Электронные и цифровые вакуумметры, вакуумные датчики, манометры купить — принцип работы вакумметров

Вакуумметр — устройство для измерения пониженного давления газов ниже атмосферного, вплоть до измерений глубокого вакуума. Впервые ртутный вакуумметр установил в конденсаторе своей знаменитой паровой машины в 1784 году английский изобретатель Джеймс Уатт. А термин «Вакуумметр» появился только в начале ХХ века в период быстрого развития вакуумной техники. Он состоит из двух частей: «вакуум» от латинского слова «vacuus», в переводе — «пустой», и «метр» от греческого слова «metron, metreo», означающего «мера, измерять». Вакуумные датчики широко используется для измерения степени разреженности воздуха, газа, пара в электронной технике, осветительных приборах и газоразрядных устройствах, для производства микросхем при ионном травлении и нанесении тонких пленок субмикронной толщины.

Ниже мы рассмотрим:

• виды вакуумметров;
• вакуумметр пирани;
• манометры;
• вакуумные датчики;
• ионизационные вакуумметры;
• термопарные вакуумметры;
• мембранные вакуумметры;
• тепловые вакуумметры;
• электронные вакуумметры;
• цифровые вакууметры;
• вакуумметр Бурдона;
• датчики давления.

Виды вакуумметров и вакуумных датчиков

Навигация по статье:

1. Вакуумметр.
2. Виды вакуумметров.
3. Вакуумметр Бурдона.
4. Мембранные вакууммеры.
5. Тепловые вакуумметры.
6. Вакуумметр Пирани.
7. Производители вакуумных датчиков.

Единого способа измерения степени разреженности газов (глубины достигнутого вакуума) нет, а принцип действия вакуумметров и вакуумных датчиков основан на различных физических законах. По принципу работы вакуумметры подразделяются на следующие типы:

• классические жидкостные, заполненные маслом известной плотности, для измерения или срабатывания при малых давлениях;
• классические механические (анероиды) с сильфоном и системой рычагов, соединенных со стрелкой или исполнительным устройством;
• емкостные, действующие за счет изменения емкости встроенного конденсатора с упругими пластинами;
• терморезисторные, работающие по мостовой схеме;
• термопарные, в которых термопара закреплена возле нагреваемого проводника;
• ионизационные, представляющие собой вакуумный диод с дополнительным электродом — коллектором. Могут быть с холодным и с накаливаемым катодом;
• радиоизотопные (альфатроны), в которых ионизация воздуха осуществляется не электронами, а радиоактивными альфа-частицами.

Все перечисленные типы вакуумной техники нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства и в науке. Рассмотрим более подробно наиболее распространенные виды вакуумметров.

Вакуумметр (трубка) Бурдона

Такие вакуумметры еще называются трубчатыми, так как их основным измерительным элементом является тонкостенная трубка в форме буквы С, имеющая эллиптическое поперечное сечение. Конструкцию вакуумметра с изогнутой трубкой запатентовал в 1849 году французский механик Евгений Бурдон (1808 — 1884). Один конец кольцеобразной трубки запаивается, а второй соединяется с вакуумной полостью. За счет разницы между атмосферным давлением и степенью разрежения газовой среды внутри полости, эллиптическая форма сечения трубки Бурдона деформируется почти до круглой. Запаянный конец через систему шестеренок и рычагов перемещает стрелку вдоль шкалы, фиксируя глубину вакуума.

Вакуумметры с трубкой Бурдона относятся к простым и недорогим приборам, но точность их измерения зависит от изменения внешнего давления. В настоящее время применяются компенсированные исполнения таких вакуумметров, где устранены погрешности, зависящие от перепадов атмосферного давления. Обычно пределы измерения составляют от 1,0 до 1020 мбар.

Мембранные вакуумметры

Имеют в качестве мерительного элемента упругую мембрану малой толщины, на которую воздействуют с разных сторон измеряемое и эталонное давления газообразной среды. Мембранные вакуумметры могут быть двух типов:

• мембранно-деформационные вакуумметры;
• мембранно-емкостные вакуумметры.

В устройствах первого типа на гибкой мембране закреплен тензометрический элемент, который при деформации мембраны меняет свой выходной сигнал. Далее электрический сигнал усиливается и преобразуется в показание разрежения на шкале прибора.

В вакуумметрах второго типа упругая мембрана представляет собой первую пластину конденсатора, а закрепленный щуп — вторую. Когда меняется давление газовой среды, за счет прогиба мембраны изменяется емкость «встроенного» конденсатора, величина которого преобразуется в показание измеряемой глубины вакуума. Высокая чувствительность и простота устройства дает возможность измерять давления от атмосферного до 10^-6 мм ртутного столба.

Оба типа вакуумметров при высокой чувствительности очень зависят от колебаний окружающей температуры. Поэтому используются корректировочные поправки в электронной схеме преобразования сигнала и термически контролируемые насадки.

Тепловые вакуумметры

Действие тепловых вакуумметров основано на зависимости давления от теплопроводности разреженных газовых сред. Возрастание или уменьшение давления газа приводит к изменению условий отвода тепла и температура нити датчика прибора. Температура нагрева нити тепловых вакуумметров регистрируется разными способами:

1. с помощью термопары в термопарных вакуумметрах;
2. при помощи термометра сопротивления в терморезисторных вакуумметрах;
3. струнным методом по изменению частоты колебаний нагретой нити в термочастотных тепловых вакуумметрах.

Перечисленные приборы позволяют измерять давления до 10^-2 Па.

Вакуумметры Пирани

Устройство вакуумметра, в котором в качестве терморезистора используется платиновая струна, предложено в 1906 году немецким ученым Марселло Стефано де Пирани (1880 — 1968). Принцип действия основан на том, что сопротивление металла имеет прямо пропорциональную зависимость от температуры, а его коэффициент теплопроводности уменьшается при понижении давления. Платиновая нить накала, помещенная в разреженном газе, соединена с электрической цепью. При ударах молекул газа по раскаленной нити они отбирают часть тепла. В разреженной газовой среде молекулы газа реже ударяются, температура нити выше, и ее сопротивление возрастает. А это сопротивление протарировано в единицах давления. Вакуумметр Пирани позволяет измерять давления от 0,5 Torr до 10^-4 Torr. Относится к терморезисторным вакуумметрам.

Ионизационные вакуумметры

Их действие основано на физической зависимости силы ионного тока, возникающего при ионизации молекул разреженного газа, от величины давления. Это самые современные вакуумметры, которые позволяют измерять давления от 0,1 Torr до 10-12 Torr.

Из выше перечисленных вакуумметров наиболее распространенными являются термопарный и ионизационный. К их достоинствам относятся массовость производства, точность измерений, повторяемость результатов и надежность в эксплуатации.