Вакуумметры

Чтобы измерить давление пара или разреженного газа в промышленности, используются особые устройства – вакуумметры. С их помощью определяют степень разреженности производственных полостей, контролируют работу вакуумных насосных агрегатов, обслуживают кондиционеры и пр.

Вакуумметры - это устройства для измерения уровня разрежения. Сфера применения этих измерительных приборов достаточно велика, они используются в нефтедобыче, в судостроении, в научных исследованиях, в медицине и во многих видах промышленности. Каждая вакуумная система требует контроля разряжения, поэтому потребность в вакуумметрах очень высока.

Существуют стрелочные вакуумметры и электроприборы с цифровым индексированием. Эти устройства имеют лишь внешние отличия, нет никакой разницы в точности измерения. Когда существует риск высокого и низкого давления в системе, используется комбинированное устройство, называемое манометр-вакуумметр.

Вакуумметр для измерения давления - принцип работы, устройство, виды

Конструкцию устройства составляют два ключевых компонента:

• Преобразователь давления;
• Блок измерения.

Первый компонент трансформирует все изменения, происходящие в состоянии чувствительного элемента, в перемещение или в электросигнал. Второй компонент оценивает данный сигнал, пересчитывает его в требуемых единицах измерения и демонстрирует пользователю степень разрежения в той или иной технологической зоне или в механизме.

Измерительный блок подает данные в форме, которая понятна пользователю. Состоит он из блока питания и всех электрических цепей, без которых невозможна работа прибора. Важной частью данного блока является отсчетное устройство, которое призвано отсчитывать значения определяемой величины. В большинстве современных моделей это устройство реализовано в виде жидкокристаллического дисплея.

Крупные производители вакуумной измерительной техники стремятся объединять в едином корпусе оба вышеописанных компоненты. Устройства с такой конструкцией называют компактными моноблочными вакуумметрами.

Чистый вакуум на земле создается только в исключительных случаях (например, для изучения космических условий). В действительности же измеряется разность давлений. Однако определение такой разницы напрямую вызывает достаточно сложностей. Поэтому зачастую применяется косвенный метод, подразумевающий измерение какого-либо специфического свойства газа и последующее его сопоставление с эталонным. В зависимости от этого и происходит классификация вакуумметров.

Основные типы вакуумметров

Существуют следующие типы:

• Ионизационный (оценка степени разрежения базируется на длине свободного молекулярного пробега, значительная длина и существенное количество энергии, выделяемое вследствие столкновения молекул, свидетельствует о низком давлении, один из самых популярных – ионизационно-термопарный вакуумметр ВИТ);
• Тепловой (оценка подразумевает определение не энергии столкновения ионизированных газовых частиц, а тепла, которое при этом выделяется, теплота измеряется с использованием так называемых измерительных мостов Томсона);
• Емкостной (оценка степени разрежения основывается на деформировании эластичных мембран);
• Механический (механизм измерения связан с трубкой, стенки которой очень тонкие и которая реагирует даже на минимальные колебания давления, своим принципом работы устройство схоже с манометром);
• Датчиковый (давление газа регистрируется на основе показаний особых узлов слежения, которые могут быть конвекционными, пьезорезистивными, электроконтактными, с физической точки зрения устройства идентичны всем вышерассмотренным приборам, но использование показаний от вспомогательных механизмов делает их более точными).

Вакуумметр с трубкой бардона

Трубка Бурдона является механическим аппаратом. Принцип действия заключается в том, что трубка деформируется и один из ее концов находится в контакте с измеряемой средой под давлением. Давление может постоянно колебаться, поэтому трубка Бурдона не всегда выдает правильные показания.

Внимание! Материалы, которые являются нейтральными по отношению к измерительной среде, используются для изготовления трубки Бурдона. Это необходимо для того, чтобы свойства окружающей среды не влияли на точность измеренных значений. Эти трубки выпускают многие компании. У фирмы "Wika" есть много всяческих трубок Бурдона, отличающихся по размеру, материалу и диаметру отверстий. Таким образом, можно эксплуатировать устройство в любой среде (нейтральной, агрессивной).

Вакуумметр Пирани

Такие вакуумметры работают за счет отбора тепловой энергии, ударяя молекулы газа об накалённую нить. Следовательно, чем больше молекул ударится в нить, тем ниже температура нити. Сопротивление металла увеличивается при нагревании. Можно определить давление путем измерения сопротивления. Нить находится в корпусе агрегата, который подключен к среде измерения. Поэтому температура воздуха не отражается на точности измеренных значений. Наиболее распространенным материалом для нити является вольфрам, никель или платина. Каждый из материалов используется в разных сферах деятельности. Вольфрамовые нити хорошо работают в номинальной газовой среде. Никель хорошо подходит для агрессивной среды. А платиновые нити чаще всего используются лабораторных испытаний, где важна высокая точность показаний.

Тепловой вакуумметр

Принцип работы тепловых вакуумметров заключается в том, что теплопроводность зависит от разных уровней давления. Нить и теплоприемник, который представляет собой корпус устройства, используются для измерения разреженности. Для того чтобы добиться высокой точности, требуется одноуровневое напряжение, передающаяся на нить. Если напряжение будет скакать нить будет очень горячей или холодной, что влияет на точность измеренных значений. Недостаток тепловых датчиков заключается в том, что рано или поздно нить выгорит, что также повлияет на точность показаний.

U-образные гидростатические и компрессорные вакуумметры

U-образный вакуумметр функционирует благодаря влиянию избыточного вакуума на жидкость в трубе. Давление на концах труб отличается, и разницу между ними показывает стрелка. Из-за небольшого диапазона измерений такие устройства практически никогда не эксплуатируются в современных системах.

Для того чтобы работать с глубокой средой есть специальные компрессорные устройства. Фактически это модифицированная версия U-образного устройства. Разница между ними заключается в том, что компрессорном устройстве жидкость сжимается в трубке, что положительно сказывается на диапазоне измерений. Эти аппараты можно даже использовать при работе с самым глубоким вакуумом. Однако это измерительный прибор чаще всего используют как устройство калибровки.

Мембранный вакуумметр

Мембранные вакуумметры работают по следующему принципу: атмосферное давление оказывает нагрузку на мембрану, с одной стороны, а с другой стороны воздействует вакуум, что способствует ее деформации. Степень деформации мембраны измеряется механически (иногда электронным) методом, и результат отображается на экран измерительного устройства.

Внимание! Мембрана достаточно эластична, поэтому она восстанавливается после того, как выравниваться давления. Простота использования и высокая степень надежности сделали такие вакуумметры очень востребованными. Но есть и недостатки. Основным минусом мембранных вакуумметров является то, что их нельзя использовать в глубоком вакууме, поскольку диапазон возможных измеряемых давлений устройства небольшой.

Как определить показания вакуумметра

Различают несколько вариантов определения вакуума в зависимости от выбора точки отсчета. На изображении ниже можно ознакомиться с вакуумметрами с разными шкалами, которые все же демонстрируют одинаковые показатели вакуума.

Определить показания вакуумметра

К примеру, за единицу может приниматься атмосферное давление. Соответственно, все, что будет ниже данной отметки – вакуум. В этом случае шкала прибора от 1 до 0 атм (1…0,9…0,8…0,7…..0,2…0,1….0).

Также атмосферное давление может приниматься за ноль. Следовательно, вакуум – все числа в промежутке от 0 до -1. Шкала прибора от 0 до -1 (0, -0,1…-0,2….,-0,9,…-1).

Плюс ко всему шкалы могут показывать измерения в кПа, mBar, однако далее все показатели считываются аналогично.

Чем отличается манометр от вакуумметра

В соответствии с ГОСТом 8.271-77 манометром называется прибор, главное назначение которого заключается в измерении давления или его разности. Абсолютное давление, считываемое от абсолютного нуля, измеряется манометрами абсолютного давления. Однако чаще всего используются манометры избыточного давления.