вакуумметр измеряет какое давление
Вакуумметр. Измерение давления разрежённых газов
Измерение вакуума (разницы между атмосферным и фактическим давлением внутри какой-либо изолированной системы) требуется для оценки работоспособности электронных ламп или при фильтровании жидкостей от нерастворимых осадков. На животноводческих фермах вакууммирование используется для работы доильных аппаратов. Во всех этих, и иных подобных случаях применяются вакуумметры различных конструкций и принципа действия.
Основы работы вакуумметров и конструкции
На практике измеряют не чистый вакуум (его в земных условиях создают лишь для исследований глубокого космоса), а разность давлений. Тем не менее, определить такую разницу напрямую довольно сложно. Поэтому чаще используют так называемый косвенный метод, когда измеряют какое-либо характерное свойство газа, а затем сравнивают его с эталонным. Соответственно этому классифицируют и вакуумметры. Известны следующие типы:
Принцип действия вакуумметра
Кроме физических основ работы вакуумметры различаются по способу вывода показаний: он может быть аналоговым, при помощи стрелочного механизма, либо цифровым, путём вывода результатов на дисплей. Стрелочная индикация менее точна, и оценивается визуально, поэтому такие вакуумметры могут использоваться для замеров средней степени точности. Ограничением цифровых вакуумметров считается зависимость их показаний от степени зарядки батареи, питающей аналого-цифровой преобразователь.
Рассмотрим его на примере наиболее прогрессивных и точных вакуумметров, реализующих ионизационный принцип определения степени вакуума. В приборе искусственным образом создаётся разность потенциалов, т. е. газ, находящийся внутри, ионизируется любым из способов: электромагнитным полем, электрическим разрядом, повышением температуры на одном из катодов и т. п. В любом случае равновесное состояние молекул нарушается, что приводит к направленному потоку заряженных частиц от одного полюса к другому. Излучение сопровождается появлением ионного тока, который регистрируется, усиливается и преображается в показания контрольно-воспроизводящего устройства.
Ограничения таких приборов – зависимость показаний от рода газа: с изменением плотности газа интенсивность ионного потока изменяется, что скажется на конечном результате измерения. Поэтому производители подобной техники всегда указывают внешние условия, при которых целесообразна эксплуатация вакуумметра – внешняя температура, плотность газа и т. д. Эксплуатационные достоинства – практически вечный срок службы, поскольку в цифровых вакуумметрах нет трущихся и изнашивающихся узлов.
В противоположность цифровым, аналоговые вакуумметры используют показания определённых физических характеристик воздуха или газа. Например, в стрелочных вакуумметрах измерение положения стрелки происходит вследствие разности давлений – эталонного, на который настроен прибор, и фактического. Использование таких вакуумметров намного проще, но необходимость частой тарировки усложняет их эксплуатацию.
Оптимальным является применение вакуумметров комбинированного действия, к которым относят термопарные. Там в результате нагрева термопарами воздуха внутри прибора изменяется его плотность и теплопроводность. Соответственно изменение плотности вызовет отклонение стрелки от начального положения, а изменение теплопроводности сопровождается появлением термоэмиссионного тока, значения которого отображаются на дисплее. В результате пользователь может сравнивать оба из показаний.
Выбираем подходящий вакуумметр
Обычно используют четыре основных критерия – цена, размеры, точность и воспроизводимость результатов измерения.
Для автомобилистов подходящим выбором является вакуумметр ADD622, при помощи которого возможна оперативная диагностика некоторых узлов автомашин. Точность прибора – 0…70 мм. рт. ст., цена – до 2000 руб.
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.
Как пользоваться вакуумметром?
Вакуумметр — полезное устройство, применяющееся автомобильными мастерами и в домашнем хозяйстве. Чаще всего его используют, чтобы измерить изменение давления воздуха в определенной части двигателя. Это позволяет продиагностировать мотор, выявить возможные проблемы и привести автомобиль в порядок.
Содержание
Что это такое
Сперва разберемся, что такое вакуумметр, более подробно. Прибор нужен для того, чтобы измерить относительное давление вакуума. Он бывает разных типов, и каждый из них имеет свои особенности. Один измеряет механические отклонения, второй — слабые электрические токи, третий — еще какой-то показатель. Поэтому в процессе выбора нужно четко понимать, для чего вам нужно это устройство.
Что показывает вакуумметр
Важно понимать, что измеряет вакуумметр. Чаще всего его используют для замеров давления ниже атмосферного. Это позволяет измерить вакуум. Его особенность заключается в том, что давление газа имеет отрицательное значение, из-за чего нужен отдельный прибор для фиксации его показателей.
Устройство дает возможность контролировать давление вакуума в системе. Например, фиксировать изменения в коллекторе автомобильного двигателя. Показатели давления меняются в тот момент, когда поршни всасывают воздух в камеру сгорания. Точные значения очень важны. Они дают понять, правильно ли работает система.
Как работает вакуумметр
Современные устройства просты в использовании и обычно имеют интуитивно понятную конструкцию из двух частей. Первая — опускается в вакуум, чтобы зафиксировать там изменения и передать показания. Ее обычно называют измерительным блоком.
Вторая часть преобразует полученные сигналы в удобный для понимания пользователем вид. Она пересчитывает значения в единицы Па и отображает их на экране, стрелкой или другим способом, в зависимости от типа прибора. Ее обычно называют преобразователем давления.
Обе части работают совместно в одном корпусе. Поэтому как пользоваться вакуумметром, понять несложно. Нужно лишь вставить первую часть в вакуум, который необходимо измерить. На второй части тут же отобразятся показания — вам останется лишь зафиксировать их удобным способом, записав или запомнив.
Типы вакуумметров
В первую очередь важно понять, чем отличается манометр от вакуумметра. Ответ прост — первый прибор позволяет замерять лишь положительное давление. Поэтому во многих случаях он не подходит. Вакуумметр наоборот, позволяет фиксировать отрицательное давление.
Тем не менее, устройство все равно не универсально. Разные типы позволяют замерять различные диапазоны значений. Поэтому нельзя приобрести один прибор и решить с его помощью абсолютно любую задачу, связанную с измерением отрицательного давления.
Ниже рассмотрены самые распространенные типы устройств.
Механические
Отличаются своим строением. Всегда имеют изогнутую трубку из металла, которая и подсоединяется к участку с вакуумом. Принцип работы механических моделей примитивен. Когда давление в трубке уменьшается, изменяется сила, с которой натянута пружина. Она, в свою очередь, связана с циферблатом. Соответственно, когда давление меняется, передвигается и позволяет зафиксировать показания стрелка.
Электрические
Имеют такой же принцип действия, как и механические. Однако дополнены электродатчиком. Этот прибор преобразует полученные данные в цифровые значения, а затем передает их на экран. Особенностью устройств также является необходимость их периодической калибровки.
Тепловые и ионные
Более сложные устройства, применяющиеся, когда нужно замерить очень низкие показатели. Тепловые разновидности определяют, когда газ начинает постепенно терять способность рассеивать тепло. Это свидетельствует об изменении давления, которое и фиксируется прибором.
Ионные работают еще более точно, замеряя самые низкие возможные показатели давления в вакууме.
Автомобильные
Самый распространенный тип устройств, которые обычно и применяются автомобильными мастерами. Они удобны в применении и позволяют не тратить много времени на замеры, поскольку отображают результат измерений мгновенно.
Автомобильные вакуумметры позволяют понять, стабильно ли давление вакуума. Именно таким оно должно быть во время холостого хода двигателя. Если показания скачут — значит, есть проблема со шлангами или утечками клапанов.
Также вакуумметры делятся по типам дисплеев и циферблатов, но тут выбор уже касается удобства и привычки конкретного пользователя, поэтому ориентироваться нужно на собственные предпочтения.
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.
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.