Меню

Ионизационные датчики давления принцип работы

Типы вакуумных датчиков давления и возможности их применения

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;
  • ионизационные;
  • тензореристорные;
  • конвекционные;
  • мембранно-емкостные.
Читайте также:  Bosch 0281002534 датчик давление подачи топлива

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.

Компания Intech осуществляет выпуск всех видов датчиков. При этом один тип датчика не ограничивается выбором одной установки. ООО «ЭРСТВАК» – это еще один представитель, выпускает вакуумные датчики различных типов. Компания Tako line выпускает широкий спектр вакуумного оборудования, среди которого есть измерительные приборы, типа датчиков, вакуумметров, течеискателей. Продукция данной компании отчается тем, что ее можно использовать в широком диапазоне. В состав одной установки может входить сразу несколько датчиков, которые обеспечивают возможность измерять низкий, средний и высокий вакуум.

Источник

Ионизационные датчики давления принцип работы

Если в разреженном газе создать поток электронов, то произойдет ионизация газа, и между двумя электродами, к которым подведено электрическое напряжение, возникнет ионный ток. Сила ионного тока при прочих равных условиях пропорциональна плотности газа, а, следовательно, при определенной температуре пропорциональна его давлению. Так как вероятность ионизации молекулы газа мало зависит от скорости ее теплового движения, более правильно считать, что манометр измеряет не давление, а концентрацию внутри прибора.

Прибор, работающий по этому принципу, состоит из датчика, соединенного с вакуумной системой, и отдельного блока электрического питания и измерения. Показания прибора зависят от рода газа и требуется предварительная градуировка по каждому газу.

Для достижения нужной степени ионизации газа необходимо создать достаточный поток электронов. Эта задача по-разному решена в ионизационных манометрах различных типов. Все манометры делят на три основные группы: электронные с горячим катодом, радиоактивные или радиоизотопные и магнитные электроразрядные с холодным катодом.

Читайте также:  Внутричерепное давление расписание болезней

Электронный ионизационный манометр. В этом манометре электроны, выделяемые накаленным катодом, ускоряются с помощью специального электрода с положительным потенциалом. Положительные ионы отводятся коллектором ионов, имеющим отрицательный потенциал по отношению к катоду.

Если ускоряющее напряжение превышает ионизационный потенциал данного газа и остается постоянным, то электронный ток Iе в приборе будет постоянным, и тогда ионный ток пропорционален давлению газа, так как

где J— чувствительность ионизационного манометра, зависящая от параметров прибора и рода газа.

Градуировочные кривые одного из манометров приведены на рис. 498. Образующийся ионный ток весьма мал (порядка 10 -8 мА) и требует специального усиления.

Измерительную систему обычно используют в одном из двух вариантов (рис. 499). Первый вариант: анод является ускорителем электронов и имеет положительный потенциал, сетка — коллектор ионов — имеет отрицательный потенциал по отношению к катоду. Второй вариант: сетка служит ускорителем электронов и имеет положительный потенциал, а анод является коллектором ионов с отрицательным потенциалом. Манометр, работающий с положительным напряжением на сетке, более чувствителен, так как здесь электроны совершают колебания около сетки и проходят значительно больший путь, чем в первой схеме. Как видно из рис. 500, электроны, вылетающие из накаленного катода 1, пролетают сквозь витки сетки 2 и отталкиваются отрицательно заряженным коллектором 3. Прежде чем они попадут на сетку, они совершают колебательные движения, благодаря чему увеличивается число ионизированных молекул газа.

При давлениях ниже 10 -7 мм рт. ст. ионный ток весьма мал, а ускоряющий электрод под влиянием бомбардировки электронами испускает мягкие рентгеновские лучи. Попадая на коллектор, они вызывают эмиссию электронов, которые при движении к ускоряющему электроду создают в цепи коллектора ток того же направления, что и ионный ток. Это явление затемняет основной эффект и препятствует измерению очень низких давлений. Для измерения давлений ниже 10 -7 мм рт. ст. предложен манометр с обращенным расположением электродов (рис. 501), в котором два вольфрамовых катода помещены вне ускоряющего электрода: Коллектор в виде тонкой вольфрамовой проволоки находится внутри ускоряющего электрода, имеющего форму спирали из молибденовой проволоки. Манометр с обращенными электродами надежно измеряет давления до 10 -10 мм рт. ст.

Прежде чем приступить к измерению ионизационным манометром, необходимо прогреть сетку и анод, а также стеклянный баллон манометра.

Кроме того, надо стремиться к увеличению пропускной способности соединительной трубки между датчиком манометра и объемом, в котором измеряется давление, так как это снижает ошибки из-за десорбции газа.

Давления выше 10 -3 мм рт. ст. обычно не удается измерить электронным ионизационным манометром, так как при увеличении давления в манометре возрастает сила ионного тока и накаленная нить катода быстро перегорает. Одновременно материал катода окисляется кислородом воздуха. При внезапном повышении давления возникающий между анодом и катодом разряд расплавляет катод.

Ионизационно-термопарный вакуумметр ВИТ-1А измеряет давления с помощью датчика ЛМ-2. Диапазон давлений, измеряемых этим прибором, от 2- 10 -1 до 5*10 -8 мм рт. ст. Ионизационная часть прибора измеряет давле ния от 1 • 10 -4 до 5• 10 -8 мм рт. ст. Прибор Может работать также с датчиками (ионизационными преобразователями) ЛМ-3 и ЛМ-3-2. С этими же датчиками работает и вакуумметр ВИТ-2; пределы измерения его ионизационной частью от 1 • 10 -4 до 5-10 -8 мм рт. ст.

Преобразователи ЛМ-2, ЛМ-3 и ЛМ-3-2 являются ионизационными преобразователями триодного типа с внешним коллектором. Преобразователь ЛМ-2 представляет собой закрытую стеклянную конструкцию с U-об-разным вольфрамовым катодом. Срок службы преобразователя не менее 100 ч1 при работе в области давлений не выше 1 • 10

Читайте также:  Теплое молоко с медом повышает давление

3 мм рт. ст. Ионизационный преобразователь ЛМ-3 является модификацией преобразователя ЛМ-2. Вместо вольфрамового катода в нем применен иридиевый воздухостойкий катод с покрытием из окиси иттрия. Благодаря высокой стойкости иридиевого катода к кислороду и другим химически активным веществам вакуумметр ВИТ-2 с преобразователем ЛМ-3 измеряет давления воздуха и других газов до 1•1O-2 мм рт. ст. Срок службы преобразователя при давлении 1 • 10 -2 мм рт. ст. не менее 100 ч. Рабочая температура иридиевого катода— около 1300° С.

Ионизационный преобразователь ЛМ-3-2 открытого типа. В преобразователе возможно применение как иридиевого катода с покрытием из окиси
иттрия, так и вольфрамового катода.

Преобразователи ЛМ-2 и ЛМ-3 рекомендуется применять как в металлических, так и в стеклянных непрогреваемых вакуумных установках; преобразователь ЛМ-3-2 — в металлических прогреваемых высоковакуумных установках. Технические характеристики преобразователей приведены ниже:

Автоматический блокировочный вакуумметр ВАБ-1 предназначен для измерения давлений 1*10 -3 — 10 -7 мм рт. ст. и вакуумной блокировки.

Датчиком служит манометр ЛМ-2. Переключение четырех поддиапазонов автоматическое. ВАБ-1 имеет выход для записи давления на стандартных электронных самопишущих приборах. В любой точке диапазона давлений 1•1O -4 — 1*1O -7 мм рт. ст. осуществляется двухточечная рабочая блокировка и сигнализация. В диапазоне 1*10 -3 — 1O -4 мм рт. ст. предусмотрена одноточечная аварийная блокировка, подающая сигнал во внешнюю цепь и отключающая питание цепи накала датчика ЛМ-2.

Универсальный комбинированный вакуумметр ВИТ-3 работает с термопарными датчиками или с ионизационными — ЛМ-2, ЛМ-3-2 и МИ-10. Диапазон измерения от 0,8 до 10 -7 мм рт. ст. Прибор имеет линейную и логарифмическую шкалу, что делает его пригодным для авторегистрации. Для установок, где наличие местных электрических или магнитных полей или излучений исключает применение типовых вакуумметр ических средств, созданы ионизационные вакуумметры, устойчивые к помехам. Разработан устойчивый к помехам вакуумметр с пределами измерения 10 -2 —10 -6 мм рт. ст., создается прибор с нижним порогом измеряемых давлений 10 -8 мм рт. ст.

Для измерения сверхвысокого вакуума в небольших конденсационных насосах предложен ионизационный датчик с уменьшенной мощностью накала [48]. В датчике (рис. 503) использована сетка лампы ЛМ-2, катодом служит вольфрамовая проволока диаметром 20 мкм, длиной 9 мм. Датчик пригоден для измерения давлений до 10 -10 мм рт. ст., постоянная датчика по воздуху 6,2*10 -4 А/мм рт. ст. при напряжении на сетке 225 В, на коллекторе— 25 В и токе эмиссии 2•1O -4 А.

В ионизационном вакуумметре ВИ-12 применены датчики с обращенным расположением электродов. Различие между схемой обычного датчика ЛМ-2 и датчика с обращенным расположением электродов ясно из рис. 504. Датчики (манометрические преобразователи) МИ-12 и МИ-12-8 выполнены соответственно в стеклянной колбе и на фланце с металлическим уплотнением.

Диапазон измерений вакуумметром ВИ-12 от 10 -5 до 10 -10 мм рт. ст. Его используют преимущественно в лабораторных условиях. Предусмотрен прогрев анода пропусканием тока, а также прогрев анода и коллектора электронной бомбардировкой. Вакуумметр ВИ-12 снабжен блокировкой, разрывающей цепь катода преобразователя при токе, превышающем в 1,5 раза максимальный ток установленного диапазона. Предусмотрена возможность подключения самопишущего потенциометра для записи давления. Преобразователь допускает прогрев в печи при 400° С. Габаритные размеры преобразователя: наружный диаметр 90 мм, длина колбы со штенгелем 190 мм, масса 0,6 кг.

Преобразователь МИ-12-8 смонтирован на коваровом цоколе, который герметично приварен к фланцу из коррозионностойкой стали.

Источник

Adblock
detector