К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 109
Текст из файла (страница 109)
Вакуумметры косвенного действия, как правило, включают измерительный блок. Преобразователь давления - устройство, вакуумноплотно присоединяемое к вакуумиой камере, воспринимюощее непосредственно измеряемое давление и преобразующее его в другую физическую величину. Измерительный блок ваку- умметра - устройсио, обеспечивающее требуемый электрический режим работы преобразователя, усиление, измерение и индикацию его выходного сиппша.
Современные вакуум- метры позволяют автоматизировать управление технологическим процессом и оборудованием блыодаря наличию в них выходных аналоговых и (нли) цифровых выходных сигналов и каналов бяокировки. Диапазоны измерения давления н вид грвдуировочной характеристики для большинства вакуумметров устанавливают экспериментально по результатам лх градуировки для соответствующего газа с использованием различных методов и образцовых средств измерений. Метрические характеристики промьппленных вакуумметров обычно приводят дпя азота нви воздуха. Деформационные вакуум- и е т р ы .
В деформационных вакуумметрах давление определают по дебюрмалии упругого чувствительного элемента, происходящей под действием разности давлений. Вакуумметры не изменюот ни состав, ии давление газовой средах и нх показания не зависят от рода н состава иза. По типу чувствительного элемента этн вакуумметры подразделяют на трубчатые, сильфонные и мембранные. Ды(германию чувствительного элемента определяют механическими, оптическими нли электрическими способами. Трубчатые вакуумметры предназначены дпя измерения Лавленги, близкого к атмосферному.
Как правило, они имеют класс точности 0,1б; 0,25 и 0,4 и обеспечивают измерения в диапазоне 102 - 105 Па. Показания приборов зависят от атмосферного давления. Вследствие отсутствия элеюрического выходного сигнала применение таких вакууыметров в машиностроении ограничено вспомогательными функциями. Среди деформационпых приборов наилучшие характеристики имеют мембранные вюсуумметры. Для непрерывного преобразова- МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВАКУУМНЫХ И ГАЗОВЫХ СРЕД 333 а) 3.2.11. Техвнчесвпе хяраатернспин деформацповнык мембраио-емяоствых вакуумметров ния измеряемого давления в унифицированный токовый сигнал в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами применяются мембранные измерительные преобразователи, например, Сапфир-22" с тензоцреобразовагелями.
Класс точности приборов 0,25 - 1,0, верхний предел измерений различных моделей 4 10з - 105 Па. Васууммстры имеют на вьиоде сигнал постоянного тока 0 - 5 иди 0 - 20 мА. Наиболее распространен емкостной способ определения прогиба мембраны. При этом мембрана вместе с дополнительным неподвижным электродом образует обкладки электрического конденсатора, емкость которого завис и от измеряемого давления.
Принципиальная схема преобразоватеи и схема измерения прогиба мембраны емкостным способом приведены на рнс. 3.2.39. Мембранные вакууммстры емкостного тапа обладают наивысшей чувствнтельноспю по сравнению с деформационными вакуумметрами всех типов. Онн позволяют измерять давление 105 - 10 4 Па, причем одним преобразователем можно измерять значения давлеюи, различающиеся на 3 - 4 порядка (табл. 3.2.11). Тепловые вакуумметры.
Тепловые вакуумметры позволяют измерять давление различных газов и паров 10-з - 105 Па с относительной погрешностью не менее 10%. Они практически не изменяют состав и давление измеряемой газовой среды и не выходят из строя даже при полной разгерметизации вакуумной системы. Тепловые вакуумметры яюиются самыми распространенными и применяются практически в любом вакуумном оборудовании; в различных видах оборудованзи такие вакуумметры используются ди контроля и поддержания техналопнеских процессов, а такзсе в качестве датчиков управлеюи элементами вакуумного оборудования (открытие или закрытие вакуумных вентилей, включение или выключение высоковасуумных насосов и т.п.).
Принцип действия тепловых вакуумметров оонован на зависимости теплопроводности разре!кенного газа от давления. Давление измеряют косвенным методом, т.е. измеряют Рве. 3.2.39. Прамввосммаал схема (а) моабуаммеваееомге иреебразавагела даалеввя в стууатурваа омва (С) его ювеувтеаьмво усгрояеиа: ! - вмсуумвуаванваа замера; У - обкладки конденсатора; 3- мембрана; 4- юмеувтедьная камера; Г- генератор переменного напряженна (50 - 100 кГп); СР - устройство суавненвя; УПТ - уавзатедь постоянного тока; д - Регулятор недянейностя какую-либо физическую величину (например, температуру), зависящую т тепл в й н р отводимой газом от чувствительного элемента вследствие тепло пр озоди ости.
Зависимость этой физичеокой величины от давлеюи устанавливают экспериментально гралуиров кой вакуумметра по образцовому средству измерения. Градуировочные характеристики тепловых вакууммстров нелинейные. Преобразователь давления теплового вакуумметра предстаюиет собой баллон, внутри которого расположен ныреваемый электрическим током чувствительный элемент (обычно нить). По конструкции тепловые преобразователи подрюделяются на термопарные и терморезисторные. Электрические схемы термопар- ного н терморезисторного преобразователей даны на рис. 3.2.40. Глм 3.2 ВАКУУММИЫВ И ГАЗОВЫВ СИСТВМЫ а) (3.2.1) 3.2Л2.
Техлвчесвие хараятервствви тепловых вавуумметров Диапазон юмеренвя давления, Па Отнссвтевьвм лсгреюнссгь юмереюи, % Модель аахуумматра, фирма, страна Преобразователь, 0,26 - 2,6; 26 3910г. 3,9 10з - 1Оэ 7 10 г - 1,З 1Ог ПМТ-6-ЗМ-1 13ВТЗ-ООЗ, Россия Не нормирустся -40 ... +60 Не нормируегся Не нормируется УКВ-20, Россия ВТ-6, Россия ПДТ-24 10 г - 7 !Ог 1,3 10 г - 6,7 101 1 3 10 г - 13 10-! Г04 ПМТ-2 ПДТ-8 ПДТ-9 ТРК010 э(30 - 50) х20 хзо х20 ВТЦ-1, Ро ТРО 100, Ва)геи, Лихтенппейн ТМ21, ЕеуЬо16, Гермаюи 10 г - 1; 1 104 104 - 105 ТК211 т20 й15 Не нормнруется Рве. 3.2.40. Эаеатрвчмива еэевм терэюварвеге (а) в тервереэвстервеге (6) вреабраэеаателея: 1 - термспарнмй лресбрээезагель; г - нагреваемаа нить; 3 - термслара; 4 - термсреэистсвнмй преобразователь Преобразователи могут работать в режиме постоянной силы тока или в режиме постоянной температуры нити.
Мерой давления при работе по методу постоянной температуры являются сила тока ншрева, напряжение илн зпектричесюи мощность, подводимые к нити; при работе по методу постоянной силы тока- температура нити, которую определяют по ее сопротивлению (терморезисторнью преобразо- натали), с помощью термопары (термопарнью преобрюователи), по измененюо натяжения нити (струнные частотные тепловые манометры), по изменению линейных размеров или углу изгиба чувствительного элемента (биметаллические реле). Никний предел измерения давленги ограничен влиянием побочного тепло обмена, что приводит к малому отношению мощности, отводимой от нити газом, к моШности, отводимой, например, тепловым излучениям.
Верхний предел измерения ограничен дюсю пнем, при котором теппопроводность пюа не зависит от давления (длина свободного пробега молекул становится меньше расстояния межпу нагретым элементом и стенкой). Зависимооп теплопроводности от рода газа обусловливает зависимость ~оказаний тепловых вакуумметров от рода иза. Давление различных ивов рг (Па) рассчитывают по показаниям вакуумметра,огтрадуированного по воздуху (азоту): где рв - показания вакуумметра; К - коэффициент относительной чувствительности вакуумметра, зависящий от рода пюа: Газ ... Воздух Не 14)е Аг Кг К ... 1 0,89 0,76 0,64 0,43 Газ ... Хе Нг СО С Ог СН4 К ... 0,45 0,49 1,03 1,06 1,64 Газ ... СгНг Сгиа СгН4 Нг$ Ог К ... 1,67 1,16 1,26 1,41 1,3 Основные технические характеристики тепловых вакууммегров даны в табл. 3.2.12. МЕТОДЫ И СРРДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВАКУУМНЫХ И ГАЗОВЫХ СРЕД 335 Р = 1а 7' (~Та) = 1а ! о" = 1аС, 2 2 ! 1 ! ! ! ! г 2 2 У 7 я) Ф) 7 р) гъ Рва.
3.2А1. Прявяаиивиые свеям эвеаграввэи яевшаяваввых вреабраэеээтааеь: а — прямавралатнага (высакага лаелаши); б - а цилиндрическим каплею арам; в - а ааавым халлехторам (Бэйарда-Альяерта); г - а осевым юилехтарам в торцевыми сетками; д - а осевым халлевтаром я мавулэтарам; е - эхстритавнага; эа - арбвтраннага; э - супреааарнага; 1 - катод; 2- анод; У - хаиахтар; 4- модулятор; 5- стра хатавь ионов; б- экран; 7- супрессар Ионизационные вакуумметры. Ионнзационные вакуумметры измеряют давление 10'С - 10з Па. Пршщнп измерения основан на зависимости от измеряемого давления числа положительных ионов (силы постоянного тока), образованных в результате ионизацни молекул разреженного газа.
Иониэац~гя молекул пиа производится в преобразователе давления. В зависимости от способа ионнзации вахууммстры подрахцеляюты на следующие тнпм: ионнзацнонные, в которых ионизация газа осуществляется контролируемым потоком ускоренных элехтронов, эмнттнруемых катодом (электронные ионизационные); магнитные элекгроразрядные, ионизация шэзв в которых обеапечнвается в газовом разряде, происходящем в мапппном поле; радиоизотопные, в которых газ ионизирустся о-частицами или В-часппгами, испускаемыми радиоахтивнымя изотопами. Влияние окружающей температуры на показания и работу ионизацнонных ваху)аиметров несущественно.
Главными пренмущесиами электронных ионизационных вакуумметров являются линейность грэдуировочной характеристики (зависимость выходного сигнала - ионного тока - от давления р) и сравнительно высокая точность. Градуировочн ой характеристике иютветствуст уравнение где 1) - сила ионного тока, А; 14 - сила электронного тока, А; 1( - приведенная чувствительность, Па-'1 о' — абсолютная чувствительность, А/Па; С - постоянная вахуумметра (преобразователя), Па/А.
Значения и' или С определшот для каждого типа вакууммстра и данного газа экспериментально по результатам градунровки н Лля азота (воздуха) приводят в паспорте. Верхняя граница диапазона измерения давления опредишется нарушением линейности градуировочной характеристики и малым сроком службы катода при высоком давяении. Нижняя граница измеряемого давления определяется не зависящими от давления фоновыми токами, протекающими в цели коллектора ионного тока. Диапазоны измерения давления (табл.
3.2.13) определяются в основном конструкцией преобразователя (рис. 3.2.41), который предсиюшет собой июхтронную лампу с тремя (не менее) электродами: катодом, эмитируюшим электроды; анодом, ускоряющим электроны до энергии, значительно превышающей энерппо ионизации газа; коллектором образованных при ионизации ионов.
Технические характеристики ионизационных вакуумметров приведены в табл. 3.2.13. Глава 3.2. ВАКУУМНЫЕ И ГАЗОВЫЕ СИСТЕМЫ 3.2ЛЗ. Технические характеристики ионизацнонньщ вак)умметров г г а) Ряс. 3.2.42. Прющвяяезьяые схемы мапяпяых ззеатререзрядеых яреебрезееатезед дееяеяяя: а — Пеянняга; р - мынетронного; е - лняерсно-мынетронного; Х - катод; г - анод; 3- экран; гг- вектор наяряязнностя магнитного поля При проектировании и эксплуатации оборудования с электронными ионизационными вакуумметрами следует учитывать следующее: для обеспечения нормальной работы вакуумметра напряженность внешнего магнитного поля в месте расположения преобразователя не должна превьппать 1,2 кА/м; ионизационные вакуумметры могут незначительно изменять состав и давление таза.
Средняя скорость откачки преобразователя при силе тока эмиссии 5 мА составиет 5 1О-з мз/с, при 0,5 мА — 5104 мз/с; чувствительность одного и того же преобразователя в процессе эксплуатадии может изменяться (как правило, уменьшаться) вследствие изменений межэлектродных расстояний, провисания витков сетки, загрязнения электродов, образования на электродах плохо проводящих покрытий и скопления на них зарядов и тш. Изменение чувствительности может доспаать 10 - 15%; показании ионизацнонных вакуумметров зависят от рода газа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
