Вакуумметры для измерения давления - принцип работы, устройство, виды - стрелочные, электронные (цифровые), Пирани, диагностика, поверка
Чтобы измерить давление пара или разреженного газа в промышленности, используются особые устройства – вакуумметры. С их помощью определяют степень разреженности производственных полостей, контролируют работу вакуумных насосных агрегатов, обслуживают кондиционеры и пр.
Вакуумметр
Содержание:
- Вакуумметр для измерения давления - принцип работы, устройство, виды
- Определить показания вакуумметра
- Чем отличается манометр от вакуумметра
- Вакуумметры стрелочные
- Ртутные вакуумметры
- Электронный вакуумметр
- Вакуумметр Пирани
- Манометр-вакуумметр
- Поверка вакуумметра
Вакуумметр для измерения давления - принцип работы, устройство, виды
Вакуумметр представляет собой вакуумный манометр или, иными словами, устройство, измеряющее давление разреженных газов.
Вакуумметр для измерения давления - принцип работы, устройство, виды
Конструкцию устройства составляют два ключевых компонента:
- Преобразователь давления;
- Блок измерения.
Первый компонент трансформирует все изменения, происходящие в состоянии чувствительного элемента, в перемещение или в электросигнал. Второй компонент оценивает данный сигнал, пересчитывает его в требуемых единицах измерения и демонстрирует пользователю степень разрежения в той или иной технологической зоне или в механизме.
Измерительный блок подает данные в форме, которая понятна пользователю. Состоит он из блока питания и всех электрических цепей, без которых невозможна работа прибора. Важной частью данного блока является отсчетное устройство, которое призвано отсчитывать значения определяемой величины. В большинстве современных моделей это устройство реализовано в виде жидкокристаллического дисплея.
Крупные производители вакуумной измерительной техники стремятся объединять в едином корпусе оба вышеописанных компоненты. Устройства с такой конструкцией называют компактными моноблочными вакуумметрами.
Чистый вакуум на земле создается только в исключительных случаях (например, для изучения космических условий). В действительности же измеряется разность давлений. Однако определение такой разницы напрямую вызывает достаточно сложностей. Поэтому зачастую применяется косвенный метод, подразумевающий измерение какого-либо специфического свойства газа и последующее его сопоставление с эталонным. В зависимости от этого и происходит классификация вакуумметров.
Существуют следующие типы:
- Ионизационный (оценка степени разрежения базируется на длине свободного молекулярного пробега, значительная длина и существенное количество энергии, выделяемое вследствие столкновения молекул, свидетельствует о низком давлении, один из самых популярных – ионизационно-термопарный вакуумметр ВИТ);
- Тепловой (оценка подразумевает определение не энергии столкновения ионизированных газовых частиц, а тепла, которое при этом выделяется, теплота измеряется с использованием так называемых измерительных мостов Томсона);
- Емкостной (оценка степени разрежения основывается на деформировании эластичных мембран);
- Механический (механизм измерения связан с трубкой, стенки которой очень тонкие и которая реагирует даже на минимальные колебания давления, своим принципом работы устройство схоже с манометром);
- Датчиковый (давление газа регистрируется на основе показаний особых узлов слежения, которые могут быть конвекционными, пьезорезистивными, электроконтактными, с физической точки зрения устройства идентичны всем вышерассмотренным приборам, но использование показаний от вспомогательных механизмов делает их более точными).
Определить показания вакуумметра
Различают несколько вариантов определения вакуума в зависимости от выбора точки отсчета. На изображении ниже можно ознакомиться с вакуумметрами с разными шкалами, которые все же демонстрируют одинаковые показатели вакуума.
Определить показания вакуумметра
К примеру, за единицу может приниматься атмосферное давление. Соответственно, все, что будет ниже данной отметки – вакуум. В этом случае шкала прибора от 1 до 0 атм (1…0,9…0,8…0,7…..0,2…0,1….0).
Также атмосферное давление может приниматься за ноль. Следовательно, вакуум – все числа в промежутке от 0 до -1. Шкала прибора от 0 до -1 (0, -0,1…-0,2….,-0,9,…-1).
Плюс ко всему шкалы могут показывать измерения в кПа, mBar, однако далее все показатели считываются аналогично.
Чем отличается манометр от вакуумметра
В соответствии с ГОСТом 8.271-77 манометром называется прибор, главное назначение которого заключается в измерении давления или его разности. Абсолютное давление, считываемое от абсолютного нуля, измеряется манометрами абсолютного давления. Однако чаще всего используются манометры избыточного давления.
Чем отличается манометр от вакуумметра
Давление разреженного газа измеряют вакуумметрами. Следовательно, вакуумметр – это манометр, который измеряет давление разреженного газа. Существуют также мановакуумметры, способные измерять и избыточное давление, и давление разреженного газа.
Вакуумметры стрелочные
Несмотря на производительность электронных вакуумметров, некоторые пользователи все равно предпочитают стрелочные устройства, которые относятся к механическому типу. Обусловлено это несколькими причинами.
Вакуумметры стрелочные
Во-первых, стрелочным механизмам свойственна более широкая сфера применения. Их можно применять не только при низком и среднем вакууме, но и в оборудовании с присутствием сверхвысокого вакуума. Во-вторых, стрелочные приборы более надежны и стабильны в работе.
Стрелочные устройства могут измерять и контролировать уровень технического вакуума в лабораторных и промышленных условиях. Функции чувствительного элемента выполняет пружина, которая может быть:
- коробчатой;
- трубчатой;
- пластинчатой.
Коробка включает в себя две округлых гофрированных мембраны. Сила оказывает воздействие на внутренние поверхности коробки. Изменения давления пропорциональны величине пружинного движения. Данный показатель далее направляется в механизм стрелочного циферблата.
Пружина второго вида имеет вид двух труб с поперечными сечениями овальной формы. В результате некоторого давления происходит искривление пружины трубки. Вследствие воздействия напряжения в кольцах осуществляется ее выпрямление. Данное движение также перенаправляется на стрелочный механизм.
Пластинчатую пружину составляют две мембраны из металла, прикрепленные к корпусу и вступающие в прямую реакцию с рабочей средой. Измерение давления в системе зависит от того, насколько интенсивно они колеблются. Показатель демонстрируется на шкале с помощью специального механизма.
Ртутные вакуумметры
Ртутные приборы относятся к жидкостным вакуумметрам. Их работа базируется на уравновешивании измеряемого давления давлением столбика ртути. Такие устройства нашли активное применение в разных отраслях промышленности, в железнодорожной сфере, в жилищно-коммунальном хозяйстве, на энергетических предприятиях и пр.
Ртутные вакуумметры
Жидкостные вакуумметры бывают нескольких видов:
- в форме буквы U (с закрытым и открытым коленом);
- в форме колокола;
- компрессионные и др.
Кроме ртути, функции рабочей жидкости могут выполнять специальные вакуумные масла разных марок. Столб жидкости является преобразователем давления. Газ давит на жидкость, которая находится, например, в U-образной трубке. Указанные приборы измеряют давления до 10-3 Па, что является главным их недостатком.
Электронный вакуумметр
Электронный прибор представляет собой ионизационное оборудование. В нем реализован преобразователь, в котором молекулы газа ионизируются электронами.
Электронный вакуумметр
Существуют электронные вакуумметры следующих видов:
- с осевым коллектором;
- с магнитным полем;
- экстракторные.
В первом случае роль коллектора играет тонкая проволока, что способствует уменьшению давления. Проволока находится на одной оси с цилиндрической сеткой, снаружи которой зафиксирован катод прибора.
В устройстве второго вида реализован магнетрон. Магнитное поле увеличивает поле перемещения электродов, что позволяет повысить качество возникающих ионов.
Экстракторному прибору свойственно уменьшение фонового тока, вызванное использованием в роли коллектора недлинной и тонкой проволоки. Проволока находится вне полости ионизации и размещена на анодной оси.
Вакуумметр Пирани
Прибор такого типа был разработан М. Пирани в начале прошлого столетия. В основе принципа его действия лежит убывание теплоотдачи металлов с уменьшением давления и одновременное увеличение их сопротивления прямо пропорционально температуре. Устройство входит в группу терморезисторных вакуумметров.
Вакуумметр Пирани
Основным элементом конструкции прибора является нить из металла, которая подвешивается в трубе, соединенной с измеряемой вакуумной установкой. Нить накала соединяется с электроцепью, с которой снимается давление после калибровки. Нить расположена в измеряемом газе. При столкновении газовых молекул с нитью она отдает им тепло. При глубоком вакууме молекулы ударяются реже, температура нити и ее сопротивление при этом выше.
Диапазон работы устройства: от 0.5 Торр до 10−4Торр. Нижняя граница обусловлена тем, что при таких давлениях передаваемое посредством диффузии тепло становится такого же порядка, как и тепло, которое передается посредством теплового излучения.
Манометр-вакуумметр
Манометр-вакуумметр или, иными словами, мановакуумметр оснащен шкалой со значениями ниже нуля для определения вакуумметрического давления и шкалой со значениями выше нуля для определения абсолютного давления.
Манометр-вакуумметр
С помощью устройства можно измерять два типа давления: избыточное и разреженного газа. То есть, это комбинированная техника, которое включает в себя и манометр, и вакуумметр. При использовании в промышленности прибор позволяет контролировать выбросы в атмосферу и воду отходов производства, вентиляцию производственных цехов, прохождение технологических процессов. При оснащении герметичными камерами и прочими устройствами мановакуумметры обеспечивают создание разряжения.
Такое оборудование – оптимальный вариант для производств, активно использующих установки для формирования вакуумметрического давления. Это предприятия пищевой, химической и фармацевтической промышленности, предприятия тепло-водоснабжения и некоторые лаборатории.
Отдельного внимания заслуживают аммиачные мановакуумметры. Основная сфера их применения – пищевая промышленность. Они более устойчивы к коррозии. И корпус, и внутренние поверхности прибора изготовлены из нержавеющей стали.
Поверка вакуумметра
Пользователь может приобрести вакуумметр уже с поверкой или осуществить ее дополнительно. Но даже в этом случае через некоторые установленные периоды времени поверку необходимо повторять.
Поверка вакуумметра
Под поверкой вакуумметра подразумевается последовательность действий, которые осуществляются, чтобы подтвердить соответствие прибора метрологическим требованиям. Функции эталонов для поверки манометров-вакуумметров выполняют соответствующие эталонные приборы. При пересечении погрешностью показаний устройства допустимых границ требуется его юстировка или калибровка.
Поверку могут проводить государственные Федеральные бюджетные учреждения центры стандартизации и метрологии и аккредитованные частные организации. Поверка делается в обязательном порядке после истечения срока действительности свидетельства о предыдущей поверке и после ремонта измерительного устройства. Что касается места проведения поверки, то это может быть лаборатория организации, оказывающей подобные услуги, или непосредственно само предприятие, на котором эксплуатируется оборудование.
Предприятия, использующие в своей деятельности вакуумное оборудование и осуществляющие технологические процессы, связанные с вакуумом, особенным образом нуждаются и в применении приборов для измерения давления разреженного газа. На современном нишевом рынке представлено огромное количество вакуумметров самых разных типов и видов. Главная задача пользователя – выбрать прибор в соответствии с непосредственными требованиями и целями производства.
- Комментарии