Вакуумные датчики, вакуумметры

Какие бывают вакуумметры. Как выбрать?

Выбор правильного прибор для измерения давления ниже атмосферного (вакуума) в замкнутых системах важен для успешного процесса откачки. Разберемся, как они работают.

Основные 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 датчиков вакуума.

Другими критериями 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 датчики. Выбор зависит от понимания принципов работы, давлений, которые он может измерять, 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 приборы. Они требуют частой калибровки.

Ниже 10 -6 мм. рт. ст используют электронно-ионизационные вакуумные датчики.

Вакуумметры с прямым и косвенным измерением давления

Такие датчики разделены на две категории, основанные на способе измерения. Те, которые измеряют давление прямо (сила, действующая при воздействии молекул), и косвенно. 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 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.