Приборы для измерения вакуума — где используются, виды и назначение оборудования

Измерение давления в разреженной среде необходимо во многих сферах — промышленность, исследования и разработки, навигация. Вакуумметры — элемент, применяемый для контроля за безопасностью и эффективностью различных систем или оборудования. Что такое приборы для измерения вакуума, виды и назначение — рассмотрим в этой статье.

Что такое прибор для измерения вакуума

Вакуумметр — специализированный измерительный прибор, предназначенный для измерения относительного давления вакуума. Внешне он выглядит как стандартный манометр, но имеет ряд специфических особенностей. Вакуумный манометр, в отличие от классического, замеряет не избыток давления в газах, жидкостях или паровых смесях, а контролирует отрицательное давление в разреженной газовой среде.

Для измерения используются разные подходы — от механических отклонений до измерения слабых электрических токов, исходящих от молекул ионизированного газа. Замеры могут быть как обобщёнными, так и точечными. Это зависит от вида устройства. Оборудование востребовано во всех сферах, где необходимо отслеживать параметры давления в разреженной среде и вовремя его стабилизировать.

Виды

Есть много видов вакуумметров — от простых механических до электронных, ртутных или дифференциальных. Условно их можно разделить на несколько основных групп. А именно:

Ионизационные

Принцип работы этой группы вакуумметров заключается в замере параметров тока, исходящего от ионизированных атомов газа. Для ионизации атомов в типовой конструкции предусмотрены катод и анодная сетка, которые создают электрическое или электромагнитное поле. Ионизационные вакуумметры достаточно просты в обращении, отличаются высокой точностью, хорошей воспроизводимостью показаний. Но некоторые виды устройств быстро выходят из строя при превышении допустимого давления — катод в этом случае перегорает.

Тепловые

Распространены за счёт широкой области применения — тепловыми приборами можно замерять вакуум низкого и среднего типов. Этот тип измерительного устройства, как правило, дешевле других. Принцип действия основан на косвенном измерении давления — оборудование отслеживает изменение теплопроводности газовой среды вместе с показателем давления. Основным рабочим элементом является нить или мост, изготовленный из сплава с высоким сопротивлением. Существует три подвида таких вакуумметров:

• термопарные;
• конвекционные;
• вакуумметры Пирани.

Самыми дешёвыми и простыми в устройстве являются термопарные. Конвекционные отличаются сравнительно большими габаритами, а вакуумметры Пирани предназначены для фиксации уровня сопротивления.

Ёмкостные

Ёмкостный измерительный прибор предназначен для измерения давления до высокого форвакуума, при этом он не зависит от природы газа. Принцип действия основан на реакции ёмкости конденсатора. Её размер меняется в зависимости от изменений расстояния между отдельными мембранами. Одна из обкладок выполнена из гибкого мембранного материала. Когда давление изменяется, мембрана реагирует на это загибанием, тем самым меняя размер ёмкости конденсатора. Вакуумметр проводит измерения и градуировку, преобразуя показатели в числовые данные. Устройство подходит для замера давления в границах от 1 до 1000 Па.

Механические

Это самая большая группа приборов, сюда входят сразу несколько типов вакуумметров. А именно:

• Жидкостные. Практически перестали использоваться. Предназначены для отслеживания разницы давлений на поверхности жидких сред. Основной рабочий элемент — стеклянная U-образная трубка, один конец которой запаян.
• Компрессионные. Принцип работы основан на применении закона Бойля-Мариотта. Прибор достаточно неудобен в эксплуатации, поэтому область его применения ограничена — чаще всего такие вакуумметры используются для калибровки других вакуумметров. Состоит из стеклянного баллона с измерительным капилляром, для замеров также используется ёмкость с ртутью.
• Деформационные. Предназначены для замеров вакуума низкого типа. Принцип действия основан на деформации гибких элементов под влиянием давления. В качестве гибкого элемента применяются мембраны, сильфоны или пружинные механизмы.
• Пружинные. Подходят для работы с газами любых типов. Полностью состоят из механических элементов, поэтому отличаются простым устройством и низкой ценой. Чувствительным элементом является стандартная стрелка.
• Диафрагменные. Этот тип вакуумметров отличается наиболее высокой точностью среди аналогичных измерителей. В качестве чувствительного элемента выступает мембрана, которая деформируется под воздействием давления, заставляя стрелку перемещаться.

Датчики с нитью накала

Высоковакуумные устройства, работающие по принципу термоэлектронной эмиссии. Газовые атомы ионизируются, образуя поток, величина которого напрямую зависит от давления газа.

Принцип работы приборов для измерения вакуума

Принцип действия каждого прибора зависит от его типа и конструктивных особенностей. Тем не менее, большая часть измерителей вакуума имеет приблизительно схожую конструкцию. Вакуумметры состоят из двух основных элементов:

• Измерительный блок. Высокочувствительный элемент, который обеспечивает преобразование исходных сигналов в электрические импульсы.
• Преобразователь. Отвечает за считывание и перерасчёт полученной информации, а также за демонстрацию показателей. То есть, это циферблат или дисплей устройства.

Современные вакуумметры чаще всего представляют собой единый компактный механизм, все рабочие элементы которого собраны в одном корпусе. Все измерительные устройства также делятся на две большие группы — для измерения относительного и абсолютного давления. Также, в зависимости от типа, у каждого вакуумметра различаются границы измерения, показатели рабочей температуры, уровень точности.

Где применяются

Область применения приборов для измерения вакуума достаточно широка. Они применяются во всех сферах промышленности и научно-исследовательской деятельности, где необходим чёткий контроль за уровнем давления в разреженной среде. Это, например:

• нефтедобыча и нефтепереработка;
• химическая, фармацевтическая промышленность;
• автомобильное производство;
• пищевое производство;
• научно-лабораторные исследования и пр.

Вакуумметры необходимы для контроля работы вакуумных насосов и маслопроводов, молекулярной перегонки, спектрометрии, заправки охлаждающих систем. Они также могут применяться в быту.

Преимущества

Преимущества вакуумметров также зависят от вида прибора. Большинство современных измерителей компактны, просты в применении, демонстрируют высокую точность измерения и воспроизводимость результатов, надёжны. Среди преимуществ измерителей, выпускаемых сегодня — универсальность, широкий диапазон применения. Большой ассортимент позволяет выбрать устройство с оптимальными техническими характеристиками для решения конкретных задач.

Критерии выбора

При выборе прибора для измерения вакуума важно учитывать ряд критериев. Разделим их на основные и специфические, касающиеся области применения. К основным относятся:

• Рабочий диапазон. Отражается в виде диапазона давления — от самого низкого к самому высокому. Это наиболее важный критерий выбора.
• Точность измерений. Указывается в виде класса точности. Этот показатель говорит о том, насколько близко показываемое значение к реальному давлению. От класса точности зависит цена оборудования.
• Единицы измерения. Чаще всего давление измеряется в Паскалях, но некоторые приборы могут быть настроены на другую систему — например, в торрах или барах.
• Воспроизводимость. Этот показатель влияет на стабильность работы вакуумной системы.
• Стабильность показаний. Свидетельствует о том, как сильно параметры измерительного устройства (точность, воспроизводимость и пр.) меняются со временем.

Также выбор зависит от области применения вакуумметра, например:

• степень защиты от влаги и пыли;
• климатические условия;
• условия эксплуатации (на открытом воздухе, под навесом, в отапливаемых помещениях и пр.).

Перечислим общие рекомендации по выбору:

• при взаимодействии с агрессивными средами рекомендуем использовать приборы, корпус которых сделан из нержавеющей стали;
• при работе в условиях повышенной вибрации лучше выбрать виброустойчивую модель — обычная быстро выйдет из строя;
• для измерения параметров кислорода измеритель должен быть обезжирен;
• для повышения безопасности при измерении газообразных смесей лучше использовать модели с вышибной пробкой;
• оборудование на основе мембранного разделителя лучше всего подходит для вязких или загрязнённых сред;
• при работе с высокотемпературными средами нужно использовать отвод-охладитель.

Где купить приборы для измерения вакуума

Компания «Миллаб» с 1996 года занимается поставками высококачественного оборудования для лабораторий. Мы обеспечиваем клиентов грамотной сервисной поддержкой, помогаем с реализацией сложных проектов. У нас можно купить высокоточные приборы для измерения вакуума разных типов — химически стойкие, взрывозащищённые и пр. Предлагаем комплексные поставки, помогаем реализовать проекты любой сложности.