуумных датчиков: магниторазрядный вакуумный датчик (часто называемый вакуумный датчик с холодным катодом) и вакуумный датчик Байард-Альперта (обычно называемый вакуумный датчик с нитью накала). Все
ионизационные вакуумметры являются газозависимыми вакуумметрами (т.к. потенциал ионизации у разных газов разный).
Магниторазрядный вакуумный датчик для измерений в высоком вакууме основан на принципе ионизации атомов газа в сильном электрическом поле, ионизация происходит ускоренными электронами, которые благодаря наличию магнитного поля движутся по спиральной траектории, что значительно увеличивает время жизни электронов и, как следствие, их ионизационную способность. Преимуществом высоковакуумных датчиков с холодным катодом является их высокая надежность (в «чистых» вакуумных приложениях высоковакуумные датчики с холодным катодом стабильно работают в течение многих лет). Недостатком, по сравнению с высоковакуумными датчиками с горячим катодом является чуть меньшая точность измерения. Прародителем магнитного электроразрядного высоковакуумного датчика является вакуумный датчик Пеннинга, впервые предложенный в 1937 году.
Высоковакуумный датчик с нитью накала использует принцип термоэлектронной эмиссии для образования потока электронов, которые ионизуют атомы газа, в результате чего образуется электрический ток ионизованных атомов (значение которого пропорционально давлению газа). Данный ток положительных ионов газа регистрируется, и затем пересчитывается в давление.
|
|
2015-2020. 
