В силу того, что современное производство обусловлено множеством технологических процессов, которые требуют точного и своевременного контроля над давлением в широком диапазоне действий, используются вакуумные датчики. Так сложилось, что физически невозможно проконтролировать все процессы любой вакуумной системы, с помощью одного типа вакуумметра либо подобного механизма. Для этих целей, на каждом узле, выполняемом свою роль общего процесса, устанавливается требуемый тип датчика, который заточен под конкретные условия эксплуатации.
Датчик вакуумный: что это?
Данные приспособления созданы с целью снятия показаний уровня давления, которое варьируется от атмосферного, до практически абсолютного. Разные модели этих устройств по-своему считывают информацию. Некоторые могут определять полный диапазон давления, а другие считывать только ограниченный диапазон, но с повышенной точностью.
Сам процесс инсталляции вакуумных датчиков в систему либо отдельный механизм, не является сложным и занимает мало времени. В основном, ими оборудуют вакуумные системы, которые не снабжены панелями управления. Масштабы и функциональный диапазон вакуумных агрегатов, где устанавливаются датчики, не имеет абсолютно никакого значения, так как они считывают определенные условия, создаваемые в отдельных узлах системы. Среди задач, которые контролируют вакуумные датчики существуют:
- Контроль над уровнем масла в аппарате либо системе;
- Качество и степень охлаждения;
- Эффективность производительности;
- Обнаружение и контроль над поломками либо сбоями в системе.
Роль этих датчиков настолько важна, что если их убрать из любой вакуумной системы, то ее функциональность, производительность и работоспособность, моментально упадет в несколько раз. Поэтому, их наличие обязательно, но с учетом правильного подбора необходимых датчиков под конкретные нужды. Таким образом, существует 4 основных категории, которые заточены под конкретный процесс в работе любой вакуумной системы:
- Датчик для контроля над вакуумным насосом;
- Датчик для снятия показаний давления в рабочей области системы;
- Датчик вакуумный, системы Пирани;
- Общий датчик вакуумной системы.
Естественно, вышеперечисленный перечень не является полным, так как существует еще огромное количество разновидностей вакуумных датчиков, для более узконаправленных видов вакуумных агрегатов и систем. Но, так как данные типы контроллеров являются стандартными и наиболее распространенными, их цена значительно ниже устройств, которые заточены под более эксклюзивные типы производства и создания условий в вакуумной среде. Хотя, стоимость таких механизмов для любого назначения не маленькая. Это обусловлено сложностью их изготовления. На данный фактор указывает еще и то, что в большинстве случаев датчики являются комплексным оборудованием, идущим в комплекте с уже готовой той либо иной вакуумной системой. Поэтому, производство данных приборов по отдельности, является более затратным и провоцирует их повышенную стоимость.
Вакуумные датчики и вакуумметры: разновидности
В зависимости от сферы применения, воздействия обрабатываемых веществ, жидкостей и газов, вакуумные датчики выпускаются различной конструкции и способа установки. Таким образом, существуют следующие модификации данных устройств.
Вакуумметры механического действия
Жидкостные манометры (гидростатические). Они работают по принципу замера разности давлений, воздействующих на поверхность вещества, заполняющего u-образную трубку. В силу технологического прогресса, такие аппараты считаются устаревшими и практически не используются в современных вакуумных системах.
Манометры компрессионного действия. Работают по принципу гидростатических устройств, настроенных увеличить диапазон измеряемого давления, рабочая жидкость предварительно подвергается сжатию. В принципе, данные приборы достаточно неудобные в использовании, но за счет своей точности снятия показаний, являются калибровочными вакуумметрами, для большинства агрегатов, работающих с низким давлением.
Деформационные датчики. Это мембранные устройства, принцип которых основан на воздействии давления на рабочую пружину, деформация которой передает показатели на стрелочный индикатор и определяет точное значение. Особенность данных приспособлений заключается в газонезависимости и низкой цене. Это обусловлено простотой механизма и отсутствием разного рода микросхем и специальных конденсаторов.
Диафрагменный емкостной вакуумметр. Это более дорогостоящая разновидность мембранного устройства, которая намного точнее снимает показатели разряженной среды. Внутренний процесс происходит за счет сгибания мембраны, являющейся обложкой центрального конденсатора, в зависимости от емкости которого учитываются показатели давления. Сама же емкость изменяется, отталкиваясь от расстояния между подвижной и неподвижной мембранами на конденсаторе. Эти датчики, также независимы от рода газа, имеют наименьшую погрешность в сотых долях процентов от замера. Минусом данных диафрагменных вакуумметров является узкий диапазон измерений, которые варьируются от 1 до 110-3 Top, а также их высокая стоимость.
Датчики теплового действия
Тепловые вакуумметры. Это наиболее распространенные устройства, которые применяются в вакуумных системах низкого и среднего давления. Такая популярность обусловлена достаточно хорошей точностью и относительно невысокой ценой прибора. Устройством замеряется значение абсолютного давления, что становится возможным в силу изменений теплопроводности газов, при смене их давления. Данный принцип делает эти приборы газозависимыми, так как разный тип газов имеет разную теплопроводность, на которую не влияет уровень существующего давления в системе. В продаже имеется два подвида тепловых вакуумметров, которые обладают своими технологическими особенностями:
- Термопарный датчик. Такой механизм считается бюджетным вариантом, за счет малого количества внутренних элементов и простаты их исполнения. Принцип действия заключается в считывании напряжения на кончиках термопары, напрямую зависящие от температуры, а та в свою очередь, варьируется в соответствии с давлением, которое окружает термопару;
- Датчик сопротивления Пирани. Роль термопары здесь выполняет нить нагрева, которая работает по тому же принципу. Отличие между ними заключается в том, что датчик Пирани более точно считает показатели и быстрее реагирует на изменение давления в системе, что соответственно, увеличивает его стоимость, по сравнению с термопарным датчиком.
Вакуумный датчик конвекционного действия. Суть прибора и его работы заключается в переносе тепловой энергии, при помощи смешивания газа. За счет того, что вокруг нити нагрева имеется большое пространство для тестируемого газа, обеспечивается хороший их поток и тем самым улучшается охлаждение, влекущее за собой увеличение точности.
Пьезорезистивный вакуумный датчик
Они применяются для считывания более точных показателей (лучше, чем тепловые) в вакуумной среде, с давлением в диапазоне от 1 до 100 атмосфер. Эти приборы не имеют зависимости от типа газовой среды, так как замер показателей напрямую зависит от влияния давления на пьезорезистивный элемент внутри вакуумметра.
Ионизационные датчики
Приборы предназначены для снятия показателей в системах высокого вакуума, работающие по принципу замера силы тока, которая создается заранее ионизированными атомами газа. Для процесса ионизации атомов зачастую применяется электромагнитное либо электрическое поле, потоки разогнанных электронов, радиоактивные вещества, а также внешние источники излучаемых волн, к примеру СВЧ излучение либо поток элементарной частицы. В продаже существуют два основных вида ионизационных датчиков, для высокого давления: магниторазрядный датчик для вакуума, его еще называют датчиком с холодным катодом; вакуумный датчик с нитью накала, именуемый Байярд Альперта. Из-за того, что способность к ионизации у каждого вида газа разная, данные датчики являются газозависимыми, что приводит к погрешностям в снятых показаниях, в зависимости от типа газовой среды в вакуумной системе.
Магниторазрядные вакуумметры, предназначенные для снятия замеров в среде с высоким уровнем вакуума, работают по принципу ионизации атомов газов в условиях сильного электрического поля. Сам процесс ионизации создается с помощью ускоренных электронов, которые под воздействием магнитного поля передвигаются по траектории в виде спирали, такой процесс значительно продлевает жизненный цикл электронов и соответственно, увеличивается их способность к ионизации. Датчики, с рабочим органом в виде холодного катода, являются очень надежными и долговечными. Среди недостатков магниторазрядных датчиков, если сравнивать их с устройствами на базе нити накала, является менее точное определение показателей давления.
Вакуумный датчик температуры
В отличие от других типов датчиков, температурное устройство обладает техническими особенностями, при которых очень интенсивно колеблется форм-фактор зонда. Такое разнообразие подобных устройств связано с широким диапазоном обстоятельств, при которых используется температурный датчик, среди которых наиболее популярные это: глубина погружения, обстоятельства окружающего воздуха, разновидность среды в системе, уровень температуры и прочее.
Ассортимент температурных датчиков позволяет подобрать необходимое устройство практически для любой отрасли промышленности, активно применяющей вакуумное оборудование. Наиболее популярными считаются: предприятия, производящие пищевые процессы, заводы по производству емкостей и труб, промышленные организации, процессы которые обуславливают использование жидкостных, газовых и сыпучих сред в вакуумной среде и т.д.
В некоторых случаях, работа вакуумной системы не подразумевает отображение показателей температуры в процессе работы. Поэтому, здесь можно применять температурные датчики без отображения показателя, именуемые температурными преобразователями. Такие приборы обладают сверхскоростным временем срабатывания и имеют распространенный тип выходных сигналов либо интегрированный интерфейс AS-i.
Предприятия, которые занимаются производством и обработкой гигиенических средств и предметов, используют температурные преобразовательные модификации ТАD. Эти устройства не требует калибровки и обладают опцией самостоятельного контроля.
