Вакуумные системы нашли активное применение во множестве отраслей, начиная от легкой промышленности и заканчивая атомной энергетикой. Для нормального функционирования таких систем требуется периодическое измерение давления разреженной среды. Решить эту задачу помогают специальные устройства, называемые вакуумметрами.
Содержание:
- Вакуумметры - принцип работы
- Вакуумметры образцовые – назначение
- Вакуумметры цифровые Мерадат
- Вакуумметры ВИТ
- Вакуумметры стрелочные Edwards
- Вакуумметры Пирани
Вакуумметры - принцип работы
Для определения давления жидкостей и газов в промышленности широко используются особые приборы, называемые манометрами. Одной из основных их разновидностей и являются вакуумметры, ключевое назначение которых заключается в измерении разряженной среды в диапазоне 105-1011 Па.
Вакуумметры - принцип работы
На практике измеряется не чистый вакуум (в земных условиях он создается только для исследования космоса), а разность между атмосферным и реальным давлением внутри определенной изолированной системы. Но даже ее выявить напрямую достаточно сложно. В большинстве случае применяют так называемый косвенный метод, предполагающий измерение определенного характерного свойства газа и его последующее сравнение с эталонным.
Нет универсального способа измерений, эффективного для всего вышеуказанного диапазона. Принцип действия данных устройств базируется на разнообразных физических закономерностях, имеющих прямое или косвенное отношение к давлению газа. Различают механические, жидкостные, мембранно-емкостные (Inficon), деформационные, компрессионные, магнитные электроразрядные (Televac), ионизационные (Instrutech, Leybold) и прочие типы измерительных устройств. Каждый из них предназначен для измерения в установленном интервале давления.
Независимо от типа прибор состоит из двух основных компонентов:
- Преобразователя изменений, происходящих с чувствительным элементом, в электросигналы;
- Измерительной системы, которая дает оценку данным сигналам, делает их перерасчет в единицы давления, предоставляет оператору сведения об уровне вакуума на проверяемом участке производственной линии или одиночной установки.
Отдельного внимания заслуживает вторая часть конструкции, которая вырабатывает сигнал данных измерения в виде, доступном для понимания оператором. Также эта система включает в себя блок питания и все электроцепи, обязательные для функционирования устройства. Современные производители стремятся делать оборудование для установления уровня вакуума более компактным посредством объединения в едином корпусе и измерительной системы, и преобразователя. Приборы, сконструированные подобным образом, называются моноблочными.
Частью измерительной системы является и отсчетный механизм, отсчитывающий значения измеряемого показателя. В большинстве современных моделей его функции выполняет ЖК экран.
Еще одна важная составляющая конструкции данного оборудования – блок управления.
В механических устройствах измерительный процесс происходит еще проще. Оба основных компонента реализованы в едином корпусе, и показания просто считываются по стрелке.
Вакуумметры образцовые – назначение
Существуют приборы, в задачи которых входит поверка других устройств подобного типа или более точное измерение давления газов ниже атмосферного в тех местах системы, где в этом есть особая потребность. Речь идет о вакуумметрах образцовых.
Вакуумметры образцовые – назначение
Преимущества образцовых приборов:
- Высокий класс точности измерений;
- Возможность более точной настройки и регулировки работы;
- Опция редактирования показаний с учетом наружных факторов;
- Возможность установки непосредственно внутри монтируемой системы и последующее применение для выявления уровня давления.
Повышенная точность позволяет использовать оборудование для разнообразных целей. Во-первых, с его помощью можно осуществлять калибровку и отладку других измерительных устройств, что обеспечивает более четкую и слаженную работу всей системы. Во-вторых, оборудование способно более эффективно измерять уровень вакуума в системе (с наименьшей погрешностью).
Монтируются приборы везде, где требуется получение максимально точных показаний повышенного давления. Обязательно их использование на крупных предприятиях, нуждающихся в периодической поверке всего остального оборудования аналогичного типа.
При выборе образцовых устройств рекомендуется ориентироваться на класс точности, определить который можно по шкале. Таким образом, если на ней реализовано 150 делений, то показатель точности прибора равен 0.15. Кроме этого, следует учитывать верхний предел измерений, который должен соответствовать потребностям и специфике вакуумной системы предприятия.
Современные модели оснащены опцией коррекции нуля, которая не дает стрелке в состоянии покоя отодвинуться от нулевого деления больше, чем на 3 значения. Также такие устройства могут быть реализованы в пылеводозащищенном исполнении или климатическом исполнении.
Вакуумметры цифровые Мерадат
Повышенным спросом на нишевом рынке пользуются устройства, базирующиеся на инновационных технологиях. В вакуумметрах цифровых значения вакуумметрического давления неагрессивных сред непрерывно трансформируются в электрический выходной сигнал. Сведения о давлении при этом выводятся для демонстрации на цифровой монитор. Такой прибор позволяет управлять внешними электроцепями в автоматизированных системах контроля.
Вакуумметры цифровые Мерадат
Для формирования результата измерений в устройствах используются сложные алгоритмы принятия решений. Повышенные метрологические показатели достигаются за счет использования электронных схем, разработанных с помощью микропроцессорного оборудования. Это позволяет получить необходимую точность, корректируя возможные погрешности.
Весьма распространено на отечественных производствах измерительное оборудование приборостроительного предприятия «Мерадат». Устройства, разрабатываемые и выпускаемые предприятием, позволяют качественно и эффективно автоматизировать промышленные производства. Приборы для измерения и регулирования вакуума реализованы в рамках широкого модельного ряда, начинающегося простыми моделями и заканчивающегося сложными системами автоматизации.
Вакуумметры Мерадат обеспечивают точное измерение и индикацию давления разреженного воздуха в вакуумных системах лабораторий и промышленных предприятий. В их конструкцию входят:
- Цифровой блок управления;
- Один или несколько манометрических преобразователей.
Производитель предлагает два основных вида устройств: тепловые и комбинированные ионизационно-тепловые. Приборы первого вида могут измерять давление до 1.0·10-4 мм.рт.ст. Чтобы измерить более глубокий уровень разрежения, требуется использование второго вида устройств.
Вакуумметры ВИТ
Одним из наиболее востребованных являются вакуумметры ВИТ, которые представляют собой ионизационные термопарные устройства для установления уровня вакуума. Это оборудование российского производства и включает в себя приборы, измеряющие в широком диапазоне давлений.
Вакуумметры ВИТ
Основными типами являются модели ВИТ 1, ВИТ 2, ВИТ 3. Рассмотрим более детально устройство ВИТ-2. В его конструкции реализованы термопарный и ионизационный манометрические преобразователи, за счет чего давление измеряется в более широком диапазоне.
В ионизационных приборах основной принцип работы базируется на ионизации газа. Они исполнены в виде вакуумного диода. На его анод подается положительное напряжение, а на добавочный электрод – значительное отрицательное. Когда давление среды понижается, вслед за ним падает и количество атомов, которые могут быть ионизированы, и, следовательно, уменьшается ионизационный ток, протекающий между электродами при таком напряжении. Различают устройства с холодным и с накаливаемым катодом.
Вакуумметры стрелочные Edwards
Компания Edwards на протяжении 9 десятилетий выпускает инновационные вакуумные системы и сопутствующие им элементы. Имея такой опыт в создании вакуумной техники, производитель разработал широкий ассортимент вакуумметров Edwards с для измерения уровня разреженности воздуха.
Вакуумметры стрелочные Edwards
Так, например, устройства серии APG функционируют по принципу Пирани. Это универсальные приборы для измерения уровня вакуума в широком диапазоне. Оборудование серии АТС осуществляет измерительные действия по термопарному принципу, подразумевающему охлаждение за счет теплопроводности. Термопара контактирует с проводом, который нагревается. Чем глубже вакуум, тем слабее теплопроводность газа и больше температура проводника. Измеряемую величину температуры можно применить для определения разреженности.
Устройства серии ASG относятся к мембранному типу. Одна обкладка конденсатора является эластичной мембраной. Давление, меняясь, приводит к ее изгибанию и изменению емкости конденсатора, которая поддается измерению. Вакуумные датчики серии AIM являются ионизационными и базируются на принципе холодного катода.
В серии WRG представлены комбинированные устройства Пирани и магнетронные (холодным катодом). Компактные ионные приборы серии AIGX имеют нити с двойным покрытием оксидом иридия.
Еще одним распространенным видом стрелочных устройств являются вакуумметры ТВ с от ЗАО «РОСМА». Их работа базируется на так называемой трубке Бурдона – эластичном элементе, который позволяет контролировать давления всех уровней, используемых в промышленности. Трубка способна уловить наименьшие изменения давления и трансформировать их в механическое движение. Все изменения демонстрируются на градуированной шкале.
Трубка реализована в форме буквы С с одним открытым и одним закрытым концом. Открытый конец соединен с муфтой, которая имеет впускное отверстие в середину трубки. К муфте подсоединен и источник разреженного воздуха. Следовательно, давление от источника через впускное отверстие направляется в трубку, вследствие чего она начинает двигаться. В зависимости от конструкционных особенностей и вида давления элемент пытается или выпрямиться, или скрутиться в спираль. Закрытый конец трубки тем сильнее смещается, чем выше приложенное давление. Это смещение преобразуется в движение стрелки на шкале оборудования.
Вакуумметры Пирани
С целью определения разрежения в вакуумных системах часто используют вакуумметры Пирани с, которые относятся к терморезисторным устройствам. Принцип их работы основывается на некоторых особенностях металлов. Дело в том, что их теплоотдача уменьшается при понижении давления, а сопротивление растет прямо пропорционально увеличению температуры. Одними из наиболее известных устройств, работающих по такому принципу, являются вакуумметры Vacuubrand.
Вакуумметры Пирани
В конструкцию прибора входит металлическая нить, которая висит в трубе, соединенной с контролируемой вакуумной системой или установкой. Нить накала соединяется с электроцепью, с которой осуществляется снятие давления, после заблаговременной калибровки.
Нить накала, находясь в измеряемом разреженном воздухе, нагревается посредством пропускания электрического тока. При столкновении молекул разреженной среды с нитью они отбирают ее тепло. Чем глубже вакуум, тем меньше частота таких столкновений, тем выше температура нити и величина ее сопротивления. Значение давления рассчитывается на основе уравнения теплового баланса.
Многие современные технологические процессы осуществляются в разреженной среде и нуждаются в контроле давления широкого диапазона. Поскольку не существует физического явления, достаточного для измерения всего требуемого диапазона давлений, от атмосферного до глубокого вакуума, то разработано большое количество типов вакуумметров. Каждый из них базируется на своем принципе действия. Диагностика вакуумметром того или иного типа охватывает какую-то определенную часть диапазона, что значительно упрощает выбор измерительного оборудования.