+7 (499) 350-28-62

Виды вакуумных датчиков. Способы измерения вакуума.

Виды вакуумных датчиков. Способы измерения вакуума. Что такое вакуумные датчики и для чего они нужны.

Вакуум - это пространство, в котором отсутствует вещество (материя) и тем самым в нем отсутствует давление. В повседневном языке взамен термина «вакуум» используется понятие «безвоздушное пространство». В инженерных и прикладных науках под вакуумом понимается пространство с более низким давлением, чем давление наружного воздуха.
Качество (глубина) вакуума определяется остаточным давлением воздуха, обычно выражаемым в паскалях (Па), миллибарах (мбар) или миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.).

34.jpg

Различные уровни давления вакуума обозначаются следующим образом:

• грубый вакуум: от 1000 до 1 мбар;
• умеренный вакуум от 1 до 10-3 мбар;
• высокий вакуум: от 10-3 до 10-7 мбар;
• сверхвысокий вакуум: ниже 10-7 мбар (обычно до 10-14 мбар).

 Измерение давление вакуума чрезвычайно важно для промышленности, в особенности в машиностроении, производстве полупроводников, космической и авиационной промышленности, и многих других областях. В транспортных средствах датчики давления используются для определения уровня наполнения топливного бака.

 В промышленности применяются в основном 3 вида датчиков:
• датчики Пирани;
• пневматические датчики;
• ионизационные датчики.

Датчики Пирани

Наиболее точными являются механические датчики Пирани (MPS), принцип работы которых основан на явлении теплопроводности. Провод измерительной ячейки, нагреваемый электрическим током, помещается в вакуум. При уменьшении давления провод охлаждается, отдавая тепло среде, и это состояние провода сравнивается с состоянием аналогичного провода, помещаемого в компенсационную (контрольную) ячейку с постоянным давлением около 10-3 мм.рт.ст.

 Обе ячейки включаются в плечи моста Уистона, и степень разбалансировки моста отражается на индикаторе, градуированном в единицах давления. Данный метод очень точен и способен обнаруживать мельчайшие изменения глубины вакуума. В датчиках Пирани относительные изменения потерь тепла наиболее велики при вакууме порядка 1 мм рт. ст.
Недостатком является чувствительность к составу остаточного газа, а при неблагоприятном составе датчик может сгореть.

Пневматические датчики

Принцип действия пневматических датчиков давления основан на том, что некоторые материалы изменяют электрическое сопротивление при деформации. Основными элементами подобных датчиков являются мембрана и резистор, ток через который определяется оказываемым на мембрану давлением. Недостатком этих датчиков является более низкая точность, чем датчиков Пирани, но они гораздо более надежны и долговечны.

Ионизационные датчики

В результате столкновений в вакууме между молекулами газами и электронами образуются ионы, скорость образования которых, то есть ионный ток, напрямую зависит от давления.

Ионизационные датчики существуют 3 типов:
• датчики с горячей нитью накала;
• датчики с холодным катодом;
• датчики излучения.

 Датчики с горячей нитью накала состоят из электронной трубки с вольфрамовой нитью накала, окруженной решеткой в форме катушки, которая, в свою очередь, обернута коллекторной пластиной. Нить накала испускает электроны, которые проходят через решетку и на пути к коллекторной пластине сталкиваются с молекулами газа. Величина протекающего тока зависит от количества ионов и тем самым является мерой давления вакуума. Эти датчики измеряют давление от 10-8 мм рт. ст. до 1 мм рт. ст. При более высоком давлении нить накала может перегореть. Еще одним недостатком этого датчика является то, что нить накала может разлагать остаточный газ.
Принцип действия датчиков с холодным катодом основан на измерении ионного тока, создаваемого разрядом высокого напряжения. Данный инструмент более надежен и отсутствует проблема сгорания нити накала. Шкала прибора логарифмическая, область его применения от 10-2 до 10-7 мм рт. ст.

 В датчиках излучения используется герметичный источник альфа-частиц, ионизирующих молекулы газа. Ток через датчик пропорционален количеству молекул в камере, а тем самым давлению газа. Диапазон измерений от 760 мм рт. ст. до 10-4 мм рт. ст., но для измерений в глубоком вакууме требуется усилитель проходящего через датчик тока.