Как выбрать вакуумметр (вакуумный датчик)?

Вакуумметр (вакуумный датчик) — прибор для измерения давления разреженных газов, (находящихся при давлении менее 1 атм).

Многие технологические процессы и исследования проводятся в условиях вакуума, что делает вакуумметр неотъемлемой частью промышленных и аналитических установок.

В первую очередь, датчики давления делятся на вакуумметры абсолютного и относительного давления. Они измеряют соответственно абсолютное значение давления газовой среды и разность между измеряемым давлением и атмосферным (такие вакуумметры ещё называют дифференциальными).

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.

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:

• Вакуумные прессы.
• Прижимные столы.
• Сушильные камеры.
• Устройства вакуумного захвата
• Стерилизаторы
• Прочие промышленные, лабораторные и бытовые применения

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.

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:

• Приборостроение.
• Аналитическое оборудование.
• Контроль давления в вакуумных установках.
• Вакуумные печи.
• Сублимационная сушка.
• Системы течеискания.
• Вакуумные центрифуги.

Термопарный вакуумный датчик предназначен для измерения давления в диапазоне от 50 до 10^-3 мбар. Термопара находится в контакте с нагреваемой нитью. Напряжение на концах термопары зависит от температуры спая, которая, в свою очередь, зависит от теплопроводности окружающей среды. Чем ниже давление газа, тем меньше тепла отводится от горячего спая термопары при постоянной мощности нагрева.

В конструкции конвекционного датчика применена термопара, но в отличии от термопарного датчика механизм охлаждения конвекционный. Пространство вокруг нити накала больше, что позволяет газу перемещаться и охлаждать её. Преимуществом датчиков данного типа является высокая точность. Диапазон измеряемого давления от 1000 до 10^-4 мбар.

В Вакуумном датчике Пирани (терморезистивный вакуумметр) используется мостовая схема, поддерживающая постоянное сопротивление (и температуру) нити накала, открытой измеряемому давлению. О значении измеряемого давления можно судить по мощности, вкладываемой в нагрев терморезистора. Диапазон давлений, в котором работает датчик Пирани – от 10³ до 10^-4 мбар. Точность измерений составляет примерно ±10%.

Компания ERSTEVAK Ltd. рада Вам предложить Вакуумный датчик Пирани MTP4D с надёжной терморезистивной нитью отлично подходит для измерения низкого и среднего вакуума. Выполненный в корпусе из нержавеющей стали он обеспечивает высокую точность измерения в диапазоне от 1000 до 10^-4 мбар. Данные датчики могут поставляться как с фланцами стандарта CF16, так и KF16.

Применения датчиков Пирани:

• Приборостроение.
• Аналитическое оборудование.
• Оперативный контроль давления форвакуумных насосов и в вакуумных установках.
• Вакуумные печи.
• Системы течеискания.
• Сублимационная сушка.
• Вакуумные центрифуги.

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:

• Приборостроение.
• Аналитическое и лабораторное оборудование.
• Контроль давления в высоковакуумных системах.
• Напылительные установки.
• Вакуумные печи.
• Установки имитации космического пространства.

В магниторазрядном вакуумном датчике (вакуумный датчик с холодным катодом) используются скрещенные электрическое и магнитное поле, благодаря которым электроны дрейфуют по циклоидальным траекториям и увеличивается вероятность ионизации атомов газа. При понижении давления уменьшается число ионов, ток которых регистрируется катодом. Вакуумные датчики с холодным катодом обладают высокой надёжностью, но несколько меньшей точностью измерений по сравнению с датчиками Байярда-Альперта. Диапазон давлений, измеряемый данным датчиком составляет от 10^-2 до 10^-10 мбар.

Вакуумный датчик Байярда-Альперта (вакуумный датчик с горячим катодом) измеряет давление в диапазоне от 10^-2до 10^-11 мбар. Он состоит из анода, накаливаемого катода, с которого происходит эмиссия электронов, и коллектора. Электроны, ускоряясь на пути от катода к аноду, ионизируют атомы газа, превращая их в положительные ионы, которые движутся к коллектору. Полученные ионы попадают на коллектор и создают ток, который можно сопоставить с показанием давления.

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 MTM9D объединяет в своём корпусе магниторазрядный датчик и датчик Пирани, благодаря чему он способен измерять давление в диапазоне от 1000 до 5*10^-9 мбар. Переключение датчиков осуществляется с помощью встроенного микроконтроллера. Выпускаются с фланцами из нержавеющей стали стандартов KF25 и CF40.

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.

Выбор вакуумметра требует учета ряда ключевых параметров, чтобы прибор соответствовал конкретным условиям эксплуатации и требованиям системы. В первую очередь, важно определить диапазон измеряемого давления. Вакуумметры выпускаются с различными диапазонами, и выбор подходящего диапазона зависит от уровня вакуума, который необходимо контролировать в системе.

Следующим параметром является точность измерений. Для высокоточных процессов, таких как в полупроводниковой или научной промышленности, требуется прибор с минимальными погрешностями. Если же точность не является критически важной, можно рассмотреть более простые и доступные модели.

Не менее важно учитывать условия эксплуатации. Если вакуумметр будет работать в агрессивной среде или при экстремальных температурах, нужно выбрать прибор с соответствующей защитой, например, с антикоррозийным покрытием или из стойких материалов.

Также обратите внимание на тип подключения и монтажные особенности. Удобство установки и совместимость с уже существующими системами играет важную роль в выборе вакуумметра. Некоторые приборы требуют специфических монтажных решений, которые необходимо учесть заранее.

Наконец, стоит рассмотреть дополнительные функции, такие как наличие цифрового дисплея, возможности калибровки, функции хранения и передачи данных. Эти опции могут значительно облегчить эксплуатацию и мониторинг вакуумных систем, особенно в автоматизированных процессах.

Использование вакуумметров является важным преимуществом для контроля и оптимизации процессов в вакуумных системах. Одним из главных является точный контроль уровня вакуума. Это особенно важно в технологических процессах, где даже небольшие отклонения от заданного уровня давления могут привести к дефектам продукции или сбоям в работе оборудования.

Вакуумметры позволяют повысить безопасность работы систем. С их помощью можно вовремя обнаружить утечки или другие неисправности, которые могут привести к аварийным ситуациям. Предупреждение таких проблем не только снижает риск повреждения оборудования, но и защищает персонал от потенциально опасных условий.

Кроме того, вакуумметры способствуют оптимизации производственных процессов. Постоянный мониторинг давления позволяет поддерживать стабильные условия, что увеличивает эффективность и выход продукции. Это особенно важно в высокотехнологичных отраслях, где качество продукции напрямую зависит от условий вакуумирования.

Еще одним преимуществом является удобство эксплуатации. Современные вакуумметры часто оснащены цифровыми дисплеями и интерфейсами для подключения к системам автоматизации, что делает их использование интуитивно понятным и легко интегрируемым в существующие системы управления.

Вакуумметры также помогают сократить эксплуатационные расходы. Точное поддержание вакуума позволяет уменьшить износ оборудования и сократить потребление энергии, что приводит к снижению затрат на обслуживание и эксплуатацию системы.

Статью подготовил сотрудник отдела высокого вакуума, Михаил Черемухин.