для чего используется вакуумметр
Как работает вакуумметр — принцип работы и область применения
Для измерения давления пара или разреженного газа используются специальные приборы — вакуумметры. Они применяются как в быту, так и в промышленности для определения степени разряженности технологических полостей и маслопроводов, контроля функционирования вакуумных насосов, при обслуживании кондиционеров, в автомобильном сервисе.
Что такое вакуумметр
Вакуумный манометр – это аппарат для измерения давления разреженных газов. Он состоит из двух основных элементов. Первый предназначен для преобразования определенных состояний датчика в электрические сигналы, второй – для перевода этих сигналов в цифровую величину, понятную пользователю.
Измерительный блок состоит из блока питания, электрических цепей и узла, который трансформирует и отображает информацию. В современных вакуумметрах прослеживается тенденция к объединению преобразователя давления и измерительного механизма в одном эргономичном корпусе. Такие приборы относятся к моноблочному вакуумному измерительному оборудованию. Показатели давления отображаются на жидкокристаллическом дисплее или циферблате. Стрелочные вакуумметры для измерений в низком вакууме представлены на сайте www.msht.ru. Это точные приборы от известного немецкого производителя вакуумно-компрессорного оборудования. Техника предназначена для промышленных и лабораторных нужд.
Принцип действия
Под давлением понимают воздействие газовых частиц на конкретную площадь. В тех или иных отраслях промышленности, а также научных исследованиях произвести измерения прямым методом невозможно из-за очень малых величин давления.
Существуют так называемые высокий и сверхвысокий вакуум, где частицы газа имеют большой свободный пробег. В этом случае, давление определяется при помощи ионизации, когда заряженные частички электрическим полем направляются на электроды. Тот или иной показатель величины тока является количественной характеристикой давления.
Существуют приборы для измерения относительного и абсолютного давления. По принципу действия они также подразделяются на тепловые, пьезорезистивные и ионизационные.
Тепловые вакуумметры являются самыми распространенными. С их помощью производятся измерения в низком и среднем вакууме. Приборы имеют приемлемую точность и отличаются невысокой стоимостью. Принцип действия теплового вакуумметра заключается в измерении разности первоначальной и конечной теплопроводности газа.
Пьезорезистивные вакуумные измерители имеют более высокую (в сравнении с тепловыми) точность. Такие вакуумметры позволяют производить замеры в диапазоне от 1 атмосферы до 1 мм ртутного столба. В более точных моделях – до 0,1 мм. рт. ст.
Ионизационные вакуумметры предназначены для измерения давления в высоком вакууме. Для этого атомы сильно разреженного газа предварительно ионизируются, для чего используются мощные электромагнитные или электрические поля. После этого измеряется ток. Для ионизации иногда используются СВЧ-излучение и радиоактивные вещества.
Самыми распространенными видами вакуумметров, представленных на рынке, являются магниторазрядный и высоковакуумный. Первый работает по принципу ионизации атомов ускоренными электронами, движущимися по спирали, что существенно увеличивает их жизненный цикл, соответственно – ионизационную способность. Вакуумметры с холодным катодом отличаются высокой надежностью и способны выдавать точные результаты на протяжении многих лет.
Высоковакуумные датчики с нитью накала для образования потока электронов используют принцип термоэлектронной эмиссии. Электроны ионизируют атомы, которые в свою очередь приводят к появлению электрического тока. Его значение прямо пропорционально величине давления газа. Величина тока регистрируется, после чего происходит пересчет в давление.
Применение вакуумметра
Прибор имеет широкую сферу применения. Например, в промышленности вакуумные датчики используются для контроля вентиляции помещений, выбросов в атмосферу продуктов производства, контроля многих технологических процессов, связанных с давлением.
Такая техника необходима для предприятий химической и пищевой промышленности, производства фармацевтических средств. Без вакуумметра невозможно проведение определенных работ в специализированных лабораториях и учреждениях тепло-водоснабжения.
Помимо традиционных приборов, существуют так называемые мановакуумметры, предназначенные для одновременного измерения избыточного давления (манометрического) и давления разреженного газа (вакуумметрического). Этот комбинированный прибор с успехом применяется в пищевой промышленности. Его корпус и внутренняя начинка изготовлены из нержавеющей стали (защита от коррозии), что позволяет ему работать в среде с повышенной влажностью.
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.
Вакуумметр: что он измеряет, его типы и область применения
Вакуумметрами называют приборы для измерения уровня разрежения. Область использования вакуумметров довольно широка, их используют в нефтяной промышленности, судостроении, лабораторных исследованиях, медицине и во многих сферах промышленности. Любая вакуумная система нуждается в контроле разрежения, поэтому спрос на вакуумметры очень велик.
Есть стрелочные вакуумметры, а есть электроконтактные с цифровой индексацией. Эти аппараты отличаются лишь визуально, разницы в точности показаний и области применения нет. Внимание! Многие путают манометры и вакуумметры, а они существенно различаются. Первый нужен для измерения пониженного давления, а второй для повышенного.
Если в системе есть риск повышенного и пониженного давления, то применяется комбинированный прибор, его называют манометр-вакуумметр или мановакуумметр.
Типы вакуумметров и датчиков вакуума
В зависимости от области применения вакуумметры сильно отличаются. Существует три основных типа таких аппаратов:
Каждый из этих вакуумметров предназначен для своей цели, все они отличаются по точности. Механические вакуумметры с пружинным механизмом измеряют разрежение за счет изменения положения рабочего элемента. Пружина здесь играет роль компенсатора деформации рабочего органа.
Ионизационные аппараты работают по принципу измерения силы тока, который передается атомами. Этот прибор обеспечивает наивысшую точность измерения. Применяется он при работе со средним и глубоким вакуумом.
Подробнее об ионизационных вакуумметрах
По точности измерения, ионизационному аппарату уступают все другие вакуумметры. А если учитывать его надежность, то можно смело сказать, что это один из лучших измерителей давления. Принцип работы этих агрегатов заключается в том, что, когда катод нагревается, он начинает излучать стабильные отрицательно заряженные частицы, которые перемещаются к анодной решетке. В связи с тем, что решётка имеет довольно крупные (по соотношению к электронам) ячейки, многие отрицательно заряженные частицы проходят сквозь нее.
Внимание! Прежде чем попасть на решётку, частицы могут некоторое время колебаться.
Подробнее об ионизационных вакуумметрах
Когда отрицательно заряженные частицы соприкасаются с газами, начинается процесс ионизации. Ионы движутся к катоду и создают ток. Соответственно, чем выше уровень концентрации молекул газов, тем больше ток. Замеряя ток, ионизационные вакуумметры дают точные показатели давления. Такие агрегаты чаще всего используют в лабораториях. Наиболее популярной моделью таких агрегатов является «вакуумметр ионизационно-термопарный ВИТ 2».
Трубка бурдона
Трубка бурдона — это механический аппарат. Принцип его работы заключается в том, что трубка деформируется и один из ее концов соприкасается со средой измерения под действием давления. Давление может постоянно меняться, поэтому трубка бурдона не всегда показывает точные результаты.
Внимание! Для производства трубки используют такие материалы, которые будут нейтральны к среде измерения. Это нужно чтобы характеристики среды не влияли на точность показаний. Такие трубки изготавливают многие производители. В ассортименте «Wika» есть очень много различных трубок бурдона, которые отличаются размером, материалом изготовления и диаметром. Это позволяет использовать прибор в любой среде (нейтральная, агрессивная).
Вакуумметры Пирани
Такие вакуумметры работают за счет отбора энергии тепла бьющимися газовыми молекулами об нагретую нить. То есть чем больше молекул бьется об нить, тем ниже температура нити, и наоборот. Сопротивление металла становится выше если он нагревается, соответственно измерив сопротивление можно узнать давление.
Внимание! Нить находится внутри корпуса присоединенного к измеряемой среде. Поэтому изменения температуры воздуха никак не влияет на точность показаний. Чаще всего для изготовления нити используют вольфрам, никель или платину. Каждый из материалов используется в разных областях. Вольфрамовые нити хороши для работы с номинальной газовой средой. Никель — это отличный вариант для агрессивной ГС. А платиновые нити чаще всего применяются для точных лабораторных исследований.
Тепловые вакуумметры
Принцип работы тепловых измерителей заключается в том, что теплопроводность меняется от различного уровня давления. Чтобы измерять разрежённость, используется нить и теплоприемник, который является корпусом устройства. Чтобы точность была высокой требуется напряжение одного уровня, которое передается на нить. При скачках напряжения нить будет либо сильно греется, либо будет холодной, и это будет отражаться на точности показаний. Минусом тепловых вакуумметров является то, что нить рано или поздно начинает выгорать, что тоже буде сказываться на точности измерения.
Тепловые вакуумметры не защищены от воздействия окружающей среды. Если температура воздуха будет высокой, то нагреется корпус, соответственно будет нагрета и нить, а это в свою очередь повлияет точность измерений.
Мембранные вакуумметры
Мембранные вакуумметры действуют следующим образом: атмосферное давление воздействует на мембрану с одной стороны, а вакуум с другой, в результате чего она деформируется. То на сколько мембрана деформировалась, измеряется механическим способом (иногда электронным), а результат передается на экран вакуумметра.
Внимание! Мембрана довольно упругая, поэтому она легко восстанавливается после выравнивания давления. Простота в эксплуатации и высокий уровень надежности, сделали мембранные вакуумметры очень популярными. Однако есть и свои минусы. Самый главный недостаток мембранных вакуумметров в том, что они не могут быть использованы при работе с глубоким вакуумом, так как диапазон возможных измеряемых давлений у аппарата очень мал.
U-образный гидростатический и компрессорный вакуумметры
U-образный вакуумметр производит измерения за счет воздействия избыточного вакуума на жидкость, которая находится в трубке. Давление на концах трубки разное, и стрелка показывает разницу. Сейчас такие приборы почти не используется из-за небольшого диапазона измерений.
Для работы с глубоким вакуумом используется компрессорный вакуумметр. По сути это модифицированная версия U-образного аппарата. Отличия между ними в том, что в компрессорном аппарате жидкость в трубке сжимается, что увеличивает диапазон измерения. Такие агрегаты даже могут быть использованы при работе с глубоким вакуумом. Однако, чаще всего, компрессорный вакуумметр применяется как прибор калибровки.
U-образный гидростатический и компрессорный вакуумметры
Производители вакуумметров
Чаще всего вакуумметры производят фирмы, которые занимаются производством вакуумных систем. Нередки случаи, когда производитель сразу комплектует вакуумное оборудование фирменными датчиками. Внимание! Есть небольшие компании, которые занимаются производством непосредственно самих вакуумметров. Чаще всего эти компании делают датчики по заказу более крупных фирм. Одной из самых популярных компаний является «Тираконт». Под этим баварским брендом производится вакуумметры, вакуумные системы, вакуумная арматура и многое другое. Вся продукция этой фирмы соответствует всем стандартам качества и поэтому пользуется спросом по всему миру.
Из российских брендов хорошо себя зарекомендовала компания «ЮМАС». Эта фирма производит различное вакуумное оборудование. Одним из самых популярных продуктов «ЮМАС» является вакуумметр МВП 100. Есть вариация этого аппарата, в корпусе с защитой от влаги и пыли. В ассортименте компании также есть запарные арматуры, манометры и другое оборудование для вакуумных систем. Все что изготовляет «ЮМАС» соответствует всем требованием государственного стандарта качества. Приборы этой фирмы пользуются спросом не только на отечественном рынке, но и за рубежом.
Среди узко направленных фирм, занимающихся производством измерительной аппаратуры, стоит отметить немецкую компанию «Ebro Electronic». Эта фирма выпускает с конвейера манометры, термометры, датчики влажности и вакуумметры. Самая популярная модель вакуумметра «Ebro Electronic» это VAM-320. Абсолютно все приборы, выпускаемые этой компанией, имеют высокое качество сборки и точность измерений. Поэтому вакуумметрами этой фирмы пользуются даже в лабораторных исследованиях.
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.