датчик вакуума для чего
Вакуумметры и вакуумные датчики
Вакуумметр предназначен для измерения полного давления газовой смеси. Для измерения парциальных давлений компонент смеси используются масс-спектрометры. Кроме того, показания некоторых типов вакуумных датчиков зависят от рода исследуемого газа. Каждый из типов датчиков корректно работает только в определённом диапазоне давлений.
Деформационные вакуумметры
Если Вам требуется вакуумметр для промышленных применений при измерении форвакуума, то свой выбор следует остановить на стрелочных, в которых чувствительным элементом является пружина или мембрана. Показания этих вакуумметров не зависят от рода газа. Данные вакуумметры просты в использовании.
Применения стрелочных датчиков:
Стрелочные датчики давления содержат упругий элемент (мембрану или трубчатую пружину), которая разделяет области с разным давлением и механически связана со стрелкой на циферблате. Они просты в использовании и не требуют электропитания. Данные вакуумметры могут применяться для диапазона давлений от 1000 до 10 мбар.
Компания ERSTEVAK предлагает широкий ассортимент стрелочных вакуумметров. Всегда в наличии вакуумметры в различных исполнениях, с разными классами точности.
Тензорезистивные датчики всегда отображают абсолютное значение давления (нулевая точка соответствует абсолютному вакууму).
В конструкции применена мембрана, разделяющая две области с разными значениями давления. Показания считываются устройством управления с размещённого на мембране тензорезистора, который меняет своё сопротивление при деформации. Данный тип датчиков может быть применён для корректного измерения давления в диапазоне от 2000 до 1 мбар.
В ёмкостном датчике давления также, как и в тензорезистивные датчики, применена мембрана, реагирующая на изменение разности давлений. Но в данном случае мембрана является одной из обкладок конденсатора, ёмкость которого меняется при деформации и считывается электроникой. Данный тип вакуумметров зарекомендовал себя как один из самых точных. Ёмкостные датчики выпускаются для измерения разных диапазонов давления, обычно составляющих 4 порядка.
Тепловые вакуумметры
Самыми востребованными датчиками для измерения среднего и высокого вакуума являются тепловые вакуумметры. Они обладают приемлемой ценой и достаточно высокой точностью. Общим для всех тепловых датчиков является зависимость тепловых характеристик газа от его давления. Это же обстоятельство определяет зависимость показаний от рода газа. Обычно данные вакуумметры градуированы для измерения воздуха, но с помощью справочных таблиц показания можно распространить и на другие газы.
Применения тепловых датчиков:
Применения датчиков Пирани:
Ионизационные датчики
Для измерения высокого вакуума чаще всего применяют ионизационные датчики. Механизм их работы заключается в ионизации атомов газа и определении тока положительных ионов, собираемых коллектором. Устройства данного типа являются газозависимыми, но являются незаменимыми при измерении высокого вакуума.
Применения ионизационных датчиков:
Широкодиапазонные вакуумные датчики
В связи с тем, что ни один из типов вакуумметров не может работать эффективно во всём диапазоне давлений, в промышленности нашли применение широкодиапазонные датчики, объединяющие несколько механизмов измерения давления. Такие датчики объединяют в своём корпусе несколько типов вакуумметров, управляемых контроллером, и могут заменить другие типы датчиков.
Широкодиапазонный вакуумный датчик с горячим катодом MTH10D предназначен для измерения давления от атмосферного до сверхвысокого вакуума. Под его корпусом объединены датчик Пирани и датчик Байярда-Альперта с горячим катодом, управляемые высокопроизводительным контроллером. Данный тип датчиков предлагается с фланцами из нержавеющей стали стандартов CF40 и KF40.
Компания ERSTEVAK Ltd. рада предложить своим клиентам стрелочные вакуумметры и высококачественные вакуумные датчики немецкого производства, внесённые в Госреестр средств измерения РФ. Представленные датчики оборудованы дисплеем с подсветкой для удобного отображения информации и интерфейсом RS485, благодаря чему могут быть подключены к контроллеру.
Для удобства работы с вакуумметрами также предлагается контроллер MT200, к которому могут быть подключены одновременно до двух вакуумных датчиков серии ЭРСТВАК – MTP4D, MTM9D, MTH10D. Контроллер может быть удобно размещен в стойке и подключен к ПЛК для контроля вакуума и управления работой вакуумных датчиков.
Статью подготовил сотрудник отдела высокого вакуума, Михаил Черемухин.
Вакуумный датчик – типы, принцип работы, особенности применения
Вакуумные датчики являются неотъемлемой частью вакуумных систем, а точнее вакуумных насосов. Благодаря измерительным приборам становится возможным оценить показатели давления в установке, а также осуществлять контроль напора под влиянием рабочих сред. Существует несколько наиболее часто используемых датчиков давления, особенности которых строит рассмотреть подробнее.
Механические вакуумные датчики
Это классические стрелочные датчики, которые работают по принципу деформационного вакуумметра. Такие устройства используются в промышленности, например, если необходимо измерять форвакуум. Стрелочные датчики работают за счет пружины или мембраны. Один конец пружины выведен в окружающую среду, а другой находится внутри. При определении уровня давления в механических измерительных приборах не учитывается тип газа.
Стрелочные измерительные приборы успешно применяются в условиях повышенных нагрузок. Главный плюс механических устройств – это независимость от питания. Это означает, что датчик не требует подключения к батарее, что значительно снижает риск получения недостоверных данных.
Механические вакуумные датчики
Как правило, датчики этого типа используют не только в вакуумных насосах, но также при работе прижимных столов, сушильных камер, стерилизаторов и прочего лабораторного или промышленного оборудования.
Тепловые датчики
Датчики вакуума для вакуумных насосов этого типа пользуются наибольшей популярностью при обеспечении качественной работы установок среднего, а также высокого вакуума. Главное преимущество теплового датчика – оптимальное соотношение цены и функциональности измерительного устройства. Принцип работы такого датчика (и его модификаций) заключается в определении показателей тепла, исходящего от газовых сред. За счет этого удается определить и точные показатели давления в системе.
К категории тепловых относятся термопарные датчики, которые способны показывать давление в пределах от 50 до 10-3 мбар. Принцип их работы основан на том, что термопара постоянно контактируется с нагревающейся нитью. Чем выше или ниже температура спая, тем больше или меньше будут показатели и самого давления.
Вакуумные датчики Пирани
Этот тип устройства также относится к одной большой категории тепловых датчиков. В работе прибора применяется мостовая схема. Показатели давления определяются в зависимости от того, какое влияние оказывает теплопередача разряженного газа на тонкую стальную нить накала. Эта нить начинает нагреваться в вакуумной среде за счет того, что через нее проходит ток. Исходя из показателей теплового баланса прибор вычисляет показатели давления. То есть, опять же, работа измерительного устройства напрямую зависит от теплового баланса в системе.
Вакуумные датчики Пирани
Ионизационные
Это еще одна популярная категория вакуумных датчиков. Принцип работы таких приборов заключается в процессе ионизации газов. В ходе этого происходит определения силы тока от положительно заряженных ионов, которые собираются в специальном коллекторе. Стоит отметить, что устройства ионного типа являются газозависимыми. То есть имеет большое значение, какой тип газа применяется в процессе работы вакуумной системы. Однако это одни из немногих датчиков, которые способны справляться с нагрузками, создаваемыми при образовании и измерении вакуума высокого типа.
Ионизационные вакуумметры бывают холодного и горячего типа.
Высоковакуумные датчики камеры
Как правило, для систем такого типа используются ионизационные или емкостные датчики, так как только они способны работать в условиях высокого вакуума, который требуется для конкретных производственных процессов. Расположение измерительных приборов внутри камеры зависит от остального оснащения рабочего пространства. Это означает, что нужно точно рассчитать, какое давление потребуется для процесса, осуществляемого непосредственно в камере. Как правило, высчитываются показатели центральной точки рабочего пространства.
Если сенсор устанавливается рядом со стенкой камеры, то и измерять вакуум такой прибор будет только внутри собственной оболочки. Соответственно необходимо вычислить коэффициент вакуума именно в центре камеры, чтобы сенсор мог его зафиксировать и выбирать модель, которая отвечает необходимому диапазону. Обычно вычисления этого типа проводятся в процессе откачки камеры. Но не лишним будет детально ознакомиться с характеристиками вакуумной установки и изучить документацию для определенной модели оборудования.
Высоковакуумные датчики камеры
Исходя из этого следует, что нельзя просто выбрать наиболее мощный датчик. Нужно точно сопоставить все характеристики, температурные показатели и уточнить, какой вакуум и газовая среда присутствуют в системе. Только в этом случае можно значительно улучшить работоспособность всей системы. Также нельзя забывать о периодическом сервисном обслуживании и диагностики всех измерительных элементов, задействованных в установке.
Вакуумный датчик: что это, обзор популярных видов, технические характеристики и сферы применения
В зависимости от вакуума используются различные вакуумные датчики, поскольку для разных уровней вакуума требуются разные методы измерения. С точки зрения работы вакуумной системы важно знать текущий уровень вакуума.
Вакуумметры используются для измерения давления ниже атмосферного. Давление = сила на единицу площади. Когда давление падает, мощность уменьшается пропорционально. Различные датчики вакуума для вакуумного насоса были разработаны для различных областей измерения, в соответствии с предполагаемым использованием и условиями эксплуатации. Пирани разработал манометр на основе теплопроводности в 1906 году, Бакли разработал манометр с горячим катодом в 1916 году, а Пеннинг разработал манометр с холодным катодом в 1937 году.
Рассмотрим виды вакуумных датчиков детальнее.
Вакуумный датчик давления Pirani
Вакуумный датчик давления Pirani
Стандартный вакуумный датчик давления Пирани представляет собой датчик, основанный на теплопроводности, который измеряет давление путем определения потери тепла в обогреваемом трубопроводе. Этот датчик давления является очень надежным прибором для быстрого и надежного измерения вакуума. Контуры тепловой компенсации делают датчик очень надежным в полномасштабном диапазоне измерений.
Пьезодатчик
В пьезодатчике используется технология, в которой влияние давления на чувствительный элемент преобразуется в электрическое значение измерения, которое с помощью внутренней электроники внутри датчика преобразует требуемый выходной сигнал для системы управления.
Холодный катод
В ионизационных датчиках давления вакуумного насоса с холодным катодом типа Пеннинга используется катодная пластина (с потенциалом земли) и, как правило, кольцевой анод, на который подается напряжение в несколько тысяч вольт. Из-за холодных выбросов в вакууме отсутствуют источники тепла, такие как, например, источники, используемые в ионизационных манометрах с горячим катодом. На внешней поверхности датчиков ионизации с холодным катодом расположены два магнита и железный штифт. Эти компоненты необходимы для зажигания, а также для обеспечения электропроводности в газе. Нарушения, вызванные магнитным полем, должны учитываться при выборе ионизационных датчиков с холодным катодом, например, когда они используются в сборках, содержащих электронные лучи.
Горячий катод
Емкостные датчики
Емкостные манометры обеспечивают лучшее измерение давления, дают максимальную защиту от воздействия агрессивных технологических газов, а также гарантируют безопасную рабочую среду. Специализированные для пользователя продукты контроля давления, технологические манометры и датчики давления долговечны и надежны, что, в свою очередь, гарантирует высокую производительность, длительный срок службы и эффективность.
Дополнительные показания давления вакуумных датчиков
Дополнительные показания давления вакуумных датчиков
Многие вакуумные датчики могут измерять дополнительные показания давления, такие как абсолютное, дифференциальное, манометрическое, составное и герметичное давление.
Технические характеристики и применение вакуумных датчиков
Диапазон вакуума является наиболее важной характеристикой, которую следует учитывать при выборе датчиков.
Технические характеристики и применение вакуумных датчиков
Вакуумные датчики обеспечивают такие функции, как:
Вакуумные датчики широко применяются в таких сферах: химическая обработка, сублимационная сушка, лампы, освещение и лазерная продукция, катодно-лучевые трубки, электронные микроскопы, физика высоких энергий, оптическое, функциональное и плазменное осаждение, газоподающие коллекторы, механические вакуумные насосы, масс-спектрометры, металлургические процессы и т.д.
Вакуумные датчики используемые на установках
Вакуумные датчики измеряют показания давления в диапазоне от атмосферного давления до более низкого давления, приближающегося к абсолютному нулю. Некоторые датчики читают полный диапазон давлений с низким разрешением, а другие могут читать только часть диапазона, но с лучшим разрешением.
Существует три типа вакуумных датчиков, которые отличаются методом работы:
В этой статье мы будем рассматривать только теплопроводные и ионизационные датчики, потому что механические вакуумметры обычно не используются в вакуумных камерах
Типичный вакуумметр состоит из чувствительного сенсора и вакуумметра (показометра) (рис.1). Он снабжен силовым кабелем питания (220 В) на показометр и электрическим кабелем для подачи питания на измерительный сенсор, а также для передачи сигнала от измерительной головки. Датчики обычно монтируются сверху. Это необходимо для правильного считывания, а также для предотвращения попадания мусора в сенсор.
Для измерения давления форвакуумного насоса есть несколько возможных вариантов:
термопарный вакуумметр (рис.4)
Ранние вакуумные датчики
Ранние конструкции вакуумных датчиков использовали коаксиальный кабель для подключения сенсора к показометру, поскольку сигнал с сенсора был небольшим (в миллиамперах, либо милливольтах). Коаксиальные кабели имеют слой перекрещивающихся тонких медных проводов, вокруг центрального провода или проводов, чтобы уменьшить потери сигнала. Эти кабели часто использовали различные разъемы, чтобы гарантировать, что конкретный сенсор не сможет быть подключен к другому показометру (рис.5). Электрические схемы в считывающем устройстве были совместимы только с сигналом своего датчика.
Современные вакуумметры
В восьмидесятые годы, когда твердотельная электроника стала распространённой, произошло существенное изменение технологии в разработке вакуумных датчиков. Относительно большие печатные платы, используемые для усиления сигнала с сенсора, стали значительно меньше с использованием технологии поверхностного монтажа. Эта миниатюризация позволила монтировать схему преобразования сигнала прямо в корпусе датчика, а не в показометре (рис.7). Когда начинается считывание давления, сигнал усиливается прямо на сенсоре. Это делает вакуумный датчик автономным преобразователем. Большему не нужно использовать дорогой коаксиальный кабель, так как потеря сигнала незначительна. Современные «активные» датчики, как известно, используют недорогой телефонный провод и обычно разъемы RJ-45 (рис. 8).
Бонус такого подхода считывания сигнала заключается в том, что сигнал можно снимать непосредственно компьютером, а показометр (вторичный прибор) от производителя можно не использовать. Компьютер может быть запрограммирован на то, чтобы связать любое напряжение в сигнале от 0 до 10 вольт до эквивалентного давления, а затем отобразить его на экране. Пользователи простых или небольших систем по-прежнему могут купить показометр, и он может показывать давления от одного или нескольких типов сенсоров в зависимости от производителя и модели.
Одновременно с изменением электроники стали использоваться цифровые индикаторы (рис.9). На цифровом дисплее отображается показание давления, указывается декада давления, название используемого вакуумного блока.
Один из недостатков использования телефонного кабелей для различных типов измерительных головок вместо коаксиального кабеля для каждого типа сенсора заключается в том, что теперь система не знает, какой тип сенсора подключается к ней. Напряжение от каждого типа вакуумного датчика будет относиться к разному давлению в зависимости от измеряемого диапазона давления и формы кривой напряжения/давления для этого сенсора. Система должна знать, какую таблицу значений надо выбрать в соответствии с сигналом измерительной головки. Чтобы справиться с этой проблемой, в вакуумных измерителях, напряжение от 0 до 2 вольт используется для определения конкретного типа датчика, подключенного к системе управления. Каждый тип измерительной головки имеет специальный сигнал напряжения, который позволяет элементам управления идентифицировать его. Когда вакуумметр подключен, сигнал посылается из блока управления в датчик, чтобы определить его тип. Как только датчик идентифицирован, система управления выбирает правильную таблицу для него. Более поздние улучшения в электронных вакуумметрах линеаризуют кривые напряжения / давления «s» для упрощения таблиц поиска. Это дает сигнал напряжения прямо пропорционально давлению. Некоторые датчика имеют цифровой считыватель, установленный прямо на головке. Это может быть полезно для небольших лабораторных вакуумных систем, но менее полезно для больших систем с центральными панелями управления.
Вакуумметр для откачки высоковакуумного насоса
Вакуумметр предварительной откачки камеры
Второй вакуумный датчик представляет собой тип термопарный, Пирани либо конвекционный (рис.10) и смонтирован в вакуумной камере для измерения давления, достигнутого во время «форвакуумной» фазы откачки cпиральным насосом. Это часто является вторым этапом откачки, когда механические насосы подключаются непосредственно к камере через форвакуумную линию.
Высоковакуумный датчик камеры
Третий датчик устанавливают на вакуумную камеру, обычно это ионизационный или емкостной вакуумметр для измерения высокого вакуума, необходимого для конкретного процесса. Положение сенсоров в вакуумных камерах зависит от того, что установлено внутри камеры. Для процессов, проходящих в вакууме необходимо знать давление, при котором происходит процесс, обычно в середине камеры. Сенсор, однако, смонтирован около стенки камеры и может измерять вакуум только внутри собственной оболочки. Поэтому должен быть определён коэффициент для вычисления вакуума в центре камеры. Этот коэффициент вычисляется методом проб и ошибок во время откачки камеры, а также используется опыт производителя по предыдущим системам.
Типы вакуумных датчиков давления и возможности их применения
Вакуумные датчики – приборы с помощью которых осуществляется контроль за работой оборудования различных типов. Технологические процессы и операции, которые протекают в разряженном пространстве, должны контролироваться соответствующими измерительными приборами. Для измерения давления существуют специальные датчики, которые способны определить значение характеристики в определенном диапазоне. На сегодняшний день не существует датчика, который способен измерять давление в различных системах, поскольку вакуумное оборудование значительно отличается друг от друга по принципу действия, техническим характеристикам.
Вакуумный датчик является составной частью измерительных приборов. Он является основным, так как осуществляет измерение давления, но датчик идет в составе вакуумметра.
Вакуумный датчик давления
Вакуумные датчики так же, как вакуумное оборудование, отличаются по принципу действия. Можно выделить три основных типа вакуумных датчиков:
Деформационные датчики или датчики давления производят измерение силы воздействия газовой смести на чувствительную часть датчика. С их помощью можно производить изменение давления, которое охватывает диапазон от атмосферного до 1 мбар. Производители производят изготовление стрелочных, тензорезисторных, мембранно-емкостных датчиков, которые относятся к деформационному типу. Датчики этой категории способны измерять газы любого рода, поскольку для измерения необходимо наличие давления, которое не зависит от их свойств.
—
Тепловые датчики работают по другому принципу, в котором, в отличие от принципа работы деформационных датчиков, важно, какой газ используется в системе. Измерение происходит за счет качеств тепловой проводимости, изменяющейся при повышении или понижении уровня давления. Изготовители вакуумного оборудования производят изготовление термопарных, конвекционных, а также датчиков Пирани, работающих по этому принципу. Тепловые датчики эффективно измеряют давление, которое находится в диапазоне от атмосферного до 10-4 мбар. Ограничением по использованию является высокое содержание паров воды.
В ионизационных вакуумметрах используются датчики, которые имеют холодный катод или накаленный катод. Измерительный прибор данного типа производят ионизацию газа, которая позволяет измерять ионный ток. Как правило, датчики данного типа применяются для вакуумных систем, способных создать давление в системе в диапазоне от 10-2 до 5х10-12 мбар.
Тепловые и ионизационные вакуумметры имеют части, которые разогреваются в процессе работы. Именно поэтому производители запрещают их использовать при измерении давления в системах с взрывоопасными газами. Косвенное измерение давления ионизационных и тепловых датчиков приводят к большим погрешностям. Кром этого показатель давления может изменяться в зависимости от используемого газа.
Существуют так же широкодиапазонные измерительные приборы и датчики, которые способны измерять от атмосферного давления до 10-10 мбар. Они, как правило, составляются из датчиков различного типа и представляются собой единый прибор.
Для удобного измерения давления в вакуумной камере в широком диапазоне от атмосферы до
Датчики вакуумного насоса
Датчик вакуумного насоса позволяет производить измерение давления в конкретный момент времени насоса. Это позволяет точно рассчитывать возможности установки в системе. Принцип работы такого датчика отличается в зависимости от типа насоса. Существуют вакуумные насосы, которые самостоятельно создают низкий, средний, высокий и сверхвысокий вакуум. Проводить измерение параметров одинаковыми средствами нет смысла, поскольку они не дадут нужного результата.
Вакуумный датчик Пирани
В основе работы датчика Пиране лежит зависимость теплопередачи, которая изменяется при повышении или понижении давления. Тепло передается посредствам нити к трубке.Нагрев металлической нити происходит при пропускании электрического тока. Чтобы вычислить величину давления необходимо учитывать тепловой баланс протекающего процесса. Датчик Пирани оснащен резистивным измерителем температуры. Значение уровня температуры говорит о величине передаваемого тепла спирали и трубки. Снижение давления приводит к снижению теплопередачи, которая, в свою очередь, влияет на меньшую отдачу тепла от спирали.
Измеряя давления датчиком данного типа, необходимо учитывать тип газа. Различные разы имеют отличающуюся теплопроводность, которая значительно искажает показания. Калибровать устройство необходимо по воздуху.
Датчики вакуумной системы
Самыми распространенными датчиками для измерения давления в различных диапазонах являются:
Термопарные датчики
Термопарные датчики используются в системах, которые способны работать с газами различного типа. Основным элементом датчика является нить накала, которая улавливает значение теплопроводности среды. Изменение давления приводит к тому, что различные газы начинают изменять свою теплопроводность. Измерение температуры происходит за счет термопары, которая имеется в датчике.
Ионизационные датчики
Ионизационные датчики, имеющие холодный катод, осуществляют ионизацию газа, которая происходит за счет разряда Пеннинга. Он, в свою очередь, возникает за счет напряжения происходящего между катодом и анодом. Ток, который возникает в ходе данного процесса, говорит о наличии в системе определенного давления. Датчики способны измерять давление в вакуумной системе в диапазоне 10-9 – 10-2 мбар.
Тензорезистоные датчики
В тензорезисторных датчиках имеется мембрана, которая разделяет датчик на два составных элемента. Один элемент подключен к камере, другой изолирован и используется на низких значениях давления. Измерение давления происходит за счет деформации мембраны, на которой находится тензорезистор. Он улавливает измнение сопротивления и передает на вакуумметр. Тензорезисторные датчики являются одними из самых точных и измеряют давление в широком диапазоне. Их можно исопользовать в вакуумной системе с давлением от 1 до 2000 мбар. Устройство данного типа применяемо с различными типами газов, поскольку не содержит нагревающихся элементов.
Конвекционные датчики
Конвекционные датчики значительно отличаются от других принципом теплопередачи. Благодаря своей конструкции, он отводит тепло за счет естественной конвекции. Это позволяет значительно увеличить скорость и теплового переноса. Как правило, производители создают их таким образом, чтобы обеспечивать вертикальное положение. В этом случае фланец находится внизу.
Мембранно-емкостные датчики
Принцип работы мембранно емкостного датчика достаточно прост. Диафрагма, имеющаяся в устройстве, регистрирует амплитуду прогиба при воздействии давления газа на входе. Давление мембранно емкостным датчиком осуществляется следующим образом: помещенная между пластинами диафрагма, во время вмещения в одну из сторон изменяет электрическую емкость, которая влияет на появление переменного тока, зависящего от величины давления.
Где купить вакуумный датчик
Вакуумные датчики реализуются различными производителями вакуумного оборудования. Самыми крупными проектами данной области в стране являются «Актан Вакуум» и «Росвакуум». Кроме этого широкий выбор инструментов проверки давления есть в компании «Интек Аналитика». Вышеперечисленные предприятия производят термопарные, ионизационные, тензорезисторные, конвекционные, мембранно-емкостные датчики.