Датчики вакуумметрического давления: проверка и измерение манометром

Общая информация: понятие вакуума и единицы измерения

Термин «вакуум» как физическое явление означает среду, в которой давление газа ниже атмосферного.

Абсолютное давление служит количественной характеристикой вакуума. Базовая единица давления в Международной системе (СИ) — Паскаль (1 Па = 1 Н / м2). Однако на практике существуют другие единицы измерения, такие как миллибар (1 мбар = 100 Па) и торр или миллиметры ртутного столба (1 мм рт. Ст. = 133,322 Па). Эти единицы не являются единицами СИ, но они разрешены для измерения артериального давления.

Уровни вакуума

В зависимости от того, насколько давление ниже атмосферного (101325 Па), могут наблюдаться различные явления, поэтому для получения и измерения этого давления можно использовать различные средства. В настоящее время различают разные уровни вакуума, каждый из которых имеет собственное обозначение в зависимости от диапазонов давления ниже атмосферного:

• Низкий вакуум (HB): от 105 до 102 Па,
• Средний вакуум (CB): от 102 до 10-1 Па,
• Высокий вакуум (HV): от 10-1 до 10-5 Па,
• Сверхвысокий вакуум (UHV): от 10-5 до 10-9 Па,
• Чрезвычайно высокий вакуум (EHV): <10-9 Па.

Эти уровни вакуума разделены на три группы продуктов в зависимости от области применения.

Низкий вакуум: в основном используется там, где необходимо перекачивать большое количество воздуха. Для достижения низкого вакуума используются электромеханические пластинчатые насосы, центробежные насосы, насосы с боковым каналом, генераторы потока и т.д.

Низкий вакуум используется, например, на фабриках трафаретной печати.

Промышленный вакуум: термин «промышленный вакуум» относится к уровню вакуума от -20 до -99 кПа. Этот диапазон используется в большинстве приложений. Промышленный вакуум создается с помощью роторных, жидкостно-кольцевых, поршневых насосов и лопастных генераторов вакуума по принципу Вентури. Промышленные вакуумные приложения включают присоски, термоформование, вакуумный зажим, вакуумную упаковку и многое другое.

Технический вакуум: соответствует уровню вакуума -99 кПа. Этот уровень вакуума достигается с помощью двухуровневых ротационных насосов, эксцентриковых ротационных насосов, вакуумных насосов Рутса, турбомолекулярных насосов, диффузионных насосов, криогенных насосов и т.д.

Этот уровень вакуума в основном используется при сублимационной сушке, металлизации и термообработке. В науке технический вакуум используется как симуляция космического пространства.

Самый высокий вакуум на Земле значительно меньше абсолютного вакуума, который остается чисто теоретическим значением. На самом деле даже в космосе, несмотря на отсутствие атмосферы, мало атомов.

Основным толчком к развитию вакуумной техники стали исследования в промышленной сфере. В настоящее время существует большое количество приложений в различных отраслях. Вакуум используется в электронно-лучевых трубках, лампах накаливания, ускорителях частиц, металлургии, пищевой и авиакосмической промышленности, управлении ядерным синтезом, микроэлектронике, стекле и керамике, науке, промышленной робототехнике, системах захвата с присосками и т.д.

Примеры применения вакуума в промышленности

Системы с несколькими присосками OCTOPUS
Захват листового металла, стекла, мрамора, дерева и т.д. С помощью вакуумных присосок
Перемещение гранул, порошков, жидкостей и т.д.
Фиксированный объем дозирования
Захватывайте яйца вакуумными присосками
Перемещение и маркировка с помощью присосок
Открытие пакетов с помощью присосок. Датчик упаковки
Вакуумная пропитка
Вакуумные цилиндры для очистки от кожуры
Вакуумное формование полимеров
Вакуумная упаковка
Испытание вакуумным давлением

Вакуум и давление

Определение понятия «абсолютный вакуум» относится к плотности материи. Из физики известно, что если рассматривать газообразное вещество, плотность вещества прямо пропорциональна давлению. В свою очередь, когда они говорят о частичном вакууме, они имеют в виду, что плотность частиц материи в данном пространстве ниже, чем у воздуха при нормальном атмосферном давлении. Вот почему проблема вакуума — это вопрос давления в рассматриваемой системе.

В физике абсолютное давление — это величина, равная отношению силы (измеренной в ньютонах (Н)), приложенной перпендикулярно определенной поверхности, к площади этой поверхности (измеренной в квадратных метрах), то есть , P = F / S, где P — давление, F — сила, S — поверхность. Единицей измерения давления является паскаль (Па), в результате получается 1 Па = 1 Н / 1 м2.

Частичный вакуум

Экспериментально установлено, что при температуре 20 ° C на поверхности земли на уровне моря атмосферное давление составляет 101,325 Па. Это давление называется первой атмосферой (атм.). Примерно можно сказать, что давление в 1 атм эквивалентно 0,1 МПа. Отвечая на вопрос, сколько атмосфер в 1 паскале, мы получаем соответствующую пропорцию и получаем, что 1 Па = 10-5 атм. Частичный вакуум соответствует любому давлению в рассматриваемом пространстве, которое меньше 1 атм.

Если перевести эти цифры с языка давлений на язык числа частиц, то следует сказать, что при 1 атм. В 1 м3 воздуха содержится примерно 1025 молекул. Любое уменьшение указанной концентрации молекул приводит к образованию частичного вакуума.

Измерение вакуума

Наиболее распространенным устройством для измерения небольшого вакуума является обычный барометр, который можно использовать только тогда, когда давление газа составляет несколько десятков процентов от атмосферного давления.

Мостовая схема Уитстона используется для измерения более высоких значений вакуума. Идея использования заключается в измерении сопротивления чувствительного элемента, которое зависит от концентрации молекул в газе, который его окружает. Чем выше эта концентрация, тем больше молекул попадает в чувствительный элемент и тем больше тепла он передает им, это приводит к снижению температуры элемента, что влияет на его электрическое сопротивление. Этот прибор может измерять вакуум при давлении 0,001 атм.

Историческая справка

Интересно, что концепция «абсолютной пустоты» была полностью отвергнута известными древнегреческими философами, такими как Аристотель. Кроме того, существование атмосферного давления не было известно до начала 17 века. Только с приходом Новой Эры начались эксперименты с трубками, заполненными водой и ртутью, которые показали, что атмосфера Земли оказывает давление на все окружающие тела. В частности, в 1648 году Блез Паскаль сумел измерить давление ртутным барометром на высоте 1000 метров над уровнем моря. Измеренное значение оказалось намного ниже уровня моря, поэтому ученый доказал наличие атмосферного давления.

Первый эксперимент, четко продемонстрировавший силу атмосферного давления, а также подчеркнувший концепцию вакуума, был проведен в Германии в 1654 году и теперь известен как «Эксперимент с магдебургской сферой». В 1654 году немецкий физик Отто фон Герике смог плотно соединить две металлические полусферы диаметром всего 30 см, а затем откачать воздух из полученной конструкции, создав тем самым частичный вакуум. Рассказывают, что две команды по 8 лошадей в каждой, тянущиеся в разные стороны, не могли разделить эти сферы.

Абсолютный вакуум: существует ли он?

Другими словами, есть ли в космосе место, не содержащее материи? Современные технологии позволяют создавать вакуум 10-10 Па и даже меньше, но это абсолютное давление не означает, что в рассматриваемой системе не осталось частиц вещества.

Теперь перейдем к самому пустому космосу во Вселенной: открытому космосу. Какое давление в космическом вакууме? Давление в космическом пространстве вокруг Земли составляет 10-8 Па, при таком давлении в объеме 1 см3 находится около 2 миллионов молекул. Если говорить о межгалактическом пространстве, то, по мнению ученых, в нем тоже есть как минимум 1 атом в объеме 1 см3. Кроме того, наша Вселенная пронизана электромагнитным излучением, переносимым фотонами. Электромагнитное излучение — это энергия, которая может быть преобразована в соответствующую массу согласно известной формуле Эйнштейна (E = m * c2), то есть энергия вместе с материей является состоянием материи. Из этого следует, что в известной нам Вселенной нет абсолютного вакуума.

Разновидности вакуумных датчиков

Конструктивно это манометр, точно показывающий давление разреженных газов.

Поскольку газы разные, существуют разные типы вакуумметров. Они могут определять как полное давление в вакуумной среде, так и разницу с атмосферным давлением.

Наиболее распространенные датчики, способные измерять абсолютное давление:

• тип термопары;
• ионизация;
• на тензодатчиках;
• конвекция;
• емкостная мембрана.

Термопарные

Эти датчики измеряют теплопроводность окружающей среды с помощью нити накала.

Как только давление окружающей среды изменяется, теплопроводность газо-воздушной среды, в которой находится нить, изменяется.

Соответственно изменяется и температура нити накала. Его температура снимается термопарой.

Конструктивно датчик использует ТЭН и термопару.

Если взять за основу тезис о том, что при постоянном токе, проходящем через нагревательный элемент, его температура прямо пропорциональна теплопроводности окружающей среды, то можно измерить давление в вакуумной камере.

Теперь, если вы снизите давление, это вызовет уменьшение теплопроводности газа. Это, в свою очередь, повышает температуру нагревательного элемента и несет с собой электродвижущую силу термопары.

Зная величину зависимости термоЭДС от давления газа, можно точно определить давление в вакуумных системах.

Детекторы с термопарами работают в системах, где присутствуют разные типы газа. Точность измерений этим методом позволяет регистрировать изменение давления в диапазоне 2 × 10–1–2 × 10–4 мбар.

Датчики ионизационные

Работа ионизационных манометров основана на зависимости скорости ионизации газа от давления.

Эти датчики обычно двухконтурные:

• ионизация газа происходит по контуру;
• в другом — ионы.

О наличии давления судят по току, возникающему во время этого процесса. Скорость образования ионов прямо пропорциональна давлению и эффективности ионизации.

Это основной принцип работы ионизационных вакуумметров.

В разных моделях используются разные методы ускорения молекул ионных частиц. Это вакуумный детектор Баярда-Альперта и вакуумметр с холодным катодом.

Вакуумные датчики и вакуумметры

Еще один интересный момент — категоризация вакуумметров. Собираясь покупать себе подобные устройства, будьте готовы к тому, что они обычно делятся на несколько вариантов. Если вас интересуют качественные устройства, вам необходимо будет немного ознакомиться с наиболее продаваемыми версиями такой техники.

Вакуумметры и манометры

Теперь рассмотрим категории, на которые делятся вакуумные датчики и вакуумметры:

• Ионизация: принцип работы основан на ионизации газов, что позволяет контролировать все процессы ионизации, избегая сбоев в работе.
• Альфатрон: активные альфа-частицы используются для управления процессом ионизации системы. Такие вакуумметры считаются не только надежными, но и очень удобными в использовании.
• Термопары: принцип действия — охлаждение некоторых элементов системы. Его можно использовать как в высоковакуумных, так и в низкоуровневых установках. Внутренняя термопара в таких устройствах постоянно контактирует с нагревательной проволокой.
• Емкостный: во время активности они могут изменять уровень емкости конденсатора, увеличивая расстояние. Во многом это связано с гибкой мембраной внутри конденсатора.
• Термисторы: предназначены для поддержания постоянного сопротивления в системе. В основном используется в больших вакуумных установках, требующих высокого уровня вакуума.
• Classic — простейшие манометры, используемые при измерении диапазона низкого давления. Часто эти датчики работают на жидкой основе, иногда они требуют замены жидкости, чтобы избежать сбоев в работе.

Основываясь на вышеизложенном, мы можем понять, что вакуумметры и датчики вакуума являются очень важным элементом, используемым в оборудовании на основе вакуума. Датчик вакуума активно применяется во всех вариантах вакуумного оборудования, так как иначе контролировать все важные процессы в системе практически невозможно. Для этого, собственно, предусмотрены манометры, вакуумметры и аналогичные устройства. Главное — определить для себя, какой вариант датчика вакуума подходит для использования в вашей вакуумной установке.

Вакуумный датчик давления

Абсолютно все вакуумные установки так или иначе связаны с давлением в системе. Чтобы его показатели не превышали допустимую отметку, были созданы специальные датчики давления вакуума, которые играют в таком оборудовании огромную роль. Эти датчики, как и все остальное оборудование, делятся на несколько категорий по принципу действия.

Датчик давления вакуума

Среди всех вариантов можно смело выделить 3 категории датчиков давления вакуума:

• Ионизация: такие датчики используются исключительно с использованием горячего или холодного катода. Этот элемент позволяет осуществлять процесс ионизации газа, измеряя уровень ионного тока. Часто датчики ионизационного типа используются в больших вакуумных системах, где требуется средний и высокий уровень вакуума.
• Деформация — измерение давления в таких устройствах, которое происходит из-за воздействия газа на чувствительную область датчика. Таким образом, можно изменять давление в диапазоне до 1 мбар. К числу таких вакуумметров смело можно отнести компараторы, емкостные мембранные вакуумметры и тензодатчики. С помощью таких приборов можно измерять практически все виды газа, за очень редкими исключениями.
• Тепловой: принцип работы таких датчиков построен таким образом, что тип газа, используемого в системе, играет одну из важнейших ролей. Процесс измерения осуществляется по теплопроводности, в результате чего можно определить, понижен уровень давления или повышен. Тот же принцип работает: датчики Пирани, датчики конвекции и многие другие устройства на основе вакуума.

Выбирая вакуумметры для использования в вакуумном насосе, печи или камере, стоит понимать, что на самом деле это не так просто. Датчики вакуума — это устройства, которые не могут быть слишком дешевыми. Если вы столкнулись с очень дешевым вариантом вакуумметра, лучше не покупать это устройство. Причина этого может заключаться в стабильности и надежности вакуумного датчика. Кроме того, рынок современного вакуумного оборудования предлагает широкий выбор таких датчиков. При желании и немного времени вы легко найдете отличное устройство, которое повысит эффективность и стабильность вашей вакуумной установки.

Вакуумный датчик температуры

Не менее важную роль в работе вакуумных установок играют вакуумные датчики температуры. Они также используются в большинстве вариантов вакуумных систем для обеспечения высокого уровня стабильности и бесперебойной работы во время рабочего процесса. Принцип работы таких датчиков максимально прост и сводится к тому, что превышение или понижение пороговых показателей температуры заставляет это устройство начать работать. Если неисправность не особо серьезная, то датчик способен сам вносить изменения в рабочий процесс, уравновешивая все рабочие моменты. Но если речь идет о серьезных сбоях, датчик сигнализирует о них, отображая информацию на панели управления или используя установленные индикаторы. Не менее значительную роль играет и ценовой диапазон, в котором находится датчик вакуума.

Датчик температуры вакуума

Теперь мы рассмотрим ценовые диапазоны вакуумных датчиков температуры и показания, в которых они могут быть использованы:

• Низкий ценовой диапазон — от 350 руб. До 1200 руб
• Средний ценовой диапазон — от 1200 руб. До 2500 руб
• Самый высокий ценовой диапазон — от 2500 руб. До 5000 руб. И выше

Датчики температуры более низкого ценового диапазона предназначены для использования в устройствах с низким уровнем вакуума. Часто такое оборудование используется дома, где не требует завышенных показателей производительности. Средний ценовой сегмент вакуумметров уже более функциональный и может безопасно использоваться на малых предприятиях. Он может контролировать температуру в системах, работающих при среднем вакууме. Что ж, премиальный ценовой сегмент — это датчики, которые можно использовать в любом оборудовании, даже если это касается высокотехнологичной индустрии. Все, что вам нужно сделать, это выбрать совместимую модель датчика и установить ее.

Купить датчик вакуума можно практически в любом городе, от Москвы до Екатеринбурга. Главное — не делать поспешных выводов и стараться заранее проверить работоспособность, совместимость и технические характеристики вакуумметра. В остальном покупка такого оборудования не должна вызвать никаких проблем.

Датчик вакуумного насоса

Датчик вакуумного насоса состоит из двух частей. Первый элемент преобразует любое даже незначительное воздействие системы в электрический сигнал. Второй элемент предназначен для оценки входного сигнала и преобразования его в значения вакуума в технологической линии. Это значение позволяет оператору оценить состояние вакуума в системе.

Датчик вакуумного насоса

Для создания удобочитаемого информационного сигнала предусмотрена единица измерения, которая включает в себя блок питания и систему электрических цепей, обеспечивающих правильную работу вакуумного датчика.

Вакуумный датчик Пирани

Вакуумметр Пирани

Принцип работы датчика вакуума Пирани заключается в определении зависимости давления газа и теплоотдачи рабочего элемента датчика. В качестве рабочего элемента используется очень тонкая стальная проволока, соединенная с трубой с помощью фланца при комнатной температуре. Пропуская электрический ток через нить накала, она нагревается. На основе уравнения теплового баланса вычисляется напорное число с помощью резистивного манометра, когда в технологической схеме происходит перепад давления, теплоотдача рабочего элемента уменьшается, то есть провод излучает меньше тепла. Количество тепла калибруется по величине давления в технологической системе.

Датчик вакуумной системы

Большое количество технологических процессов в промышленности протекает под воздействием вакуума, значение которого необходимо постоянно контролировать. В различных диапазонах рабочего давления используются различные типы вакуумметров. Датчики вакуумной системы делятся на тензодатчики, ионизационные и термодатчики.

Датчик вакуумной системы

Принцип действия датчика деформации заключается в воздействии на чувствительный элемент. Датчики этого типа включают тензодатчики, компараторы, мембранные и емкостные. Показания датчика этого типа не могут зависеть от типа используемого газа.

Принцип работы термодатчиков заключается в изменении теплопроводности чувствительного элемента при изменении величины давления в системе.

Датчик ионизации вакуумной системы может быть с холодным или горячим катодом. Принцип действия датчика ионизации вакуумной системы заключается в ионизации газа и измерении полученного значения тока.

Вакуумный датчик с холодным катодом

Устройство магнитного разряда, создающее очень сильное магнитное поле. Особое расположение магнитов создает спиральное движение ионов. Эта модель удерживает заряженные частицы и, таким образом, увеличивает ионизационную способность.

Из-за этого показания прибора несколько расплывчаты, но срок службы практически неограничен, так как в этом механизме нет трущихся деталей и при работе он не нагревается.

Датчики могут измерять текущий напор в условиях вакуума от 10-9 до 10-2 мбар.

Прибор Байард-Альперта

Также датчик ионизации с нитью и термоэлектрической эмиссией, которая, в свою очередь, создает множество электронов, которые ионизируют мельчайшие частицы газа.

Во время работы устройства генерируется ток с силой, соизмеримой с уровнем вакуума. Датчик считывает эту силу и переводит ее в определенные значения давления.

Эти датчики могут работать при низких давлениях в диапазоне 1 × 10-12… -9… 1 × 10-4 мбар.

Поскольку в такой системе нет сильных магнитов, это позволяет использовать такие датчики в таких специфических устройствах, которые требуют наличия магнитных полей.

Преимущества этих устройств:

• надежность;
• быстрый ответ;
• низкая цена.

Тензорезисторный

Строго говоря, этот датчик вакуума представляет собой разновидность резистора, с проводником, приклеенным к специальной подложке, способной деформироваться от внешних воздействий. Поскольку два элемента соединены вместе, изменение параметра подложки приведет к изменению длины проводника и, как следствие, его поперечного сечения. При изменении этих физических параметров изменяется и сопротивление резистора. Осталось измерить сопротивление тензодатчика. Характер изменения сопротивления используется для определения давления, прилагаемого к подложке.

Как правило, в реальных датчиках тензодатчик приклеивается к пружинной мембране. Когда на мембрану действует внешнее давление, она деформируется вместе с тензодатчиком.

Такие вакуумметры по праву могут быть одними из самых точных. Они используются исключительно для измерений в вакуумных системах, где давление составляет от 1 до 2000 мбар.

Датчик вакуума этого типа может использоваться в различных газах, поскольку он не содержит нагревательных элементов.

Примером тензодатчика является датчик перепада давления Foxboro IDP10.

Конвекционные детекторы

Одна из разновидностей теплового извещателя — конвекционный вакуумметр. Его работа основана на эффекте прямого подчинения теплопередачи газов давлению.

Используйте нить накала. Он оборачивается вокруг всего устройства. С его помощью датчик может преобразовывать тепловую энергию в напряжение.

По мере увеличения уровня вакуума коэффициент теплоотдачи уменьшается. С повышением температуры проволоки соответственно увеличивается ее сопротивление. Теперь, понимая эту взаимосвязь, если вы измеряете сопротивление провода, вы можете рассчитать степень вакуума.

Этот вакуумметр позволяет быстро считывать показания шкалы прибора.

Мембранно-емкостные

Принцип работы емкостного мембранного детектора предельно прост. Важнейшим элементом этого устройства является плоская мембрана, разделяющая камеру из нержавеющей стали на измерительную и контрольную части. Одна половина вакуумирована и изолирована, другая — вакуумная камера

Мембрана регистрирует амплитуду кривизны газа, поступающего в измерительную камеру, изгибаясь в сторону более низкого давления.

Теперь осталось только убрать электрический сигнал дисбаланса между двумя камерами из электронной схемы датчика.

Эти датчики обеспечивают возможность точного измерения давления с нижним пределом до 10–5 мбар. Работа этих детекторов не зависит от типа измеряемого газа.

Вакуумный датчик, типы устройств и принцип работы

Датчики вакуумные, особенности различных моделей

Назначение вакуумного тестера

В любом современном автомобиле многие узлы, части и целые системы используют в своей работе повышение или понижение давления (вакуума) воздуха, газов и жидкостей. Например, основная тормозная система автомобиля — гидравлическая, подача топлива и воздуха в карбюратор и камеру сгорания осуществляется за счет вакуума, уменьшение интенсивности звука выхлопных газов за счет повышенного давления и скоро

Большинство этих систем могут работать только при определенном давлении и вакууме, и отклонения от этих значений приведут к неисправностям. Диагностика может проводиться несколькими способами, но самый простой — это использование специального прибора для проверки давления и герметичности — вакуумметра.

Современные вакуумные тестеры — действительно универсальные инструменты, способные решать самые разные задачи. Их основное предназначение — проводить измерения, однако многие устройства позволяют обслуживать различные агрегаты и системы. Поэтому вакуумметр будет большим подспорьем любому автовладельцу, заботящемуся о содержании своего автомобиля.

Комплектация приспособления

Большинство вакуумных тестеров имеют примерно одинаковую настройку и содержат следующие основные инструменты:

• Ручной вакуумный насос с манометром — насос создает необходимый вакуум или давление воздуха или технических жидкостей, манометр используется для измерения давления;
• Шланги для подачи воздуха или жидкости;
• Адаптеры (переходники) — обычно из резины, позволяют подключать помпу к самым разным узлам и частям автомобиля;
• Емкости для технических жидкостей — необходимы для проведения работ по прокачке тормозной системы, перекачиванию технических жидкостей и т.д.

Некоторые комплекты содержат минимум инструментов и принадлежностей, но универсальный тестер (такой как, например, набор JTC) включает в себя все вышеперечисленные компоненты и большое количество (в частности, более десятка переходников и переходников), которые позволяет проводить диагностику и обслуживание автомобильных систем практически всех марок и моделей.

Примеры использования вакуумного тестера

В одной небольшой статье описать всю инструкцию по использованию этого устройства невозможно — она ​​универсальна и позволяет решать самый широкий круг задач. Поэтому здесь мы укажем только, для каких целей можно использовать вакуумметр:

• Диагностика вакуумных и жидкостных датчиков;
• Измерение степени разрежения во впускном коллекторе (для проверки работы карбюратора, клапанов);
• Проверить герметичность вакуумных магистралей;
• Прокачка тормозной системы;
• Диагностика топливной системы;
• Диагностика системы кондиционирования;
• Тестирование выхлопной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов;
• Диагностика системы зажигания (проверка датчика вакуума);
• Перекачка технических жидкостей.

Как проводить определенные работы, указано в инструкции для данного автомобиля, а также даны общие рекомендации по диагностике и ремонту отдельных компонентов и систем.

У этого средства при всех его достоинствах есть еще одно — доступная стоимость, поэтому его может купить любой автовладелец и сэкономить много денег на обслуживании автомобиля в будущем.