Вакуумметры - типы вакуумметров, принципы работы, основные особенности и преимущества- ELTM.ru

Немного теории о принципах измерении уровня вакуума

Давление - это воздействие частиц газа на определённую площадь. Во многих областях малые величины давления, например  в промышленности и научных исследованиях, невозможно измерить прямым методом измерения.
В высоком и сверхвысоком вакууме газовые частицы имеют достаточную большую длину свободного пробега. Поэтому давление можно определить путём ионизации газовых частиц в результате их столкновения с ускоренными заряженными частицами, направленными электрическим полем на электроды, измерения величину тока.
В зависимости от метода ионизации выделяют два типа ионизационных вакуумметров: необходимые для ионизации частицы эмитируются в результате высокого напряжения и разряжения частиц из холодного катода, или они образуются в результате накаливания филамента (горячего катода).



Вакуумметры и их типы - все они есть у нас в продаже

 

Ионизационный вакуумметр с горячим катодом

Термическая эмиссия - это самый простой способ образования электронов, необходимых для ионизации. Катод (филамент) накаляется высоким электрическим током. При повышенной температуре электроны отрываются от атомов, ускорятся электрическим полем и используются для ионизации газа.
Кроме филамента, вакуумметр с горячим катодом обычно состоит ещё из решеткообразного цилиндрического анода и ионной ловушки. Филамент и аноды находятся на различных положительных потенциалах, коллектор на массе . Величиной измерения датчика горячего катода является разрядный ток, который возникает при выходе положительно заряженных частиц с коллектора. Сам катод/филамент – используется исключительно для образования электронов. Датчик Байард-Альперта считается самым распространённым типом датчиков с горячим катодом.



Ионизационный вакуумметр с холодным катодом

В холодном катоде газ ионизируется путём столкновения с электронами, двигающимися в скрещенных электрических и магнитных полях по спиралевидным траекториям. При высоком напряжении между катодом и анодом все электрически заряженные частицы, находящиеся в остаточном газе, ускоряются и движутся к соответствующему электроду. При этом они сами могут ионизировать другие молекулы, соударяясь с ними, или вызывать образование вторичных электронов. Движущиеся к аноду электроны и устремляющиеся к катоду ионы вызывают процесс газового разряда. Остаточный газ в холодном катоде ионизируется электронами. При низком давлении очень важно, чтобы они как можно дольше оставались в области ионизации. Таким образом, повышается вероятность ионизации и продолжительность газового разряда. Дополнительное внешнее магнитное поле усиливает действие процесса.



Комбинированный вакуумметр

Часто в вакуумных процессах необходимо применять несколько принципов измерения, чтобы достичь необходимой точности измерения или охватить большой диапазон давления. В этом случае используются вакуумметры, объединяющие различные принципы измерения в одном приборе. Обычные комбинации - это Байард-Альперт + Пирани (например, ATMION®), инвертированный магнетрон + Пирани (например, PENNINGVAC PTR 90) или Пирани + ёмкостный (например, THERMOVAC TTR 101).
Широкодиапазонный вакуумметр ATMION® позволяет измерять давление в диапазоне 13 декад (10-10 mbar до атмосферного давления). Комбинированные датчики с горячим катодом и Пирани обеспечивают надёжное, автоматически управляемое использование вакуумметра.



Тепловой вакуумметр

Теплопроводность является одной из характеристик газа, непосредственно связанной с плотностью частицы. Энергия передаётся газовыми молекулами в результате их соударения, и в зависимости от длины свободного пробега частиц теплопроводность осуществляется с разной эффективностью. В определённой области давления теплопроводность пропорциональна давлению, несмотря на это могут возникнуть помехи, как тепловой поток, тепловое излучение, теплопроводность через контакты и т.д.
Измерительный мост (мост Wheatstone) используется для уравновешивания температуры и позволяет одновременно измерять разность напряжения между определённым индикатором и прилагаемым напряжением накала. Разностное напряжение устанавливается путём сравнения с нулевым пунктом (указан в техническом паспорте датчика). Сравнение с нулевым пунктом необходимо прежде всего для учёта потери тепла через контакты проволоки и теплоизлучения. Как правило, разностное напряжение соответствует напряжению накала, которое необходимо приложить, если давление в установке опускается ниже предела измерения.
Основные преимущества теплового вакуумметра - это широкий диапазон измерений от 10-4 mbar до атмосферного давления и точность измерений ±10 %, которая достаточна для многих применений.



Мембранно-ёмкостный вакуумметр

Мембранно-ёмкостные вакуумметры используются главным образом для измерения давления в области до высокого вакуума и оно не зависит от вида газа. Принцип действия этих вакуумметров основан на измерении эластичной деформации тонкой мембраны под действием разности давлений p1 на одном и p2 на другом конце.
Таким образом, мембранный вакуумметр - это прибор для измерения относительного давления. В объёме датчика создаётся разряжение до давления p2, которое меньше давления p1 в ресивере. Измерение абсолютного давления происходит с незначительными погрешностями, возникающим из-за остаточного давления p2.
В ёмкостных вакуумметрах чувствительная мембрана образует один из электродов конденсатора. Изгиб, выполняющий функцию разностного давления, вызывает изменение его объёма. Это изменение можно непосредственно измерить. Мембраны изготовляются из нержавеющей стали с небольшим коэффициентом теплового расширения или керамики с металлическим покрытием. Керамические мембраны менее чувствительны к перепадам температур и благодаря лучшей способности к релаксации устойчивы по отношению к нулевой точке. Они обладают улучшенной коррозиевоустойчивостью и могут использоваться также в суровых условиях. Мембрана не должна быть чувствительна к при изменении температуры, иначе это приводит к искажению результатов измерений. Диапазон измеряемых давлений зависит от толщины мембраны. Каждая толщина мембраны измеряет давление диапазоном 4 декад.
Увеличение точности можно достичь, используя термостабильные датчики, установленные на постоянную температуру 45гр.C. Тем самым снижается влияние температуры на результаты измерений. Преимущества мембранно-ёмкостного вакуумметра - это газонезависимость, высокая точность измерения (обычно 0,2% от показываемого значения) и стойкость против коррозийных газов



Вакуумметры


Название Краткое описание
Ионизационный вакуумметр с горячим катодом
Термическая эмиссия - это самый простой способ образования электронов, необходимых для ионизации.
Ионизационный вакуумметр с холодным катодом
Ионизационный вакуумметр с холодным катодом
Определение плотности частиц газа путём ионизации холодным газовым разрядом
Комбинированный вакуумметр
Расширение функциональности вакуумметра путём комбинирования различных принципов измерения
Тепловой вакуумметр
Тепловой вакуумметр
Действие вакуумметра основано на зависимости теплопроводности газа от давления
Мембранно-ёмкостный вакуумметр
Мембранно-ёмкостный вакуумметр
Ёмкостный способ определения деформации эластичной мембраны