![](/img/design/dark_blue_corner.png)
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. | ||
![]() |
Определение плотности частиц газа путём ионизации холодным газовым разрядом | ||
Комбинированный вакуумметр
|
Расширение функциональности вакуумметра путём комбинирования различных принципов измерения | ||
![]() |
Действие вакуумметра основано на зависимости теплопроводности газа от давления | ||
![]() |
Ёмкостный способ определения деформации эластичной мембраны |
![](/img/design/left_corner_bot.gif)
![](/img/design/right_corner_bot.gif)