Вакуумметр – это тип измерительного оборудования, которое измеряет различные характеристики вакуума. Существует огромное количество конструкций вакуумметров, главными элементами которых являются вакуумные датчики. Они доступны для использования в любом количестве промышленных или лабораторных применений. К ним относятся промышленный датчик давления, датчик давления жидкости и микродатчик давления, среди прочих.
Содержание:
- Что измеряет вакуумметр?
- Типы манометров-вакуумметров
- Принцип работы вакуумметров
- Типы датчиков давления
- Тензодатчики
- Емкостные датчики давления
- Потенциометрические преобразователи давления
- Резонансные проводные датчики давления
Что измеряет вакуумметр?
Что измеряет вакуумметр?
Вакуумметры применяются для измерения общего, полного давления, которое равно сумме парциальных давлений газов. Для определения парциального давления перекачиваемого вещества, в большинстве случаев, применяют масс-спектрометрические методы измерения.
Типы манометров-вакуумметров
Типы манометров-вакуумметров
Существуют такие виды вакуумметров:
- Стрелочные.
- Электроконтактные.
- Электронные (цифровые).
- Образцовый.
- Ионизационный.
- Термопарный.
Популярностью пользуются ионизационно-термопарные вакуумметры, Мерадат, ТВ, Вит 2 и т.д.
Принцип работы вакуумметров
Схема действия этих устройств для измерения вакуума довольно простая. Рассмотрим ее на примере вакуумметра Пирани.
Принцип работы вакуумметров
Традиционный вакуумметр Pirani, первоначально изобретенный Марчелло Стефано Пирани в 1906 году, основан на горячей металлической проволоке, подвешенной в трубке, которая подвергается воздействию газовой среды. Датчик Пирани измеряет теплопроводность, зависящую от давления вакуума, от нагретой проволоки до окружающего газа. Нагретая нить датчика Пирани обычно изготавливается из тонкой (<25 мкм) вольфрамовой, никелевой или платиновой проволоки.
Когда молекулы газа сталкиваются с нитью накала, тепло передается от горячей проволоки. Потери тепла являются функцией давления газа, а при низком давлении низкая плотность газа и большая длина свободного пробега между молекулами газа обеспечивают низкую теплопроводность. При высоком давлении высокая плотность газа и короткая длина свободного пробега между молекулами приведут к высокой теплопроводности.
Проволочная нить Пирани, как правило, работает в сбалансированной мостовой схеме Уитстона, где одна ветвь моста является нитью Пирани, а три других элемента баланса мостовой цепи и температуры компенсируют цепь.
Нить накала поддерживается при постоянной температуре, и когда плотность газа изменяется, и, следовательно, теплопроводность изменяет энергию, необходимую для поддержания проволоки, соответственно. Следовательно, подача напряжения на мост Уитстона зависит от давления вакуума, и измеренное напряжение моста может быть преобразовано в значение давления.
Датчик Пирани измеряет теплопроводность газа и, следовательно, измерение зависит от свойств газа.
Типы датчиков давления
Датчики давления могут иметь различные формы, размеры и характеристики, но большинство датчиков имеют цилиндрический центр, в котором расположены диафрагма и измерительная камера давления, порт давления на одном конце которого обычно имеет резьбовую, болтовую и зазубренную посадку, а на другом конце место для передачи сигнала.
Типы датчиков давления
Механические методы измерения давления известны на протяжении веков. U-образные манометры были одними из первых индикаторов давления. Первоначально эти трубки были сделаны из стекла, и весы были добавлены к ним по мере необходимости. Но манометры большие, громоздкие и плохо подходят для интеграции в контуры автоматического управления. Поэтому манометры обычно находятся в лаборатории или используются в качестве локальных индикаторов. В зависимости от используемого эталонного давления они могут указывать абсолютное, манометрическое и дифференциальное давление.
Датчики перепада давления часто используются при измерении расхода, когда они предназначены для измерения перепада давления на трубке Вентури, отверстии или другом типе первичного элемента. Обнаруженный перепад давления связан со скоростью потока и, следовательно, с объемным расходом. Многие особенности современных датчиков давления были получены от датчика перепада давления. Фактически, можно считать датчик перепада давления моделью для всех датчиков давления.
Вот краткое описание различных типов доступных датчиков давления, включая принципы работы, плюсы и минусы каждого из них.
Тензодатчики
Датчики давления тензометрического типа широко используются, особенно для измерения давления в узком диапазоне и для измерения перепада давления. Эти устройства могут определять манометрическое давление, если порт низкого давления остается открытым для атмосферы или дифференциального давления, если он подключен к двум давлениям процесса. Если сторона низкого давления является герметичным эталонным вакуумом, датчик будет действовать как датчик абсолютного давления.
Тензодатчики
Тензодатчики доступны для диапазонов давления от 3 дюймов воды до 200 000 фунтов на квадратный дюйм (1400 МПа). Погрешность колеблется от 0,1% диапазона до 0,25% от полной шкалы. Дополнительными источниками ошибок могут быть 0,25% дрейфа полной шкалы в течение шести месяцев и влияние температуры полной шкалы 0,25% на 1000 ° F.
Емкостные датчики давления
Емкостные датчики давления были первоначально разработаны для использования в исследованиях низкого вакуума. Изменение емкости происходит в результате движения элемента диафрагмы. В зависимости от типа давления, емкостный преобразователь может быть преобразователем абсолютного, манометрического или дифференциального давления.
Емкостные датчики давления
Емкостные датчики давления широко распространены отчасти из-за их широкого диапазона, от высокого вакуума в микронном диапазоне до 10000 фунтов на квадратный дюйм (70 МПа). Перепад давления всего 0,01 дюйма воды может быть легко измерен. И, по сравнению с тензодатчиками, они не сильно смещаются. Доступны лучшие дизайны, которые с точностью до 0,1% от чтения или 0,01% от полной шкалы. Типичный температурный эффект составляет 0,25% от полной шкалы на 1000 ° F.
Датчики емкостного типа часто используются в качестве вторичных стандартов, особенно в приложениях с низким дифференциальным давлением и низким абсолютным давлением. Они также очень отзывчивы, потому что расстояние, которое диафрагма должна физически преодолевать, составляет всего несколько микрон. Новые емкостные преобразователи давления более устойчивы к коррозии и менее чувствительны к паразитным емкостным и вибрационным эффектам, которые вызывали «дрожание чтения» в старых конструкциях.
Потенциометрические преобразователи давления
Потенциометрический датчик давления обеспечивает простой способ получения электронного выхода от механического манометра. Устройство состоит из точного потенциометра, чей рычаг стеклоочистителя механически связан с элементом Бурдона или сильфона. Перемещение рычага стеклоочистителя через потенциометр преобразует механически обнаруженное отклонение датчика в измерение сопротивления с использованием мостовой схемы Уитстона.
Потенциометрические преобразователи давления
Механическая природа звеньев, соединяющих рычаг стеклоочистителя с трубкой Бурдона, сильфоном или элементом диафрагмы, вносит неизбежные ошибки в этот тип измерения. Поэтому им нужна частая проверка. Температурные эффекты вызывают дополнительные ошибки из-за различий в коэффициентах теплового расширения металлических компонентов системы. Ошибки также будут возникать из-за механического износа компонентов и контактов.
Резонансные проводные датчики давления
Датчик давления с резонансной проволокой был представлен в конце 1970-х годов. В этой конструкции провод удерживается статическим элементом на одном конце и чувствительной диафрагмой на другом. Контур генератора вызывает колебания провода на его резонансной частоте. Изменение давления процесса изменяет натяжение проволоки, что, в свою очередь, приводит к изменению резонансной частоты проволоки. Цифровой счетчик обнаруживает сдвиг. Поскольку это изменение частоты может быть обнаружено достаточно точно, этот тип преобразователя можно использовать для приложений с низким перепадом давления, а также для определения абсолютного и манометрического давления.
Резонансные проводные датчики давления
Наиболее существенным преимуществом резонансного проводного датчика давления является то, что он генерирует цифровой сигнал по своей природе и, следовательно, может отправляться непосредственно на стабильные кристаллические часы в микропроцессоре. Ограничения включают чувствительность к изменению температуры, нелинейный выходной сигнал и некоторую чувствительность к ударам и вибрации. Эти ограничения обычно сводятся к минимуму за счет использования микропроцессора для компенсации нелинейностей, а также изменений температуры окружающей среды и температуры процесса.