Вакуумные датчики, вакуумметры

Какие бывают вакуумметры. Как выбрать?

Выбор правильного вакуумметра важен для успеха процесса откачки. Чтобы сделать правильный выбор, нужно знать как они работают. 
Для правильного выбора нужно следующие важные параметры: 

• метод работы
• состав газа (инертный или реактивный, коррозионный)
• чувствительность  (калибровочный коэффициент)
• процесс, выполняемый в системе.

Широкий диапазон давлений, получаемых при работе вакуумных насосов, требует использования нескольких вакуумметров. Для охвата всего давления с необходимой точностью нужно использовать несколько вакуумных датчиков. 
Другими важными факторами при выборе вакуумного датчика являются производительность и технические факторы, такие как: 

• разрешение
• диапазон измерения
• диапазон систематических ошибок
• уровень случайной ошибки
• срок службы и время реакции
• стоимость

Диапазоны вакуума и вакуумметры для них

Для разных рабочих диапазонов требуются разные вакуумные датчики. Выбор зависит от понимания принципов работы, давлений, которые он может измерять, и его точности. При низком вакууме в диапазоне между атмосферным давлением и 10 Торрами, используются вакуумметры с трубкой Бурдона, пьезорезистивные.

От 10⁺¹ торр до 10^-3 торр есть несколько вариантов:емкостные, 
 термопарные, конвекционные вакуумметры или Пирани.

В области от 10^-3 торра до 10 ^-6 торр., используются инверсно- магнетронные и широкодиапазонные вакуумметры. Они требуют частой калибровки.
Ниже 10 ^-6 мм. рт. ст используют электронно-ионизационные вакуумные датчики

Вакуумметры с прямым и косвенным измерением давления

Вакуумные датчики разделены на две категории, основанные на способе измерения. Те, которые измеряют давление прямо (сила, действующая при воздействии молекул), и которые косвенно измеряют давление. Косвенные датчики должны быть на основе фактически присутствующего газа. Их показания являются «зависимыми». Прямые вакуумметры используются в области низкого вакуума, а косвенные датчики используются в области среднего, высокого и сверхвысокого.
Косвенные вакуумные датчики делятся на группы:

• измеряющие молекулярное сопротивление или вязкость.
• измеряющие перенос тепла через газ (Пирани и термопарные вакуумные датчики)
• измеряющие плотность числа ионизированных молекул.

Двумя основными ориентирами во всех измерениях являются стандартное атмосферное давление (1 атм.) и идеальный вакуум (0 Торр), поэтому для расчетов с использованием вакуумных систем требуется преобразование в абсолютное (psia) или отрицательное (psig).

Типы вакуумметров

Механические

Примерами являются вакуумметры с трубкой Бурдона, U-образные и емкостные мембранные манометры. Они измеряют силу на единицу площади через закон Далтона. Манометры прямого действия не зависят от чувствительности к газу и не нуждаются в калибровке.

Терморезистивные
Используют свойство теплопроводности для измерения давления. Пример: вакууметр Пирани, в котором нагревается нить, и измеряются ее потери тепла. При низком давлении и пониженной плотности в камере тепло отводится медленнее. Вакуумметры Пирани должны быть откалиброваны, потому что теплопроводность отличается. Эта «чувствительность» должна учитываться при выборе и использовании вакуумметров непрямого действия. Используется для давлений между 100 Торр и 10 ^-4 Торр. 
Другим измерителем удельной теплопроводности является термопарный вакуумметр, который считается двухпроводным. Он использует принцип Пирани (однопроводной), за исключением того, что нагревателем выступает одна катушка провода, а другая используется для измерения температуры конвекции 
Конвекционный вакуумный датчик похож на Пирани и использует температурно компенсированную позолоченную вольфрамовую проволоку для обнаружения эффектов охлаждения как кондукции, так и конвекции. В высоком вакууме реакция зависит от теплопроводности, а в низком - от конвективного охлаждения молекулами.

Вакуумметр Пирани, термопарный и конвекционный используются в грубом и среднем , потому что они недороги и относительно надежны.

Газовая чувствительность конвективного датчика изменяется в зависимости от газа.
Ионизационные вакуумметры.
Существует два типа ионизационных приборов с холодным катодом: Пеннинга и инвертированный магнетрон. Ионизационные вакуумметры являются датчиками косвенного действия. Они измеряют электрические ионы, возникающие при бомбардировке электронами. Меньшее количество газов будет вырабатываться с меньшим количеством ионов.

Манометры с холодным катодом

Такие как вакуумные датчики Пеннинга, могут не работать при очень глубоком вакууме из-за того, что почти полное отсутствие затрудняет установление тока электрода. Циклы технического обслуживания вакуумметра Пеннинга, как правило, измеряются в годах в зависимости от типа газа, в котором они эксплуатируются. Вакуумный датчик Пеннинга и являются точными в диапазоне от 10 ^-3 до 10 ^-10 мм рт.ст.