Вакуумметр

Вакуумме́тр (от вакуум + др.-греч. μετρεω «измеряю») — вакуумный (манометр), прибор для измерения давления (разрежённых газов).

Типы

Вакуумметры могут быть разделены на 3 основные группы: механические, ионизационные и тепловые.

Классификация механических вакуумметров (вакууметров прямого действия):

• Давление создаёт силу, прилагаемую к рабочей области
  • Твёрдая рабочая область
    • Мембранный вакуумный датчик
      • Ёмкостные диафрагменные датчики, резонансные кремниевые датчики
    • Поршневой датчик
    • Вакуумметры с эластичными элементами, вакуумметры Бурдона
  • Жидкая рабочая область
    • ^[яп.]
    • (Вакуумметр Мак-Леода)

Классификация вакуумметров непрямого действия:

• ^[нем.]
  • вакуумметры с излучающим катодом
    • вакуумметры-триоды
    • ^[яп.]
    • вакуумметры-экстракторы
      • вакумметры-экстракторы с энергетическим анализом
      • вакуумметры Лафферти
  • вакуумметры с электромагнитным полем
    • • вакуумметры Лафферти
    • вакуумметры Пеннинга
    • вакуумметры-магнетроны, вакуумметры - обратные магнетроны
• тепловые
  • (вакуумметры Пирани)
  • термопарные вакуумметры
• вакуумметры измерения момента
  • вакуумметры с вращающимся ротором

Механические

Механический вакуумметр представляет собой обычный манометр (жидкостный либо (анероид)) для измерения малых давлений. В жидкостных вакуумметрах в измерительном колене применяется масло с известной плотностью и по возможности с малым давлением пара с тем, чтобы не нарушать вакуум. Обычно жидкостные манометры изолируют от остальной вакуумной системы при помощи азотных ловушек — специальных устройств наполняемых жидким азотом и служащих для вымораживания паров рабочего вещества манометра. Область измеряемых давлений от 10 до 10⁵Па.

Ионизационные

Вакуумметр Пеннинга, открытый

Принцип действия ^[нем.] основан на ионизации газа. По сути, представляют собой вакуумный диод, на анод которого подано положительное, а на дополнительный электрод, называемый коллектором, большое отрицательное напряжение. При понижении давления газа уменьшается число атомов, способных подвергнуться ионизации, и соответственно ионизационный ток (ток коллектора), текущий между электродами при данном напряжении. Область измеряемых давлений от 10⁻¹³ до 0,01 Па. Подразделяются на вакуумметры с холодным катодом (Пеннинга и магнетронные) и с накаливаемым катодом. К последним относится датчик ЛМ-2 с постоянной 10⁵ мкА/мм.рт.ст.

Альфатрон

Разновидность ионизационного вакуумметра. Отличается от последнего тем, что для ионизации используются не электроны, а альфа-частицы, испускаемые источником (порядка 0,1—1 (милликюри)) на радии или плутонии. Альфатроны проще, надежнее и точнее вакуумметров с катодом, но из-за низкой чувствительности, требующей очень сложной схемы измерения сверхмалых токов, не могут их заменить. Обычно используются в том же диапазоне давлений, что и термопарные (терморезисторные) вакуумметры.

Тепловые

Терморезисторные

(Вакуумметр Пирани), открытый

Принцип действия терморезисторного вакуумметра основан на мостовой схеме, стремящейся поддерживать постоянное сопротивление (а значит и температуру) терморезистора, открытого измеряемому давлению. Чем выше давление газа, тем большую мощность нужно подводить к (терморезистору) для поддержания неизменной температуры. Соответственно, между давлением и напряжением на датчике (током через него) имеется однозначная зависимость. Датчики, в которых терморезистором выступает нить, называют (вакуумметрами Пирани). Примером могут служить отечественные датчики ПМТ-6-3. Терморезисторные манометры применяются для измерения давлений от 0,001 до 1000 и более Па.

Термопарные

Принцип действия термопарного вакуумметра основан на охлаждении за счёт теплопроводности. Термопара находится в контакте с нагреваемым проводом. Чем лучше вакуум, тем меньше теплопроводность газа, и следовательно выше температура проводника (теплопроводность разрежённого газа прямо пропорциональна его давлению). Проградуировав подключенный к термопаре милливольтметр при известных давлениях можно использовать измеряемое значение температуры для определения давления. К термопарным относятся, например, отечественные датчики ПМТ-2 и ПМТ-4М. Область измеряемых давлений от 0,01 до 100 Па.

Ёмкостные

Принцип действия ёмкостного вакуумметра основан на изменении ёмкости (конденсатора) при изменении расстояния между обкладками. Одна из обкладок конденсатора выполняется в виде гибкой мембраны. При изменении давления мембрана изгибается и меняет ёмкость конденсатора, которую можно измерить. После градуировки возможно использовать прибор для измерения давлений. Область измеряемых давлений от 1 до 1000 Па.

Предел измерений

Пределы измерений вакуумметром напрямую следуют из его типа, поскольку назначение у этих приборов одно и то же, а точность и предел измерений сильно отличаются. Так, механическими вакуумметрами обычно можно измерять разрежение не ниже 100 Па, жидкостными — до 0,1 Па, тепловыми — до 0,001 Па, компрессионными — до 0,001 Па, ионизационными — вакуумметры до 10⁻¹²—10⁻¹³ Па).

Применение

Область применения вакуумметров достаточно широка: они используются и в промышленности, и в быту — везде, где нужно знать и регулировать давление: для контроля работы вакуумных насосов, степени разрежения в маслопроводах или технологических полостях, в лабораторных исследованиях, для обслуживания кондиционеров, в автосервисах — для измерения давления во впускном коллекторе. Термопарный и ионизационный вакуумметры широко применяются в промышленности и экспериментах, так как являются массовыми, хорошо повторяемыми приборами. Практически все выполняются в виде электронных ламп со стеклянным отростком, соединяющимся с исследуемым объёмом с помощью шланга или припаивания.

• (Лиофилизация)
• (Химическое производство)
• Системы молекулярной перегонки
• Обслуживание (вакуумных насосов)
• Анализаторы, спектрометрия
• Вакуумирование и заправка систем охлаждения
• Вакуумная упаковка
• Вакуумная теплоизоляция, двустенные сосуды и трубопроводы
• Изготовление полупроводниковых и электронных компонентов
• Контроль качества

Примечания

1. Vacuum Gauges — Types And Applications от 11 января 2024 на Wayback Machine  (англ.)
2. Gauges for fine and high vacuum от 19 апреля 2022 на Wayback Machine p. 66  (англ.)

Ссылки

• Вакуумметр
• Вакуумметр
• Gauges for fine and high vacuum  (англ.), Ultrahigh vacuum gauges  (англ.)
• Introduction to vacuum gauges  (англ.)
• Vacuum Gauges — Types And Applications  (англ.)
• Vacuum Gauges  (англ.)
• 3 Types of Vacuum Gauges  (англ.)

См. также

• (Мановакуумметр)