вакуумметрическое давление чем измеряют
Вакуумметр: описание, принцип работы, разновидности вакуумметров
Под вакуумметром понимается устройство, предназначенное для замера давления газов или вакуума, находящихся в вакуумной среде. Часто вакуумметр называют вакуумным манометром. Сегодня производители предлагают потребителю огромное количество разновидностей вакуумметров, которые позволяют измерять размер вакуума, как точечным способом, так и обобщенно. Кроме того, имеется возможность определить абсолютное значение вакуума либо определить разницу между давлением в технологической схеме и атмосферным давлением.
Устройство и принцип работы вакуумметра
Устройство и принцип работы вакуумметра
Если рассматривать физический свойства вакуумметра, то его показание можно охарактеризовать как давление молекул газа на единицу площади. Такой способ получения информации используется во многих областях промышленности и науки. Часто возникают ситуации, что размер вакуума настолько мал, что прибор не может зарегистрировать такое значение. В таком случае измерение значений вакуума проводят при помощи ионизации. Метод ионизации заключается в придании молекулам газа в вакууме электризации и их воздействия на электроды прибора. В таком случае имеется возможность измерить даже самые маленькие значения вакуума.
Образцовые вакуумметры
Основные технические характеристики образцового вакуумметра:
Цифровой вакуумметр ВИТ
Цифровой вакуумметр ВИТ
Сегодня производители предлагают потребителю вакуумметры, которые имеют возможность отображения информации в режиме реального времени с помощью дисплея или монитора. Чаще всего для изготовления такого вакуумметра используется металл, реже корпус прибора изготавливается из стекла. Среди всех типов вакуумметров цифровые вакуумметры ВИТ обладают лучшим соотношением цены и качества, имеют высокие показатели точности измерений. Сегодня наиболее популярные следующие типы вакуумметров ВИТ:
Принцип работы вакуумметра ВИТ-3 Мерадат основан на измерении показателей теплопроводности газа. С помощью датчика вакуумметр регистрирует колебания теплопроводности газообразных веществ в технологической линии. ВИТ-3 имеет сложное конструктивное строение, но позволяет получать точные результаты измерений. Даже в сложных промышленных условиях работы вакуумметр позволяет снимать точные показания.
Вакуумметр ВИТ-3 Мерадат привередлив в измеряемой среде. Перед его использованием рабочая газовая среда должна быть очищена от посторонних примесей. Прибор не работает в условиях повышенного давления. Среди положительных качеств прибора стоит отметить наличие двух автономных переключателей, которые могут работать независимо один от другого. При помощи звукового или светового сигнала прибор может оповещать пользователя о достижении определенного уровня давления. Информация предоставляется не только в виде цифровых значений, но и в виде графиков и диаграмм. В случае внезапной аварийной остановки оборудования вакуумметр ВИТ-3 способен сохранить последние значения и рабочие настройки.
Вакуумметр ВИТ-1а предназначен для проведения измерений вакуумной среды огромных диапазонов. Такие свойства сделали его популярным в автомобильной промышленности, пищевой промышленности, металлургии, литейном производстве, при термической обработке металлов и сплавов. Возможность получения результатов высокой точности позволяет использовать ВИТ-1а при изготовлении кристаллов и ионов из термически неустойчивых веществ.
Стрелочный вакуумметр Пирани
Стрелочный вакуумметр Пирани представляет собой терморезисторный прибор, предназначенный для измерения размера давления в вакуумной системе. Впервые устройство данного прибора пришло в голову немецкому физику Пирани в ХХ веке. Принцип работы вакуумметра Пирани заключается в изменении сопротивления металла при изменении его температуры и сравнении этих результатов с давлением рабочей среды.
Стрелочный вакуумметр Пирани
Конструктивно вакуумметр Пирани представляет собой платиновую нить, которая размещена в стеклянной трубке, которая в свою очередь помещается в рабочую среду. При увеличении давления в технологической системе увеличивается температура нити, что приводит к изменению ее сопротивления. Датчик замеряет сопротивление платиновой нити и калибрует его в значение давления. Чем выше показатели вакуума в технологической схеме, тем ниже теплоотдача нити, следовательно, выше ее температура.
Кроме платиновой нити в вакуумметре Пирани моет быть использована никелевая нить для измерения агрессивных сред и вольфрамовая нить, для измерения других типов сред. Сегодня вакуумметр Пирани представлен в стрелочном и цифровом варианте.
В трубчатом вакуумметре пружина представляет собой овальную трубку, которая при изменении размера давления выпрямляется и показывает соответствующее значение на циферблате.
В коробчатом вакуумметре элемент воздействия представляет собой округлую гофрированную мембрану. При изменении давления происходит воздействие на мембрану, которая отклоняет стрелку циферблата.
Приборы для измерения давления. Виды и работа. Применение
Виды и работа
Приборы для измерения давления, называются манометрами. В технике чаще всего приходится определять избыточное давление. Значительный интервал измеряемых величин давлений, особые условия измерения их во всевозможных технологических процессах обуславливает разнообразие видов манометров, которые имеют свои различия по конструктивным особенностям и по принципу работы.
Виды давления
Барометры
Барометром называют прибор, измеряющий давление воздуха в атмосфере. Существует несколько видов барометров.
Ртутный барометр действует на основе перемещения ртути в трубке по определенной шкале.
Жидкостный барометр работает по принципу уравновешивания жидкости давлением атмосферы.
Барометр-анероид работает на изменении размеров металлической герметичной коробки с вакуумом внутри, под действием давления атмосферы.
Электронный барометр является более современным прибором. Он преобразовывает параметры обычного анероида в цифровой сигнал, отображающийся на жидкокристаллическом дисплее.
Жидкостные манометры
В этих моделях приборов давление определяется высотой столба жидкости, которое выравнивает это давление. Жидкостные приборы для измерения давления чаще всего выполняют в виде 2-х стеклянных сосудов, соединенных между собой, в которые залита жидкость (вода, ртуть, спирт).
Рис-1
Один конец емкости соединен с измеряемой средой, а второй открыт. Под давлением среды жидкость перетекает из одного сосуда в другой до выравнивания давления. Разность уровней жидкости определяет избыточное давление. Такими приборами замеряют разность давлений и разрежение.
На рисунке 1а изображен 2-х трубный манометр, измеряющий вакуум, избыточное и атмосферное давление. Недостатком является значительная погрешность измерения давлений, имеющих пульсацию. Для таких случаев применяют 1-трубные манометры (рисунок 1б). В них один край сосуда большего размера. Чашка соединена с измеряемой полостью, давление которой передвигает жидкость в узкую часть сосуда.
При замере берется во внимание только высота жидкости в узком колене, так как жидкость изменяет свой уровень в чашке незначительно, и этим пренебрегают. Чтобы произвести замеры малых избыточных давлений используют 1-трубные микроманометры с трубкой, наклоненной под углом (рисунок 1в). Чем больше наклон трубки, тем точнее показания прибора, вследствие увеличения длины уровня жидкости.
Особой группой считаются приборы для измерения давления, в которых движение жидкости в емкости действует на чувствительный элемент – поплавок (1) на рисунке 2а, кольцо (3) (рисунок 2в) или колокол (2) (рисунок 2б), которые связаны со стрелкой, являющейся указателем давления.
Рис-2
Преимуществами таких приборов является дистанционная передача и их регистрация значений.
Деформационные манометры
В технической области приобрели популярность деформационные приборы для измерения давления. Их принцип работы заключается в деформации чувствительного элемента. Эта деформация появляется под действием давления. Упругий компонент связан со считывающим устройством, имеющим шкалу с градуировкой единицами давления.
Деформационные манометры делятся на:
Рис-3
Пружинные манометры
В этих приборах чувствительным элементом является пружина, соединенная со стрелкой передаточным механизмом. Давление воздействует внутри трубки, сечение старается принять круглую форму, пружина (1) пытается раскручиваться, в результате стрелка передвигается по шкале (рисунок 3а).
Мембранные манометры
В этих приборах упругим компонентом является мембрана (2). Она прогибается под давлением, и воздействует на стрелку с помощью передаточного механизма. Мембрану изготавливают по типу коробки (3). Это увеличивает точность и чувствительность прибора из-за большего прогиба при равном давлении (рисунок 3б).
Сильфонные манометры
В приборах сильфонного типа (рисунок 3в) упругим элементом является сильфон (4), который выполнен в виде гофрированной тонкостенной трубки. В эту трубку воздействует давление. При этом сильфон увеличивается в длину и с помощью механизма передачи передвигает стрелку манометра.
Сильфонные и мембранные виды манометров используют для замеров незначительных избыточных давлений и вакуума, так как упругий компонент имеет небольшую жесткость. При применении таких приборов для измерения вакуума они получили название тягомеров. Прибор, измеряющий избыточное давление, является напоромером, для измерения избыточного давления и вакуума служат тягонапоромеры.
Приборы для измерения давления деформационного типа имеют преимущество в сравнении с жидкостными моделями. Они позволяют производить передачу показаний дистанционно и записывать их в автоматическом режиме.
Это происходит вследствие преобразования деформации упругого компонента в выходной сигнал электрического тока. Сигнал фиксируется приборами измерений, которые имеют градуировку по единицам давления. Такие приборы имеют название деформационно-электрических манометров. Широкое использование нашли тензометрические, дифференциально-трансформаторные и магнитомодуляционные преобразователи.
Дифференциально-трансформаторный преобразователь
Рис-4
Принципом работы такого преобразователя является изменение силы тока индукции в зависимости от величины давления.
Приборы с наличием такого преобразователя имеют трубчатую пружину (1), которая передвигает стальной сердечник (2) трансформатора, а не стрелку. В итоге изменяется сила индукционного тока, подающегося через усилитель (4) на измерительный прибор (3).
Магнитомодуляционные приборы для измерения давления
В таких приборах усилие преобразуется в сигнал электрического тока вследствие передвижения магнита, связанного с упругим компонентом. При движении магнит воздействует на магнитомодуляционный преобразователь.
Электрический сигнал усиливается в полупроводниковом усилителе и поступает на вторичные электроизмерительные устройства.
Тензометрические манометры
Преобразователи на основе тензометрического датчика работают на основе зависимости электрического сопротивления тензорезистора от величины деформации.
Тензодатчики (1) (рисунок 5) фиксируются на упругом элементе прибора. Электрический сигнал на выходе возникает вследствие изменения сопротивления тензорезистора, и фиксируется вторичными устройствами измерения.
Электроконтактные манометры
В схемах сигнализации, системах авторегулирования технологических процессов, приборах тепловой защиты популярными стали электроконтактные манометры. На рисунке изображена схема и вид прибора.
Упругим компонентом в приборе выступает трубчатая одновитковая пружина. Контакты (1) и (2) выполняются для любых отметок шкалы прибора, вращая винт в головке (3), которая находится на внешней стороне стекла.
При уменьшении давления и достижении его нижнего предела, стрелка (4) с помощью контакта (5) включит цепь лампы соответствующего цвета. При возрастании давления до верхнего предела, который задан контактом (2), стрелка замыкает цепь красной лампы контактом (5).
Классы точности
Измерительные манометры разделяют на два класса:
Образцовые приборы определяют погрешность показаний рабочих приборов, которые участвуют в технологии производства продукции.
Класс точности взаимосвязан с допустимой погрешностью, которая является величиной отклонения манометра от действительных величин. Точность прибора определяется процентным соотношением от максимально допустимой погрешности к номинальному значению. Чем больше процент, тем меньше точность прибора.
Образцовые манометры имеют точность намного выше рабочих моделей, так как они служат для оценки соответствия показаний рабочих моделей приборов. Образцовые манометры применяются в основном в условиях лаборатории, поэтому они изготавливаются без дополнительной защиты от внешней среды.
Пружинные манометры имеют 3 класса точности: 0,16, 0,25 и 0,4. Рабочие модели манометров имеют такие классы точности от 0,5 до 4.
Применение манометров
Приборы для измерения давления наиболее популярные приборы в различных отраслях промышленности при работе с жидким или газообразным сырьем.
Методы измерения вакуума — вакуумметры
Методы измерения вакуума — вакуумметры
Наиболее важной характеристикой газовой среды в вакуумной технике является плотность или молекулярная концентрация газа. Эта величина определяет теплоперенос, сорбционно-десорбционные процессы, воздействие газа на элементы электронных приборов и другие явления. Однако традиционно состояние газа оценивается давлением. Между давлением газа p и молекулярной концентрацией п существует связь: p-V = n ■ k — T
По принципу действия вакуумметры можно свести в следующие классы:
По методу измерения вакуумметры могут быть разделены на абсолютные и относительные.
Абсолютные вакуумметры измеряют непосредственно давление газа, т.е. силу, действующую на единицу поверхности измерительного элемента. Показания абсолютных приборов не зависят от рода газа. К вакуумметрам прямого действия относятся жидкостные, компрессионные и деформационные. Эти приборы перекрывают диапазон от 10 5 до 10 ’2 Па.
Относительные вакуумметры измеряют не само давление, а используют зависимость параметров некоторых физических процессов, протекающих в вакууме, от давления. Они нуждаются в градуировке. Вакуумметры измеряют общее давление газов, присутствующих в вакуумной системе.
К вакуумметрам косвенного действия относят
ся тепловые и ионизационные, которые перекрывают диапазон измеряемых давлений от атмосферного до 10 ’ 10 Па. Большинство вакуумметров состоит из двух элементов: манометрического преобразователя сигнала давления в электрический сигнал и измерительного блока.
В производственных условиях преимущественно используются вакуумметры косвенного действия, которые практически безынерционны, охватывают широкий диапазон давлений и просты в эксплуатации.
Тепловые вакуумметры
Принцип действия термопарных вакуумметров основан на зависимости теплопроводности разреженных газов от молекулярной концентрации (или давления). Передача теплоты происходит от тонкой металлической нити к баллону, находящемуся при комнатной температуре. Металлическая нить нагревается в вакууме путем пропускания электрического тока.
Из курса молекулярной физики известно, что в плотном газе (высокое давление) теплопроводность не зависит от давления.
При понижении давления уменьшается теплопроводность газа, соответственно, возрастает температура подогревателя и увеличивается термо-э.д.с. При низких давлениях, когда средняя длина свободно пробега молекул больше среднего расстояния между нагретым телом и стенками вакуумметра ( А^ d), теплопроводность газа пропорциональна молекулярной концентрации (давлению).
Преобразователь (рис. 23) представляет собой стеклянный или металлический корпус, в котором на двух вводах смонтирован подогрева
тель, на двух других вводах крепится термопара, изготовленная из хро-мель-копеля или хромель-алюмеля. Термопара соединена с подогревателем, который нагревается током, его можно регулировать реостатом и измерять миллиамперметром. Спай термопары, нагреваемый подогревателем, является источником термо-э.д.с., значение которой показывает милливольтметр.
Точность измерения давления термопарным вакуумметром существенно зависит от правильного подбора тока накала подогревателя. Калибровка термопарной лампы (установка тока подогревателя), подбирается таким образом, чтобы стрелка милливольтметра точно совпадала с последним делением шкалы. При этих условиях согласно градуировочной кривой термопарного манометрического преобразователя можно по показаниям милливольтметра определить давление в вакуумной системе.
Измерительное уравнение теплового преобразователя можно записать так:
Из уравнения (1.19) видно, что давление является функцией двух переменных: тока накала нити 1н и температуры нити ТН.
Преимуществом тепловых преобразователей является то, что они измеряют общее давление всех газов и паров, присутствующих в ваку-
Существенным недостатком тепловых вакуумметров является изменение тока накала нити с течением времени, что требует периодической проверки тока накала. Недостатком также можно считать и их относительную инерционность, т.е. задержку отсчета во времени при быстром изменении давления. Существенное влияние на погрешность измерения тепловыми вакуумметрами оказывает колебание температуры окружающей среды.
Электронные ионизационные вакуумметры.
Принцип действия электронных преобразователей основан на ионизации газа электронами и измерении ионного тока, по величине которого судят о давлении.
Ионизация молекул газа производится электронами, эмитируемыми термокатодом и ускоряемыми электрическим полем электрода, на который подается положительный потенциал относительно катода.
1 коллектора. Таким образом, для измерения давления достаточно при заданном электронном токе измерить ионный ток и разделить на постоянную преобразователя.
Чувствительность ионизационных вакуумметров зависит от свойств газа, его температуры, электрического режима и геометрии, то есть
Часть электронов пролетает в пространство между анодной сеткой и коллектором. Так как коллектор имеет отрицательный потенциал отУдельная ионизация зависит от рода газа. Поэтому вакуумметр должен градуироваться отдельно для каждого газа.
Магнитные электроразрядные вакуумметры
Одним из путей, позволяющим сдвинуть границу измерения в сторону более низких давлений, может быть увеличение чувствительности манометра. Для этого необходимо, чтобы электроны проходили в пространстве ионизации по возможности большие расстояния до момента их попадания на коллектор электронов. Тогда вероятность ионизации молекул газа этими электронами значительно возрастает, что приведет к увеличению чувствительности манометра. Наиболее простым способом увеличения длины пути электронов в пространстве ионизации является использование магнитного поля, воздействующего на электроны.
Рассмотрим расположение электродов, предложенное Пеннингом. Принцип действия магнитных преобразователей основан на зависимости тока самостоятельного газового разряда в скрещенных магнитном и электрическом полях от давления. Электродные системы, обеспечивающие поддержание самостоятельного газового разряда при высоком и сверхвысоком вакууме, бывают нескольких видов.
Манометр имеет катод, которым является корпус 1, и анод в виде металлического кольца 2. Вдоль оси анода создается постоянным магнитом 3 магнитное поле с индукцией 0,05-0,2 Тл. Через балластный резистор на анод подается высокое положительное напряжение порядка 2,5-3 кВ.
Разряд поддерживается между анодом и катодами, соединенными электрически и расположенными по обе стороны от анода. Равномерное магнитное поле, параллельное оси системы, препятствует немедленному уходу на анод электронов. Из-за большой длины пути электрона сильно повышается вероятность ионизации даже при низких давлениях газа. Образующиеся в результате ионизации молекул электроны движутся, как и первичные электроны, тоже по спиральным траекториям и в конце концов после совершения актов ионизации попадают на анод. Вторичные электроны, выбиваемые из катода положительными ионами, также участвуют в поддержании разряда. Таким образом, благодаря магнитному полю и специальной конструкции электродов тлеющий разряд поддерживается даже тогда, когда средняя длина свободного пути электронов в газе во много раз превышает расстояние между анодом и катодом, что позволяет измерять низкие и сверхнизкие давления газа.
Недостатки: данные вакуумметры имеют меньшую точность измерения давления, нуждаются в периодической чистке.
Достоинства — простота конструкции и отсутствие горячего катода. Из-за этого вакуумметры могут быть включены при любом давлении.
Вакуумметр: что это за прибор, как работает, виды вакуумметров, технические характеристики и применение
Вакуумметры – это устройства, которые измеряют относительное давление вакуума, используют подходы, начиная от механического отклонения до измерения слабых электрических токов, вызванных молекулами ионизированного газа. Различные типы датчиков измеряют различные диапазоны давления. Когда давление падает почти до идеального вакуума, более чувствительные датчики измеряют небольшие изменения.
Наиболее распространенный вакуумметр в домашней мастерской измеряет изменения давления воздуха в коллекторе двигателя, когда поршни втягивают воздух в камеры сгорания.
Что вакуумметр измеряет
Что вакуумметр измеряет
Принцип работы и типы вакуумметров
Учитывая широкий диапазон давлений, возникающих при работе процессов в вакуумных печах (ошеломляющие 9 порядков величины), ни один манометр не подходит для всего диапазона возможных уровней вакуума. Как и в случае вакуумных насосов, для правильного охвата всего рабочего диапазона с необходимой точностью и точностью необходимы несколько датчиков.
Принцип работы и типы вакуумметров
Разные типы вакуумметров по-разному работают – в зависимости от используемых датчиков. Рассмотрим принципы действия механических, электронных, тепловых и ионных датчиков манометр-вакуумметров. Также упомянем автомобильные вакуумметры.
Этот подход к измерению вакуума использует изогнутую металлическую трубку, соединенную с источником вакуума. Когда давление в трубке падает, наконечник сгибается и перемещает волосок. Изменение натяжения пружины смещает иглу вдоль грани калиброванного циферблата.
Другие механические датчики используют герметичную воздушную камеру, отделенную от источника вакуума диафрагмой. Когда давление падает, диафрагма расширяется. Механическая система преобразует движение диафрагмы в показание циферблата.
Механические вакуумметры также могут соединять циферблатные дисплеи с герметичными капсулами, которые расширяются при падении давления в окружающей камере.
Используя ту же систему герметичной камеры и движущейся диафрагмы, электрические датчики преобразуют движение диафрагмы в изменения емкости или индуктивности, отображаемые на аналоговых или цифровых показаниях. Электрическая пластина, прикрепленная к диафрагме и расположенная параллельно неподвижной пластине, образует простой конденсатор, который накапливает электрический заряд в открытом пространстве между ними.
Когда изменения давления воздуха перемещают пластину диафрагмы, емкость изменяется. Катушки, расположенные аналогичным образом, изменяют индуктивность при изменении расстояния между ними, что приводит к различию напряжения, которое можно прочитать. Калибровка требует сравнения с уже известным показателем точности.
Тепловые или ионные датчики измеряют наименьшие изменения давления в самом низком из вакуума. Тепловые датчики обнаруживают изменения в способности газа рассеивать тепло. Когда давление падает, газ проводит тепло менее эффективно. Когда медный провод нагревается, его электрическое сопротивление возрастает, поэтому изменения сопротивления, когда подводимая мощность остается постоянной, обнаруживают незначительные изменения давления воздуха.
Ионные детекторы измеряют еще меньшие давления, используя заряженные пластины, чтобы пускать электроны через вакуум. Любые оставшиеся молекулы газа, пораженные электронами, вырабатывают электрический заряд и перетекают на пластину ионного коллектора, вызывая измеримый электрический ток, который изменяется с падением числа доступных молекул газа.
Ярким примером таких устройств являются вакуумметры ионизационно-термопарные.
Дроссельная заслонка карбюратора ограничивает количество воздуха, которое смешивается с топливом двигателя. Это вызывает низкое давление между дроссельной заслонкой и клапанами, которые пропускают воздух в поршневые камеры. Автомобильные вакуумметры, подключенные к коллектору, считывают вакуум в дюймах ртути, измеряя атмосферное давление. Вакуум ниже 3 дюймов во время запуска означает плохое сжатие и возможное износ поршневых колец.
Колебание давления вакуума на холостом ходу может привести к утечке клапанов в одном или нескольких цилиндрах. Постоянный вакуум указывает на то, что все цилиндры работают одинаково. Дополнительное трение длинных шлангов вакуумметра гасит тонкие сдвиги давления. Треснувшие или извитые шланги также вызывают ложные показания.
Это основные категории вакуумметров, которые дополнительно делятся на стрелочные, электроконтактные, цифровые, термопарные, ионмизационные и другие типы.
Типы дисплея и шкалы образцовых вакуумметров
Типы дисплея и шкалы образцовых вакуумметров
Вакуумметры имеют дисплей, позволяющий пользователю контролировать давление вакуума в системе. Типы дисплеев включают в себя:
Бывают устройства с одной шкалой, которые отображают давление только в одном наборе единиц. Устройства с двумя шкалами отображают давление в двух наборах единиц на одной поверхности циферблата.
Технические характеристики вакуумметров ТВ
Технические характеристики вакуумметров ТВ
Спецификации для вакуумметров включают в себя:
Как правило, вакуумметры используют классы точности Американского общества инженеров-механиков (ASME) и Немецкого института стандартизации Германии (DIN), стандартизации Германии. Примеры включают классы A, B, C и D, а также класс 1A (полная шкала 1%), 2A (полная шкала 0,5%), 3A (полная шкала 0,25%) и 4A (полная шкала 0,1%). Приборы периодически должны проходить проверку на соответствие стандартизированной точности.
Применение вакуумметров
Системы вакуума используются во многих отраслях промышленности, таких как автомобили, навигация, исследования и разработки, а также в производстве. Они могут использоваться для обеспечения перемещения материалов через систему или для очистки рабочей зоны от загрязняющих веществ. Датчики и инструменты, такие как вакуумметры ВИТ, Мерадат и другие, являются важным компонентом для обеспечения надлежащего функционирования и безопасности системы и оборудования.
Другие типичные области применения включают химические и нефтеперерабатывающие заводы, фармацевтику, морское бурение и добычу, бумажные фабрики, удобрения и т.д.