Вакуумметр

Вакуумме́тр (от вакуум + др.-греч. μετρεω «измеряю») — вакуумный манометр, прибор для измерения давления разрежённых газов.

Типы

Классические

Классические являются обычными манометрами (жидкостными либо анероидами) для измерения малых давлений. В жидкостных вакуумметрах в измерительном колене применяется масло с известной плотностью и по возможности с малым давлением пара с тем, чтобы не нарушать вакуум. Обычно жидкостные манометры изолируют от остальной вакуумной системы при помощи азотных ловушек — специальных устройств наполняемых жидким азотом и служащих для вымораживания паров рабочего вещества манометра. Область измеряемых давлений от 10 до 100000 Па.

Ёмкостные

Ёмкостные основаны на изменении ёмкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками. Одна из обкладок конденсатора выполняется в виде гибкой мембраны. При изменении давления мембрана изгибается и меняет ёмкость конденсатора, которую можно измерить. После градуировки возможно использовать прибор для измерения давлений. Область измеряемых давлений от 1 до 1000 Па.

Терморезисторные

Вакуумметр Пирани, открытый

Терморезисторные работают в мостовой схеме, стремящейся поддерживать постоянное сопротивление (а значит температуру) терморезистора, открытого измеряемому давлению. Чем выше давление газа, тем большую мощность нужно подводить к терморезистору для поддержания неизменной температуры. Соответственно, между давлением и напряжением на датчике (током через него) имеется однозначная зависимость. Если терморезистором является платиновая нить, то такой датчик называется манометром Пирани. Примером могут служить отечественные датчики ПМТ-6-3. Терморезисторные манометры применяются для измерения давлений от 10⁻³ до 760 и более Torr

Термопарные

Принцип действия основан на охлаждении за счёт теплопроводности. Термопара находится в контакте с нагреваемым проводом. Чем лучше вакуум, тем меньше теплопроводность газа, и следовательно выше температура проводника (теплопроводность разрежённого газа прямо пропорциональна его давлению). Проградуировав подключённый к термопаре милливольтметр при известных давлениях можно использовать измеряемое значение температуры для определения давления. К термопарным относятся, например, отечественные датчики ПМТ-2 и ПМТ-4М. Область измеряемых давлений от 10⁻³ до 10 Torr

Ионизационные

Вакуумметр Пеннинга, открытый

Принцип действия основан на ионизации газа. По сути, представляют собой вакуумный диод, на анод которого подано положительное, а на дополнительный электрод, называемый коллектором, большое отрицательное напряжение. При понижении давления газа уменьшается число атомов, способных подвергнуться ионизации, и соответственно ионизационный ток (ток коллектора), текущий между электродами при данном напряжении. Область измеряемых давлений от 10⁻¹² до 10⁻¹ Torr. Подразделяются на вакуумметры с холодным катодом (Пеннинга и магнетронные) и с накаливаемым катодом. К последним относится датчик ЛМ-2 с постоянной 10⁵мкА/мм.рт.ст.

Альфатрон

Разновидность ионизационного вакуумметра. Отличается от последнего тем, что для ионизации используются не электроны, а альфа-частицы, испускаемые источником (порядка 0,1-1мКюри) на радии или плутонии. Альфатроны проще, надёжнее, и точнее вакуумметров с катодом, но из-за низкой чувствительности, требующей очень сложной схемы измерения сверхмалых токов, не могут их заменить. Обычно используются в том же диапазоне давлений, что и термопарные (терморезисторные) вакуумметры.

Предел измерений

Напрямую следует из его типа, поскольку назначение у этих приборов одно и то же, а вот точность и предел измерений достаточно сильно отличаются. Так механическими, можно измерять разрежение до 100 Па (1 Па = 10⁻⁵ Бар), жидкостными — до 0,1 Па, тепловыми — до 0,001 Па, а компрессионными — до 0,001 Па (для примера, ионизационные вакуумметры способны измерить разрежение до 10⁻⁸ Па, и это не предел).

Устройство вакуумметра

Есть всего два основных элемента: один из них преобразует в электрический сигнал любые изменения состояния чувствительного элемента, другой — оценивает этот сигнал, пересчитывает в единицы давления, и информирует пользователя прибором о степени разрежения на контролируемом участке технологической линии или отдельного механизма. С механическими (анероидами) ещё проще: ввернул — и считывай показания по стрелке (поскольку оба элемента объединены в одном корпусе прибора)

Измерительный блок вакуумметра — часть вакуумметра, предназначенная для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, и содержащая блок питания и все электрические цепи, необходимые для работы вакуумметра. В настоящее время среди ведущих мировых производителей вакуумного измерительного оборудования наблюдается тенденция объединения в одном компактном корпусе измерительного блока и преобразователя давления, вакуумметры имеющие такую конструкцию получили название компактные моноблочные вакуумметры. 

Отсчетное устройство вакуумметра — часть измерительного блок вакуумметра, предназначенная для отсчитывания значения измеряемой величины. Как правило в современных вакуумметрах отсчётное устройство представляет собой жидкокристаллический дисплей. 

Блок управления

Применение

Область применения вакуумметров достаточно широка: они используются и в промышленности, и в быту — везде, где нужно знать и регулировать давление: для контроля работы вакуумных насосов, степени разрежения в маслопроводах или технологических полостях, в лабораторных исследованиях, для обслуживания кондиционеров, в автосервисах — для измерения давления во впускном коллекторе. Термопарный и ионизационный вакуумметры широко применяются в промышленности и экспериментах, так как являются массовыми, хорошо повторяемыми приборами. Практически все выполняются в виде электронных ламп со стеклянным отростком, соединяющимся с исследуемым объёмом с помощью шланга или припаивания.

• Лиофилизация
• Химическое производство
• Системы молекулярной перегонки
• Обслуживание вакуумных насосов
• Анализаторы, спектрометрия
• Вакуумирование и заправка систем охлаждения
• Вакуумная упаковка
• Вакуумная теплоизоляция, двустенные сосуды и трубопроводы
• Изготовление полупроводниковых и электронных компонентов
• Контроль качества

См. также

• Вакуумметрия
• Мановакуумметр