Вакуумметры – это датчики, которые реагируют на малейшие изменения давления внутри вакуума. При отклонении от нормы вакуумметр незамедлительно передает информацию на панель управления.
Вакуумметр способен сам исправить неполадки, если они незначительны. Но с крупными расхождениями показателей справится только человек.
Для каждого типа насоса подбирается свой датчик. Настройки также индивидуальны под давление в вакууме.
В статье рассмотрим, на какие типы делятся датчики и в чем их существенные различия.
Классификация вакуумметров по типу устройства
Жидкостные
Когда-то популярные, а теперь редкие в использовании датчики. Это произошло после появления более совершенных типов вакууметров. Жидкостные датчики устанавливались для измерения малого давления на поверхности жидкости. От вакуума в оборудовании датчики отделяются азотными «ловушками».
Диапазон – 10 – 10000 Па.
Емкостные
В датчике установлены две обкладки, которые реагируют на изменение давления в емкости конденсата. Одна из обкладок – мягкая, и при перепаде давления она меняет свою форму, что отражается на датчике.
Емкостные датчики измеряют давление в пределах 1-1000 Па.
Терморезисторные
К таким датчикам относится датчик Пирани, в котором терморезистором является платиновая нить.
Отличием терморезисторных вакуумметров от остальных датчиков является то, что в них давление и мощность напряжения очень зависимы друг от друга. То есть чем выше давление в вакууме, тем больше надо увеличивать мощность. Повышенное напряжение поддерживает стабильность температуры внутри вакуума.
Терморезисторные датчики используются в измерении давления в пределах 10-1 – 1,013 и выше Па.
Термопарные
Охлаждение в них происходит за счет теплопроводности конструкции. Чем меньше теплопроводность газа, тем лучше вакуум и выше теплопроводность проводника. Термопарные датчики измеряют давление от 10-1 до 103 Па.
Ионизационные
Происходит ионизация газа. В этом процессе участвуют вакуумный диод, анод и катод.
Объясним устройство с вышеуказанными деталями.
Вакуумный диод – это цилиндр, в котором нет воздуха. В нем в центре находятся две круглые трубки: первая называется катодом, через который проходят нити накала; вторая окружает катод и имеет с ним общую ось – это анод.
В случае нагревания катода на анод подается положительное напряжение. На дополнительный электрод, установленный в диоде, наоборот, подается отрицательное напряжение. От давления газа зависит число атомов, подвергающихся ионизации. Это влияет на ионизационный ток между электродами. Опять же, все взаимосвязано.
Ионизационные датчики измеряют в пределах от 10-10 до 10 Па.
Есть датчики с холодным и накаливаемым катодом.
Альфатрон
Разновидность ионизационных датчиков. Отличие в том, что в ионизационных используются электроны, а в альфатроне – альфа-частицы, которые испускаются на радии и плутонии. Из преимуществ: точность, надежность. Так как эти датчики сверхчувствительны и сложны в настройке измерений, вакуумметры с катодом незаменимы.
Диапазон измерений такой же, как у термопарных датчиков.
Типы датчиков по принципу действия
Механический
Существует несколько видов механических датчиков. Они различаются деталью, за счет которой измеряется давление. При этом внешне они очень схожи.
- Компрессионные. Точные, но неудобные в использовании. Особенность датчика в собственном сжатии силы для точности измерения давления;
- Деформационные. Внутри вакуумметра находится упругая чувствительная перегородка, которая деформируется под давлением. Деформация показывает уровень изменений на барометре при помощи стрелки. Стрелка указывает на цифру текущего давления. Это классический образец среди вакуумных датчиков;
- Пружинные. Внутри них только металлические детали, а давление проверяется за счет пружины и присоединенной к ней стрелки;
- Диафрагменные. В нем устроены обложки и мембрана, которая приводится в движение при измерении давления.
Допустимая область измерения - 3–750 мм.рт.ст
Тепловой
Измерения этих датчиков напрямую зависят от влияния давления на теплопроводность газа. Основной элемент – нить накала, температура которой зависит от давления. Датчики используются в измерении низкого и среднего вакуума.
Есть риск при высоком давлении потерять чувствительность датчика, тогда разрушается баланс давления и теплопроводимости. Чтобы этого избежать, нужно повысить температуру нити.
- Виды:
- Термопарный;
- Данчик Пирани с платиновой нитью;
- Конвекционный. Имеет более объемную конструкцию в отличие от предыдщуих типов.
Из положительных свойств – тепловые датчики служат очень долго. Но это не исключает сервисное обслуживание или замену вакуумметра, поскольку длительная работа ухудшает чувствительность.
Пъезорезистивные
Самые точные и надежные среди остальных датчиков.
Корпус датчика состоит из двух сплавленных пластин и содержит углубление. В его верхней части помещается резистивный материал, а в нижней - диафрагма. При нажатии на диафрагму сжимается резистивный слой, который изменяет свое сопротивление.Так фиксируется давление датчиком.
- Ионизационный. Его элементы – анод, катод, коллектор. Работу выполняют электроды, выпускаемые нагретым катодом. Они проходят сквозь анод сначала к коллектору, потом обратно к катоду. Такое колебание вызывает ионизацию.
Ионы притягиваются коллектором. Их количество пропорционально плотности молекул газа в пространстве. Таким образом измеряется давление.
- Альфатроны;
- С нитью накала. В этих вакуумметрах поток электронов ионизирует атомы газа. Возникает ток, мощность которого зависит от давления. Следовательно, ионный ток будет разительно отличаться в зависимости от плотности газа.
Цифровые
Эти датчики пользуются спросом на рынке. Они регулирутся через панель управления. Оттуда же корректируется мощность тока.
Давление измеряется в пределах 0,8 - 10 мм рт. ст.
Датчик Пирани
Вакумметр Пирани требует особого внимания, т.к. он пользуется большой популярностью на рынке благодаря своей точности. Это трубка, в которой в подвешенном состоянии находится платиновая нить накала. Она соединяет датчик с вакуумной системой.
Чем меньше давление, тем меньше теплоотдача нити. Т.е. нагревание нити зависит от количества молекул газа, которые с ней взаимодействуют. Например, в глубоком вакууме нить раскалена до предельных значений.
Датчик Пирани измеряет давление от 0.5 до 10-4 Торр
Вывод
Выбор вакуумметра опирается на устройство, к которому он будет установлен. Вакуумные оборудования используются в различных сферах и работают с разными по плотности газами. Поэтому нет датчика, который бы идеально подошел под любую установку.
Изучив характеристики давления используемого вакуума, пользователь подбирает нужный тип датчика по способу действия, а затем регулирует настройки под систему.
