Под вакуумметром понимается специальный агрегат, который необходим для замеров давления газовой среды в вакуумном оборудовании. За долгие годы эксплуатации вакуумметра было изобретено большое количество разновидностей, каждая из которых нашла свое применение в промышленности.
Содержание
- Механические вакуумметры
- Тепловые вакуумметры
- Пьезорезистивные вакуумметры
- Вакуумметр Пирани
- Вакуумметр Бурдона
Механические вакуумметры
Механический агрегат предназначен для работы в технологических схемах низкого вакуума. Работа такого агрегата основывается на сжатии пружины, которая расположена в корпусе манометра, и воздействия ей на рабочий элемент, который дальше передает нагрузку на циферблат.
Механические вакуумметры
Разновидности механических вакуумметров:
- Жидкостной;
- Компрессионный;
- Деформационный;
- Пружинный;
- Диафрагменный.
Простейший пример механического агрегата – жидкостной. Основной элемент жидкостного вакуумметра – U-образная трубка. Сегодня жидкостной вакуумметр потерял свою актуальность и практически не применяется в промышленности.
Использование компрессионного манометра позволяет увеличить пределы измерения. Для точности полученных измерений компрессионный вакуумметр способен самостоятельно создавать сжатие необходимого усилия. Это служит главной особенностью такого типа оборудования. Компрессионный вакуумметр обладает высокими качествами полученных измерений, однако, не удобны в использовании. Чаще всего компрессионный вакуумметр применяется для калибровки вакуумметров других типов.
Пружинный вакуумметр является самым дешевым типом оборудования. В его состав входят лишь механические элементы. Показания давления проходят индикацию посредством обычного циферблатаа. Пружинный вакуумметр считается универсальным, так как имеет возможность работать в любой газовой среде.
Конструкция диафрагменного вакуумметра предусматривает мембрану, которая играет роль обмотки конденсатора. Емкость конденсатора изменяется в зависимости от расстояния между обложками. Такой тип оборудования можно заслуженно считать самым точным.
Тепловые вакуумметры
Тепловые манометры являются самой распространенной группой оборудования, так как могут измерить как низкие значения вакуума, так и средние. Наряду с невысокой стоимостью тепловой вакуумметр обладает высокими показателями точностью. Принцип работы теплового вакуумметра основан на изменении теплопроводности газовой среды при изменении давления в системе. Правильная работа теплового агрегата зависит от типа газовой среды, в которой используется оборудование.
Тепловые вакуумметры
Различают следующие типы тепловых вакуумметров:
- Термопарный;
- Вакуумметр Пирани;
- Конвекционный.
Самая дешевая разновидность теплового вакуумметра – термопарный. Несмотря на свою дешевизну термопарный вакуумметр способен измерять как низкий, так и средний вакуум. Особенность термопарного вакуумметра – наличие термопары, которая лежит в основе принципа работы.
Вакуумметр Пирани представляет собой датчик, который фиксирует сопротивление. В основе вакуумметра лежит мостовая схема, которая работает за счет возникновения электрического импульса. Вакуумметр способен зафиксировать температуру рабочей нити и сопоставить ее с размером давления газа.
Конвекционный вакуумметр работает за счет конвекции. Благодаря процедуре перемешивания газов осуществляется нагревание рабочего элемента. Главное отличие конвекционного вакуумметра заключается в том, что рабочий элемент имеет гораздо больший размер, благодаря чему улучшаются свойства охлаждения. Вакуумметр обладает высокие показатели точности.
Вакуумметры теплового типа часто используются в промышленности.
Пьезорезистивные вакуумметры
Пьезорезистивные вакуумметры
Пьезорезистивные вакуумметры обладают высокими показателями точности и способны работать в большом диапазоне рабочего давления. Пьезорезистивный вакуумметр способен проводить измерение рабочего давления в пределах от 1 миллиметра ртутного столба до 1 атмосферы. Пьезорезистивные вакуумметры разделяют на следующие категории:
- Ионизационные;
- Магниторазрядные;
- Датчик с нитью накаливания.
В ионизационном оборудовании измерение рабочего давления происходит за счет измерения силы тока, которая возникает в результате ионизации атомов газа. Для ионизации газовой среды используются электрические и электромагнитные поля.
Главное преимущество магниторазрядного вакуумметра – высокие показатели надежности. Как и в ионизационном оборудовании, принцип работы заключается в ионизации атомов газовой среды за счет изменения электрического поля. Ионизация происходит в ускоренном режиме, а сами электроны перемещаются по спирали.
Вакуумметр с нитью накаливания работает за счет термоэлектронной эмиссии, за счет которой образовывается потом активных электронов, которые в свою очередь ионизируют газовую среду. В результате протекания данного процесса образуется электрический ток, значение которого прямо пропорционально зависит от размера рабочего давления в системе. Во время работы технологической линии датчик фиксирует число положительно заряженных ионов, после чего калибрует данное значение в размер рабочего давления. Данный тип вакуумметров позволяет измерять высокие значения вакуума.
Пьезорезистивные вакуумметры среди всех типов считаются самыми надежными и обладают большей точностью даже по сравнению с тепловыми датчиками.
Вакуумметр Пирани
Вакуумметр Пирани представляет собой терморезисторный агрегат, который необходим для измерения значения вакуума в технологической схеме. Еще в ХХ веке вакуумметр Пирани впервые был изобретен немецким физиком Пирани. Принцип работы вакуумметра Пирани заключается в наблюдении за изменением сопротивления металла при изменении его температуры в результате изменения давления в технологической схеме. Значение рабочего давления калибруется и отображается на стрелочном циферблате.
Вакуумметр Пирани
Конструкция вакуумметра Пирани представляет собой стеклянную трубку, которая помещается в технологическую линию оборудования. Внутрь стеклянной трубки помещается платиновая нить. При увеличении давления в технологической системе увеличивается температура нити, что приводит к изменению ее сопротивления. При изменении сопротивления нити значение регистрируется датчиком, после чего калибруется в значение рабочего давления. При повышении значения разряжения в технологической схеме увеличивается температура нити, следовательно, значение теплоотдачи ниже. Для получения возможности измерения давления агрессивных сред вместо платиновой нити допускается использование никелевой или вольфрамовой нити. Современные вакуумметры Пирани изготавливаются в стрелочном и цифровом исполнении.
Наибольшую популярность благодаря своей простоте получили стрелочные вакуумметры Пирани. Среди его основных положительных сторон стоит отметить простоту конструкции, надежность в эксплуатации, большой диапазон измерений рабочего давления, возможность применения его в технологических схема с любым типом газовой среды. Основной элемент конструкции - пружина, которая внешне может быть исполнена в пластинчатом и трубчатом вариантах, в зависимости от необходимости промышленного агрегата.
Простейший пример вакуумметра Пирани - пластинчатый, в котором в качестве рабочего элемента применяется две пластины, оказывающие воздействие на стрелку циферблата при изменении рабочего давления в системе.
Вакуумметр Бурдона
Вакуумметр Бурдона, или как его называют – трубка Бурдона, работает за счет деформации рабочей трубки, один конец которой сворачивается в виде круга и помещается в вакуумную емкость. При изменении рабочего давления в технологической схеме происходит деформация трубки, и сигнал передается линейному индикатору. Среди недостатков вакуумметра Бурдона считается наличие погрешностей в имеющихся показаниях. Возникновение погрешности объясняется в возможности изменения атмосферного давления во время снятия показаний. Среди преимуществ трубки Бурдона отмечается невысокая стоимость агрегата и простота в использовании и техническом обслуживании. Избавиться от недостатков агрегата можно путем увеличения точности замеров.
Вакуумметр Бурдона
Среди современных моделей трубки Бурдона большей популярностью пользуется вакуумметр Leybold Bourdonvac, который наряду с невысокой стоимостью, обладает высокими пределами долговечности и неприхотлив в эксплуатации. Для предотвращения пагубного воздействия на агрегат паров воды для его изготовления применяются антикоррозионные материалы – нержавеющая сталь. Вакуумметр имеет возможность работать в любых атмосферных условиях, что в промышленности играет немало важную роль при выборе оборудования.