Существуют технологические процессы, которые проходят в вакууме. Именно состояние разреженного пространства — главное условие всей технологической цепочки. Для контроля за окружающей средой и нужен вакуумный датчик. Но типы процессов могут различаться и, соответственно, для каждого из них нужен свой датчик. Поскольку универсального прибора не существует, мы разберем, какие вообще существуют датчики и для каких целей.
Разновидности вакуумных датчиков
Собственно конструктивно — это манометр, который точно показывает давление разреженных газов.
Так как газы бывают разные, то и вакуумметры существуют разных типов. Они могут определять как полное давление в вакуумной среде, так разность по сравнению с атмосферным давлением.
Самые распространенные датчики, которые способны делать замеры абсолютного давления:
- термопарного типа;
- ионизационного;
- на тензорезисторах;
- конвекционного;
- мембранно-емкостного.
Термопарные
Такие датчики измеряют теплопроводность окружающей среды нитью накала.
Стоит измениться окружающему давлению — изменится теплопроводность газовоздушной среды, в которой находится нить накала.
Соответственно меняется и температура нити накаливания. Ее температуру снимает термопара.
Конструктивно в датчике применяется нагревательный элемент и термопара.
Если взять за основу тезис о том, что при постоянстве тока, проходящего через нагревательный элемент, его температура находится в прямой зависимости от теплопроводности окружающей среды, то можно измерять давление в вакуумной камере.
Теперь если понижать давление это вызовет уменьшение и теплопроводности газа. Это в свою очередь, вызывает повышение температуры нагревательного элемента и тянет за собой электродвижущую силу термопары.
Зная значение зависимости термоэлектродвижущей силы от давления газа можно точно определять давление в вакуумных системах.
Термопарные детекторы работают в системах, где есть газы различного типа. Точность измерений, при таком способе, позволяет зафиксировать изменение давления в диапазоне 2×10-1–2×10-4 мбар.
Датчики ионизационные
За основу работы ионизационных манометров взята зависимость скорости ионизации газов от давления.
Такие датчики, как правило, двухконтурные:
- в одном контуре происходит ионизация газов;
- в другом — происходит отбор ионов.
По тому току, который возникает при таком процессе, судят о наличии давления. Скорость образования ионов находится в прямой зависимости от давления и эффективности ионизации.
Это основной принцип работы ионизационных вакуумметров.
Разные модели применяют разные методики разгона молекул частиц ионов. Это — вакуумный детектор Байард-Альперта и вакуумный датчик с холодным катодом.
Вакуумный датчик с холодным катодом
Магнито-разрядный прибор, создающий очень сильное магнитное поле. Специальное расположение магнитов создает спиральное перемещение ионов. Такая модель сохраняет заряженные частицы и, тем самым, повышая ионизационную способность.
За счет этого показания прибора немного расплывчаты, но срок службы практически неограничен, так как в этом механизме нет трущихся деталей и, при работе, он не нагревается.
Датчики могут измерять текущий напор в вакуумной среде от 10-9 до 10-2 мбар.
Прибор Байард-Альперта
Тоже ионизационный датчик с нитью накала и термоэлектрической эмиссией, создающей, в свою очередь, множество электронов, ионизирующих мельчайшие частицы газов.
При работе устройства создается ток, с силой соразмерной уровню вакуума. Датчик считывает эту силу и переводит ее в определенные показатели давления.
Эти датчики могут работать при невысоких давлениях в диапазоне 1×10-12…-9 … 1×10-4 мбар.
Так как в такой системе нет сильных магнитов, это дает возможность применения таких датчиков в таких специфических устройствах, которые требовательны к присутствию магнитных полей.
Преимущества именно таких приборов заключаются в:
- надежности;
- быстроте срабатывания;
- низкой стоимости.
Тензорезисторный
Собственно говоря, этот вакуумный датчик своего рода резистор, с проводником, наклеенным на специальную подложку, которая может деформироваться от внешнего воздействия. Так как два элемента связаны вместе, то при изменении параметра подложки изменятся длина проводника и соответственно, и поперечное сечение. При изменении этих физических параметров также меняется и сопротивление резистора. Остается измерить сопротивление тензорезистора. По характеру изменения сопротивления определяется приложенное на подложку давление.
Как правило, в реальных датчиках тензорезистор приклеен к пружинной диафрагме. Когда на диафрагму действует внешнее давление — она деформируется вместе с тензорезистором.
Такие вакуумметры по праву могут являться одними из самых точнейших. Используются исключительно для замеров в вакуумных системах, где давление составляет от 1 до 2000 мбар.
Датчик измерения вакуума такого типа можно применять в различных газах, так как в них не содержится нагревательных элементов.
Пример вакуумметра с тензорезистором — датчик дифференциального давления Foxboro IDP10.
Конвекционные детекторы
Одна из разновидностей теплового детектора — конвекционный вакуумметр. Его работа основана на эффекте прямой подчинённости теплопередачи газов от давления.
В нем используется нить накала. Она обмотана вокруг всего прибора. С ее помощью датчик может перевести тепловую энергию в напряжение.
Как только увеличивается степень вакуума, снижается коэффициент теплопередачи. Как только увеличивается температура нити, соответственно, увеличивается и ее сопротивление. Теперь, понимая эту взаимосвязь, если измерять сопротивление нити можно рассчитать степень вакуума.
Такой вакуумный датчик дает возможность быстрому считыванию показателей со шкалы приборов.
Мембранно-емкостные
Принцип работы мембранно-емкостного детектора предельно простой. Самый главный элемент в этом устройстве — плоская мембрана, разделяющая камеру из нержавеющей стали на измерительную часть и опорную. Одна половина откачена и изолирована, в другой находится вакуумная камера
Мембрана регистрирует амплитуду изгиба на входящий в измерительную камеру газ, прогибаясь в сторону меньшего давления.
Теперь осталось только снять с электронной схемы датчика электрический сигнал разбаланса между двумя камерами.
Такие датчики дают возможность точного замера давления с нижним пределом до 10–5 мбар. Работа этих детекторов не зависит от типа измеряемого газа.
Где применяются
Вакуумный датчик находит применение во многих сферах:
- судостроении;
- машиностроении;
- в лабораторных исследованиях;
- целлюлозно-бумажной промышленности;
- электронике и электротехнике;
- медицине;
- фармацевтике.
То есть во всех тех сферах, где требуется контроль за степенью разрежения.
Вакуумные датчики активно применяются в разнообразных производственных процессах, например таких как:
- Напыление тончайших плёнок.
- В процессах CVD, PVD и ALD.
- При выпуске PV батарей и полупроводников.
- Вакуумные упаковки, сушка, дистилляция.
А также в нефтяной, пищевой и химической промышленности.
Производители вакуумметров
Производством вакуумметров занимаются многие производители и у нас в России и за рубежом. Некоторые компании освоили полный цикл производства. У других это производство существует в качестве дополнительного.
Итак, давайте познакомимся с ключевыми игроками на этом рынке.
Meta-Chrom (Мета-Хром)
Отечественное предприятие, которое, кроме производства разнообразного измерительного оборудования и инструментов для хроматографии, также нацелено на выпуск вспомогательной оснастки для вакуумных установок. Компания Meta-Chrom известна в России с 1995 года и с тех пор находится в активном развитии в вакуумной отрасли.
Ионизационные и термопарные детекторы этого предприятия получают постоянные положительные отзывы, которые можно найти на сайте этой компании.
MKS Instruments, Inc
Американские предприниматели этой компании начали свой бизнес еще в 1963 году. Но производством высокоточного измерительного оборудования для вакуумных систем начала заниматься с 1999 года. В линейке ее продукции есть вакуумметры почти для всех отраслей промышленности. Именно такая универсальность позволила придать популярность MKS Instruments, Inc по всему миру.
ULVAC Technologies, Inc
Американская компания ULVAC Technologies, Inc основанна в 1992 году и нацелена на выпуск вакуумной техники и вспомогательный измерительных приборов.
В нашей стране хорошо известны вакуумные датчики цифрового типа от этого производителя.
Тираконт
Еще один производитель вакуумного оснащения из Германии — компания «Тираконт». Она специализируется на выпуске ионных вакуумметров и датчиков к ним. Также компания специализируется на:
- вакуумных комплексах;
- запорной и регулировочной арматуре;
- сильфонах и другом вакуумном оборудовании.
Вся номенклатура выпускаемой продукции известна своим немецким качеством и находит спрос во многих странах мира.
ЮМАС
- Вакуумметры моделей ВП4у, ВП2у, ВП 100, ВП3уу2.
- Мановакуумметры МВПЗу, МВП 100 в обычном исполнении и в защитном.
- Запорная арматура.
- Манометры
- Измерительная аппаратура.
Вот далеко неполный перечень продукции известного российского производителя НПО «ЮМАС». Вся продукция высокого качества, а надежность подтверждается сертификатами в соответствии с требованиями ГОСТ.
Ebro Electronic
Бренд «Ebro Electronic» известен своими измерительными приборами термометратрами, манометрами, регистраторами двления. В линейке продукции этой компании есть цифровые вакуумметры.
Так как компания имеет узкую специализацию, выпускаемая продукция находит свое применение для высокоточных измерений в научно-исследовательских лабораториях.
Заключение
Из всего обзора вакуумных датчиков становится хорошо видно, что эти устройства в реальности выполняют большую работу и имеют огромное значение для многих отраслей отечественной промышленности.
Загрузка...
