Выбор приборов для измерения давлений в вакуумной системе

Область давлений, используемая в современной вакуумной технике, 10⁵…10^-12 Па. Измерение давлений в таком широком диапазоне не может быть обеспечено одним прибором. В практике измерения давления разреженных газов применяются различные типы преобразователей, отличающихся по принципу действия, диапазону измеряемых давлений и классу точности.

На рисунке 3.1 представлены диапазоны измеряемых давлений вакуумметрами.

Рисунок 3.1 – Диапазоны измеряемых давлений вакууметрами

Приборы для измерения общих давлений в вакуумной технике называют вакуумметрами. Они обычно состоят из двух основных узлов: манометрического преобразователя и измерительной установки.

Рассмотрим некоторые типы преобразователей:

Деформационные:

- Трубка Бурдона – манометр в виде спиральной трубки, скручивающейся под действием атмосферного давления в случае откачки внутренней полости за счет разных радиусов кривизны, а следовательно, и площадей наружной и внутренней поверхностей трубки. Манометр измеряет давления в пределах 10⁵…10³ Па.

- Мембранные – различаются в зависимости от способа регистрации перемещения мембраны и метода измерения данного перемещения. Диапазон измерений от 10⁵ до 10^-1 Па.

Тепловые преобразователи, чей принцип действия основан на зависимости теплопередачи через разреженный газ от давления: термопарный преобразователь, преобразователь сопротивления. Диапазон рабочих давлений 5∙10⁵…10^-1 Па.

Электронные преобразователи, принцип действия которых основан на пропорциональности между давлением и ионным током, образовавшимся в результате ионизации термоэлектронами остаточных газов. Диапазон измеряемых давлений: 10⁰…10^-5 Па.

Магнитные преобразователи, которые измеряют давление по зависимости от тока самостоятельного газового разряда в скрещенных магнитном и электрических полях. Диапазон рабочих давлений: 3∙10⁰…10^-11 Па.

Перечень существующих манометрических преобразователей и их характеристики можно найти в литературе [1, с.136-155, Приложение 10], [2, с. 405-415], также в [3], [4], [6],[7].

ПРИМЕР

В зависимости от выбранных насосов произвести расстановку манометров на вакуумной арматуре и вакуумной камере.

Исходя из того, что диапазон рабочих давлений для турбомолекулярного насоса – 1·10^-2…8·10^-7 Па, а рабочее давление в камере составляет Р₁= 6,3∙10^-5 Па, следует применить магнитный преобразователь, предел измерения которого составляет 10…100 ÷ 10^-7 Па.

Нам подходит вакуумметр электроразрядный блокировочный ВМБ-14, который имеет следующие характеристики:

• В качестве первичного применяется преобразователь электроразрядный магнитный ПММ-32-1.

Вакуумметр имеет аналоговый выход напряжения от 0 до +10В и два канала блокировки на весь диапазон измеряемых давлений.

Питание вакуумметра осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В ±22 В, частоты 50 Гц.

Максимальная электрическая мощность, потребляемая вакуумметром - 35 ВА.

Габаритные размеры, мм:467х80х158.

Масса, кг: 4,2.

Изображение вакуумметра представлено на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Вакуумметр электроразрядный блокировочный ВМБ-14, общий вид

В данном вакуумметре может использоваться преобразователь манометрический инверсно-магнетронный ПММ-32-1 (рисунок 3.3):

Рисунок 3.3. – Общий вид преобразователя манометрического инверсно-магнетронного ПММ-32-1

Преобразователь манометрический предназначен для преобразования сигнала давления в электрический сигнал в диапазоне 1·10^-7 до 1,3 Па.

Относительная погрешность измерения давления преобразователем при температуре плюс 10 … + 35 градусов С Находится в пределах:
минус 25 ..до + 50% в диапазоне от 1·10^-7 до 0,13 Па.
От - 40..до + 80% в диапазоне от 0,13 до 1,3 Па. Преобразователь сохраняет работоспособность в интервале температур от +10 градусов С до 200 градусов С.

· Преобразователь вакуумноплотный в пределах чувствительности течеискателя ПТИ-10.

· Суммарное натекание не превышает 5·10 ^-13 Па м3/с.

· Магнитная индукция в центре зазора магнитной системы (катода) 0,11 Тл + - 0,005 Тл.

· Габаритные размеры: 90х89х85 мм.

· Масса: 0,850 кг.

Для механического насоса диапазон рабочих давлений 4·10^-1-1·10⁵ Па, и предельное выпускное давление турбомолекулярного насоса составляет 100 Па, поэтому следует применить преобразователь, диапазон давлений для которого составляет 10⁵-10^-1 Па.

Исходя из этих условий мы выбираем вакуумметр теплоэлектрический блокировочный 13ВТ3-003 (рисунок 3.4):

Рисунок 3.4 – Вакуумметр теплоэлектрический блокировочный 13ВТ3-003

Основными характеристиками данного вакуумметра являются:

· Диапазон измеряемых давлений: 1·10^-1-1·10⁵Па

· Количество каналов блокировки, шт.: 2

· Напряжение питания (сеть переменного тока, 50 Гц), В: 220

· Потребляемая мощность, Вт: не более 15

· Манометрические преобразователи, используемые c вакуумметром: ПМТ-6-3 и ПМТ-6-3М-1

· Диапазон сигнала на аналоговых выходах для подключения внешнего измерительного прибора, В: 0-10

· Габаритные размеры, мм: 212х100x158

· Масса, кг: 2

· Наработка на отказ, час: не менее 2500

· Средний ресурс, час: не менее 10000

На рисунке 3.4 представлено изображение используемого в комплекте с вакуумметром терморезисторного преобразователя ПМТ-6-3М-1.

Рисунок 3.4 – Преобразователь манометрический терморезисторный ПМТ-6-3М-1

Основными характеристиками данного преобразователя являются:

§ Рабочий диапазон давлений: 2,7·10^-1 - 1·10⁵ Па (в режиме постоянного сопротивления 116.4 Ом)

§ Сопротивление нагревателя при Т=20^оС: 72±4,5 Ом

§ Присоединение к вакуумной системе: посредством "грибкового" соединения ДУ18 с резиновым уплотнением

§ Габаритные размеры (не более): 138,5 х 24 х 24 мм

· Масса (не более): 0.1 кг