4. Вакуумметры

Вакуумметрами называются приборы, предназначенные для измерения давления разреженных газов. Обычно вакуумметрами считают приборы, измеряющие давление менее 10 Па.

Диапазон давлений, измеряемых в металлургических цехах вакуумметрами, весьма широк (10 ... 1,33-10^–11 Па) и не может быть измерен одним прибором. Это обстоятельство и разнообразие эксплуатационных требований, предъявляемых к вакуумметрической аппаратуре, определили необходимость выпуска большого числа типов вакуумметров.

Все выпускаемые вакуумметры состоят из измерительной установки (блок измерения) и манометрического преобразователя, с помощью которого значение измеряемого разрежения преобразуется в электрический сигнал.

Вакуумметры настроены на измерения давления (разрежения) сухого воздуха. Поэтому при измерении разрежения других газов приходится проводить индивидуальную градуировку вакуумметров или использовать переводные коэффициенты.

Требования к точности измерения низких давлений в большинстве случаев невысоки. Поэтому значительная часть выпускаемых вакуумметров является индикаторными приборами.

Многие вакуумметры могут служить первичными преобразователями автоматических систем, которые одновременно с сигнализацией о достижении или превышении определенного давления управляют различными исполнительными механизмами. Такие вакуумметры могут иметь аналоговый выход на ЭВМ.

Блокировочные вакуумметры осуществляют управление (блокировку) по давлению при разрывной мощности контактов не более 50 Вт для цепей постоянного тока и 500 Вт для цепей переменного тока.

Большинство вакуумметров имеет электрический выходной сигнал, который может использоваться для записи на электронном потенциометре или в системах автоматики.

В зависимости от принципа действия манометрического преобразователя вакуумметры делят на тепловые, ионизационные и электроразрядные.

Тепловые вакуумметры оснащены манометрическими преобразователями, действие которых основано на зависимости теплопроводности разреженных газов от давления. Устройство такого типа изображено на рис. 72. Стеклянный баллон 1 соединен системой, в которой измеряется вакуум. Внутри баллона имеется нагреватель 3, через который пропускается ток (10 ... 100 мА). Температура нагревателя 75 ... 400 °С и зависит от теплопроводности окружающего газа. При атмосферном давлении теплопроводность газа практически не зависит от давления. Однако при давлении ниже 1,3 кПа теплопроводность понижается при снижении давления.

Рис. 72. Схема теплового вакуумного вакуумметра

Рис. 73. Схема ионизационного вакуумметра

Рис. 74. Схема магнитного электроразрядного вакуумметра

Молекулы газа, ударяющиеся о нагреватель, переносят энергию от нагревателя к стенкам баллона. Следовательно, установившаяся температура нагревателя будет определяться скоростью молекул газа, сталкивающихся с ним. При понижении давления нагреватель будет терять тепло медленнее, так как в газе с понижением давления уменьшается число способных переносить теплоту молекул. Соответственно этому температура нагревателя будет повышаться.

Температуру нагревателя измеряют двумя способами: термопарой 2, укрепленной на нагревателе, или посредством измерения его сопротивления.

Промышленность выпускает приборы типов ВТ-3, ВТ-8, ВСБ-1 и др. Вакуумметр ВТ-3 предназначен для работы в лабораторных условиях. Он состоит из измерительной установки и одного из трех термопарных манометрических преобразователей: ПМТ-2 в стеклянном корпусе; ПМТ-4М в металлическом корпусе или МТ-8, выполненного на фланцевом основании. В режиме постоянства тока накала нити (в диапазоне 0,133...1,33 Па) давление определяется по термоЭДС термопары. Определение давления в режиме постоянства термоЭДС (в диапазоне 1,33 ... 6,675 · 10² Па) ведется по току накала нити.

Таблица 11