Вакуумметр для чего?

marijuana ›
Блог ›
Диагностика двигателя с помощью вакуумметра

Диагностика двигателя с помощью вакуумметра

Одно из средств ранней диагностики, вакуумметр*, сохраняет свою эффективность для выявления технических неисправностей двигателя. Он так же может быть заменен электронным преобразователем давления.
*Вакуумметр – это тот же манометр, измеряющий отрицательное давление внутри какого-то объема, т.е. насколько давление внутри этого объема меньше атмосферного для данной местности в момент измерения, иными словами вакуумметрическое давление. Автор использует термин «вакуум», прекрасно понимая, что никакой это не вакуум, а скорее разрежение. Я буду придерживаться того же. Далее, выделенное курсивом будет означать мою «отсебятину».
Неужели до сих пор находится применение вакуумметрам? Сегодня полно двигателей, которые могут никогда не потребовать регулировки клапанов, которые сами регулируют зажигание, контролируют условия пропусков зажигания и сами корректируют подачу топлива при незначительном падении вакуума (при появлении подсоса воздуха во впускном тракте). Тем не менее, типичная топливная система, контролируемая компьютером, все еще сильно зависит от состояния двигателя и наличия сильных (различимых), надежных вакуумных управляющих сигналов.
Вот почему значения уровня вакуума сегодня важны как никогда. К тому же измерение вакуума с помощью вакуумметра оказывается самым быстрым и самым простым тестом. Не нужно искать специальных переходников для топливного расходомера как, например, для различных тестов по измерению давления топлива. Не нужно выворачивать свечи как при измерении компрессии. Надо просто найти подходящее место для подключения вакуумметра к впускному тракту и подключить его.
Когда мы измеряем давление во впускном тракте, на самом деле мы сравниваем давление внутри впускного тракта с атмосферным давлением снаружи впускного тракта. Разница этих давлений и является причиной поступления воздуха и топлива в камеру сгорания. Мы будем называть меньшее давление внутри впускного коллектора «вакуумом».
Величина созданного в тракте вакуума зависит от оборотов двигателя и положения дроссельной заслонки. Если отключить подачу топлива и зажигание, и затем начать вращать двигатель стартером, то во впускном тракте начнет создаваться вакуум. Чем быстрее вращается двигатель, тем больший вакуум будет создаваться, но до тех пор, пока дроссельная заслонка будет создавать собой препятствие, оставаясь закрытой. Как только заслонка откроется, вакуум будет уменьшаться, но только если скорость вращения будет оставаться постоянной. Перед тем как идти дальше, важно понять эту основную концепцию.
Вероятно, вы уже слышали об использовании вакуумметра для проверки вакуума при запуске. Это полезный тест, т.к. свечи и топливо в процессе не участвуют и, таким образом, мы видим только механическое состояние двигателя. Без топлива и зажигания, понятие вакуума является самым простым для понимания. Оно зависит только от механического состояния двигателя, если мы знаем обороты и положение дроссельной заслонки (ДЗ).
Назовем измерение вакуума при принудительном вращении двигателя стартером при отключенной подаче топлива и зажигании «пусковым тестом», а показания вакуумметра «пусковым вакуумом».
Все усложняется, если мы включаем в процесс подачу топлива и зажигание, т.к.
они напрямую влияют на обороты двигателя. Например, если два одинаковых
двигателя работают при одинаковом положении ДЗ, то обеднение смеси приведет
к более медленному вращению одного из двигателей по сравнению с другим
двигателем, работающем на правильной смеси. Для выравнивания оборотов придется приоткрыть ДЗ первого (медленного) двигателя (уменьшая сопротивление поступающему воздуху), что приведет к снижению вакуума и соответственно показаний вакуумметра.
Таким образом, по вакууму можно достоверно оценить насколько хорошо работает двигатель. Чем выше вакуум при определенных оборотах и открытой заслонке, тем лучше работает двигатель. Понятно, что маленький (низкий по абсолютному значению) вакуум свидетельствует о наличии проблемы, но с чего начать поиск? На самом деле причина низкого вакуума может быть в чем угодно, включая зажигание, подачу топлива или свидетельствовать о механических проблемах.
Ниже мы поговорим об интерпретации показаний вакуумметра при различных тестах и идентификации заболеваний двигателя. Каждый нюанс, который влияет на вакуум, оставляет уникальный след.

Измерение вакуума с помощью вакуумметра

Для измерений предпочтительно использовать вакуумметр со шкалой от -1 до 0 кгс/см2. В статье используется американская система единиц, и приводятся значения в дюймах ртутного столба. 1 inch Hg = 3.385E-2 bar, 1 inch Hg = 3.4532E-2 kg/cm2, 1 inch Hg = 3.342E-2 atmosphere. Можете пересчитать сами в зависимости от шкалы Вашего прибора, но разница будет незначительна. Я округлял полученные значения, т.к. считаю, что важны не абсолютные числа, а порядок величин и их относительные значения во время разных тестов и поведение стрелки прибора. При этом автор, называя вакуум нормальным, имеет ввиду, что его уровень находится в допустимых пределах, в противном случае он называет его аномальным.
Если это возможно, подключите вакуумметр к большому, расположенному по центру вакуумному порту впускного тракта. Убедитесь, что порт не загажен угольными отложениями. В зависимости от типа двигателя и конструкции впускного тракта, выбранное Вами место подключения вакуумметра может сильно влиять на его чувствительность и точность показаний, которые Вы получите.
Для того чтобы запуститься, обычно двигатель должен создать вакуум около 0.03 кгс/см2 (1 inch Hg). При продолжении вращения исправный двигатель увеличит вакуум во впускном тракте до нормального пускового вакуума от 0.1 до 0.2 кгс/см2 (3-6 inch Hg). Чем больший вакуум создает двигатель, тем быстрее он заведется. Чем больше цилиндров имеет двигатель, тем более высокий и более стабильный вакуум он создаст.
Когда двигатель запускается неравномерно, пусковой вакуум также будет изменяться неравномерно (пульсировать). Наиболее распространенной причиной аномального или пульсирующего пускового вакуума и затрудненного запуска двигателя является проблема с ремнем ГРМ или цепью. Однако двигатель также может быть настолько горячим, что при запуске он проявляет дизельный эффект.
Проблемы с компрессией также могут создавать аномальный пусковой вакуум. Если пусковой вакуум нормальный, но сбрасывается регулярно и ритмично, ищите проблему в компрессии. Каждый раз, когда слабый цилиндр пытается воспламениться, две вещи происходят моментально: обороты возрастают и вакуум уменьшается. Прогоревший клапан может заставлять стрелку вакуумметра регулярно сбрасываться до нуля.
У Вас нулевое стартерное разрежение? Прежде чем Вы начнете искать существенный подсос воздуха, проверьте, не зависла ли дроссельная заслонка в открытом положении. Если да, то закройте ее и проведите тест повторно. Если дроссельная заслонка не закрыта или закрыта не полностью, некоторые вакуумметры (с плохой чувствительностью) могут не показать вакуума во время пускового теста.
На исправном двигателе нормальный вакуум холостого хода (ХХ) должно быть стабильным и находиться в пределах 0.6-0.7 кгс/см2 (17-21 inch Hg). Двигатели большего литража имеют тенденцию создавать большее значение вакуума ХХ чем двигатели меньшего объема. Чем большую герметичность обеспечивают поршневые кольца и клапана, тем больший вакуум создаст двигатель.
Стабильный, но меньший чем нормальный вакуум ХХ может быть следствием подсоса воздуха, неисправности EGR (рециркуляция выхлопных газов) или проблемы с зажиганием / ремнем ГРМ или цепью. Если имеет место подсос воздуха, то принудительное (вручную) обогащение топливной смеси улучшит работу двигателя на холостом ходу. Если обогащение смеси не помогает, ищите в другом месте и продолжите диагностику.
Аномальный вакуум на ХХ и высоких оборотах заставляет стрелку вакуумметра падать регулярно и предсказуемо на холостом ходу, это обычно вызвано негерметичностью одного или нескольких клапанов. Во время такта сжатия прогоревший впускной клапан пропускает импульсы положительного давления во впускной тракт. При этом, если добавить оборотов, показания не стабилизируются.
Когда показания вакуумметра сбрасываются неравномерно и непредсказуемо на ХХ, клапан или клапана зависают. Стрелка может не падать так сильно как при прогоревших клапанах. Если клапана зависают, охлаждение двигателя или применение специальных присадок к маслу, освобождающих (раскоксовывающих) клапана, может временно стабилизировать показания вакуумметра.
Когда показания вакуумметра изменяются резко между нормальными и очень низкими, возможно имеет место утечка компрессии между смежными цилиндрами. Если это так, то оба эти цилиндра будут выявлены при балансировочном тесте цилиндров.
Слабые клапанные пружины вызывают аномальные показания вакуумметра на ХХ и высоких оборотах. Стрелка прибора будет колебаться быстро, и еще быстрее при увеличении оборотов двигателя. В зависимости от оборотов и состояния пружин, стрелка может пульсировать неравномерно. Когда слабые/сломанные пружины больше не могут закрывать клапан, поведение стрелки вакуумметра будет аналогичным как для прогоревшего клапана.
Сильно изношенные направляющие втулки клапанов вызывают аномальный вакуум на ХХ и нормальный вакуум на высоких оборотах. На холостом ходу стрелка прибора будет колебаться быстро в очень широком диапазоне, но показания стабилизируются при увеличении оборотов. При таком износе направляющих втулок двигатель будет иметь проблемы с расходом масла.
При 2500 об/мин на нейтрали, нормальный вакуум на высоких оборотах должен быть по меньшей мере равен показаниям на холостом ходу. Обычно вакуум при 2500 об/мин будет больше чем на холостом ходу. Если вакуум при 2500 об/мин меньше чем на холостом ходу, отключите систему EGR и проведите тест заново. Если показания остались низкими проверьте не уменьшилось ли сечение системы выхлопа. Имеется ввиду, что система выхлопа может уменьшиться в сечении, например, из-за неисправного, расплавленного каталитического конвертора, или в случае выхлопных труб с двойной стенкой внутренняя труба может проржаветь и забить ржавчиной наружную трубу. В этом случае давление выхлопных газов может оказать влияние на вакуум во впускном тракте.
Вы можете наблюдать за вакуумметром и источником вакуума одновременно. Например, подсоедините один вакуумметр к коллектору, а другой — к шлангу вакуумного модулятора трансмиссии. Если показания обоих изменяются не одинаковым образом во время дорожного теста, проверьте шланг модулятора и его соединения.
Используйте ваш вакуумметр в дорожных тестах так часто, как вам позволяет время. Чем дольше вы будете его использовать, тем быстрее вы поймете, что является нормальными показаниями. С «забитым» выпускным трактом, под нагрузкой показания будут ниже чем нормальные, и потребуется незначительного открывания дроссельной заслонки, чтобы сбросить показания до нуля.

Трудно все запомнить?

Если Вы не обладаете фотографической памятью, запомнить все возможные комбинации показаний вакуумметра и причины их вызвавшие практически невозможно. Для упрощения, мы свели все испытания с помощью вакуумметра к их простым основам. Два следующих простых теста определят наличие хорошего вакуума до того как приступить к следующим проверкам.
1. Пусковой вакуум
2. Показания вакуумметра на прогретом, работающем на холостом ходу двигателе, при частично открытой дроссельной заслонке, без нагрузки на 2000 и 3000 об/мин и во время снижения оборотов с максимума при резком закрытии заслонки.
Во-первых, проверьте пусковой вакуум (обычно проводят на двигателе с отключенными подачей топлива и зажиганием). Подсоедините вакуумметр к источнику вакуума во впускном коллекторе. Убедитесь, что заслонка закрыта и двигатель вращается стартером с нормальной скоростью. Пусковой вакуум должен находиться в пределах по меньшей мере от 0.1 до 0.2 кгс/см2 (3-6 inch Hg).
Во-вторых, проверьте вакуум на прогретом двигателе на холостом ходу, при частично открытой ДЗ и при сбросе газа.
Сначала измерьте вакуум во впускном коллекторе на холостом ходу. Показания вакуумметра должны быть стабильными и находиться в пределах 0.6-0.7 кгс/см2 (17-21 inch Hg).
Теперь увеличьте обороты до примерно 2000 об/мин. Удерживайте их постоянными и наблюдайте за показаниями. После начального уменьшения показаний при открытии дроссельной заслонки они должны вернуться к уровню вакуума ХХ, зафиксированному на предыдущем тесте, или близкому к нему. Некоторые EGR клапана срабатывают без нагрузки. Если вы увидите небольшое снижение вакуума во время теста с неизменным положением дроссельной заслонки, отключите EGR и проведите замеры снова.
Проведите измерения на 3000 об/мин, вы должны получить аналогичный результат.
Позвольте заслонке резко закрыться от ранее резко открытого положения. Показания вакуумметра должны резко увеличиться до более высоких значений, чем получены на холостом ходу, и составить 0.67-0.85 кгс/см2 (20-25 inch Hg), затем медленно опуститься по мере снижения оборотов двигателя. Стрелка вакуумметра должна вернуться на прежнее место, соответствующее показаниям при холостом ходе, полученным в начале этого теста, и оставаться в этом положении.
Если двигатель прошел эти тесты, то все говорит о том, что с механической точки зрения он в порядке — по-крайней мере достаточно исправный, чтобы прокачивать воздух на ХХ, частично открытой ДЗ и сбросе оборотов.
Стабильные показания вакуумметра в диапазоне 0.6-0.7 кгс/см2 (17-21 inch Hg) на холостом ходу — это есть гуд. Показания вакуумметра должны стабилизироваться на этом уровне или более высоком при удержании заслонки в частично открытом положении. Двигатель не смог бы этого сделать, если бы имел одну или две сломанные пружины. И синхронизация клапанов/поршней должна быть правильной, иначе двигатель не смог бы поддерживать прокачку на более высоких оборотах. И наконец, внутренние детали двигателя (клапана и поршневые кольца) должны обеспечивать достаточно хорошую герметичность, чтобы поднять вакуум при сбросе оборотов.
Если вы получили «правильные» показания вакуумметра, а двигатель не работает хорошо, поищите неисправность еще где-либо, например, проверьте давление топлива, вторичное искрообразование и содержание выхлопных газов. Если получены «неправильные» показания, вот Ваши варианты:
Если пусковой вакуум низкий, или ноль, поищите основную проблему, например, заклинивание распредвала или большой подсос воздуха.
Если вакуум холостого хода низкий, но стабильный, проверьте сначала ГРМ.
Объяснения показаниям вакуумметра, которые окажутся внутри указанных пределов, найдете в начале этой статьи, что поможет Вам идентифицировать результаты.
Самое главное преимущество вакуумметра — это его способность выявить проблемы, связанные с низким вакуумом. Другие тесты, такие как баланс мощности, four gas, вторичное зажигание и проверка давления топлива, также помогут Вам локализовать неисправности.

Вакуумметр – устройство, применение

Вакуумный манометр – это прибор, который применяют с целью определения показателей давления газов в разреженном виде.

Выделяют несколько типов этих приборов по тому, как они работают:

1. Классические. Это достаточно простые устройства, применяемые для определения показателей небольшого давления. Обычно ими измеряют давление пара. Прибор работает на основании жидкости с заранее указанной плотностью, обычно масло. Применяют их в комплексе с азотными ловушками. Прибор работает в диапазоне от 10 до 100000 Па.
2. Ёмкостные. Измеряют изменения в ёмкости конденсатора, в то время, когда меняется длина между обкладками. Одна из них выглядит, как подвижная мембрана. Когда изменяется уровень давления, то с ее помощью меняется ёмкость конденсатора (возможно осуществить измерения).
3. Терморезисторные. Эти приборы работают на основании зависимости возникающей от давления и изменения напряжения. Диапазон показаний колеблется от 10?3до 760 и более миллиметров ртутного столба.
4. Термопарные. Работают на принципах проводимости тепла разряженных газообразных веществ. Диапазон измерений с использованием приборов данного типа составляет от 10?3до 10 и более миллиметров ртутного столба.
5. Ионизационные. Их действие основано на ионизации газа. По большому счету вакуумметр ионизационный — это вакуумный диод. Предел допустимых значений применения составляет от 10?12до 10?1 миллиметров ртутного столба.
6. Альфатрон. Можно отметить, что это один из вариантов вакуумметра работающего по принципу ионизации газов. Основным отличием является вид используемых частиц – это альфа-частицы. Эти приборы являются более чувствительными и как следствие более точными. Диапазон измерений совпадает с термопарными приборами.

Исходя из возможных типов вакуумметров, их свойств и диапазонов измерения можно выделить два основных вида чаще всего применяемых как в промышленности, так и при проведении исследований и испытаний – термопарный и ионизационный. Внешний вид их достаточно схож. Они представляют собой измерительный элемент и отросток для соединения с исследуемой емкостью.

Предел измерений

Все приборы применяют с одной целью. Но степень точности и предел измерений очень разный. Поэтому выбор определённого прибора зависит от типа. К примеру, механические вакуумметры определяют степень разжижения до ста Па, жидкостные измеряют до 0,1 Па, а тепловые и компрессионные, в свою очередь, — до 0,001 Па. Ионизационные можно использовать для измерения до десяти Па.

Как устроен вакуумметр?

Этот прибор состоит из двух главных частей. Одна нужна для перевода в электрический сигнал изменившееся состояние части, обладающей чувствительностью (измерительный блок). Другая же (преобразователь давления) – даёт оценку сигналу, делает пересчёт уровня давления в единицы, и даёт информацию об уровне разжижения на подконтрольном участке тому, кто в данный момент использует прибор.

Пользоваться анероидами элементарно: стоит только вставить и можно снимать показания, которые показывают стрелки, так как обе части находятся в едином корпусе.

Сегодня все современные предприятия изготовители этих приборов всегда стремятся объединить в небольшом, удобном блоке обе части: и устройство измерения, и считыватель существующего давления. Этот вид изготовленного прибора носит название – моноблочный.

Один из составных элементов измерительной части прибора, который необходим для произведения отсчёта показаний измеряемой величины, называется отсчётным устройством. Оно выглядит, как жидкокристаллический экран.

Основная область использования

Вакуумметры достаточно часто используются в бытовом хозяйстве, промышленности. Их применяют для регулировки давления и осуществления наблюдения за функционированием насосов, с целью проведения лабораторных испытаний, в автомобильных сервисах.

Измерение вакуума (разницы между атмосферным и фактическим давлением внутри какой-либо изолированной системы) требуется для оценки работоспособности электронных ламп или при фильтровании жидкостей от нерастворимых осадков. На животноводческих фермах вакууммирование используется для работы доильных аппаратов. Во всех этих, и иных подобных случаях применяются вакуумметры различных конструкций и принципа действия.

Основы работы вакуумметров и конструкции

На практике измеряют не чистый вакуум (его в земных условиях создают лишь для исследований глубокого космоса), а разность давлений. Тем не менее, определить такую разницу напрямую довольно сложно. Поэтому чаще используют так называемый косвенный метод, когда измеряют какое-либо характерное свойство газа, а затем сравнивают его с эталонным. Соответственно этому классифицируют и вакуумметры. Известны следующие типы:

1. Ионизационный, в котором степень разрежения оценивается по длине свободного пробега молекул: чем давление ниже, чем больше эта длина, и тем больше энергии будет выделено в результате состоявшегося столкновения молекул.
2. Тепловой, использующий принцип, подобный предыдущему, но определяется не энергия столкновения ионизированных частиц газа, а выделяющаяся при этом тепло. Поскольку в тепловых вакуумметрах измерение теплоты проводится при помощи измерительных мостов Томсона, которые собираются из термопар, то такие вакуумметры иногда называют термопарными.
3. Ёмкостной, оценивающий степень разрежения по деформациям эластичных мембран. В этом случае, правда, измеряется не сам вакуум, а разница давлений до и после местонахождения измерительной мембраны.

1. Механический или стрелочный, в котором измерительный механизм связан с тонкостенной трубкой, изгибающейся при самых незначительных перепадах давления. По принципу действия эти приборы (вакуумметры Бурдона) более всего напоминают манометры, из-за чего их именуют мановакуумметрами.
2. Если дополнительно сжать измеряемый газ избыточным давлением, то диапазон показаний прибора, подобного рассмотренному выше, увеличится. Следовательно, обычный манометр можно превратить в вакуумметр компрессионного типа. Такие приборы используют в качестве автомобильных вакуумметров.
3. Датчиковый, который использует для регистрации фактического давления газа показания первичных узлов слежения. Датчики могут быть конвекционного, пьезорезистивного, электроконтактного, магнитострикционного и электронного типа. По физическому принципу такие вакуумметры не отличаются от перечисленных ранее, однако используют показания от промежуточных устройств, что повышает точность их работы.

Принцип действия вакуумметра

Кроме физических основ работы вакуумметры различаются по способу вывода показаний: он может быть аналоговым, при помощи стрелочного механизма, либо цифровым, путём вывода результатов на дисплей. Стрелочная индикация менее точна, и оценивается визуально, поэтому такие вакуумметры могут использоваться для замеров средней степени точности. Ограничением цифровых вакуумметров считается зависимость их показаний от степени зарядки батареи, питающей аналого-цифровой преобразователь.

Рассмотрим его на примере наиболее прогрессивных и точных вакуумметров, реализующих ионизационный принцип определения степени вакуума. В приборе искусственным образом создаётся разность потенциалов, т. е. газ, находящийся внутри, ионизируется любым из способов: электромагнитным полем, электрическим разрядом, повышением температуры на одном из катодов и т. п. В любом случае равновесное состояние молекул нарушается, что приводит к направленному потоку заряженных частиц от одного полюса к другому. Излучение сопровождается появлением ионного тока, который регистрируется, усиливается и преображается в показания контрольно-воспроизводящего устройства.

Ограничения таких приборов – зависимость показаний от рода газа: с изменением плотности газа интенсивность ионного потока изменяется, что скажется на конечном результате измерения. Поэтому производители подобной техники всегда указывают внешние условия, при которых целесообразна эксплуатация вакуумметра – внешняя температура, плотность газа и т. д. Эксплуатационные достоинства – практически вечный срок службы, поскольку в цифровых вакуумметрах нет трущихся и изнашивающихся узлов.

В противоположность цифровым, аналоговые вакуумметры используют показания определённых физических характеристик воздуха или газа. Например, в стрелочных вакуумметрах измерение положения стрелки происходит вследствие разности давлений – эталонного, на который настроен прибор, и фактического. Использование таких вакуумметров намного проще, но необходимость частой тарировки усложняет их эксплуатацию.

Оптимальным является применение вакуумметров комбинированного действия, к которым относят термопарные. Там в результате нагрева термопарами воздуха внутри прибора изменяется его плотность и теплопроводность. Соответственно изменение плотности вызовет отклонение стрелки от начального положения, а изменение теплопроводности сопровождается появлением термоэмиссионного тока, значения которого отображаются на дисплее. В результате пользователь может сравнивать оба из показаний.

Выбираем подходящий вакуумметр

Обычно используют четыре основных критерия – цена, размеры, точность и воспроизводимость результатов измерения.

Для измерения низкого и среднего вакуума оптимальным сочетанием таких характеристик обладают комбинированные тепловые вакуумметры с термопарными датчиками 2А и 2С (отечественного производства) и АТС Edwards — импортного. Они не имеют трущихся механических частей и нечувствительны к внешним условиям применения и весьма компактны. При вполне приемлемой цене (7…8 тыс. руб.) могут фиксировать давления от 10-6 мм. рт. ст.

К лабораторному типу рассматриваемых приборов относятся электронные манометрические приборы серии ВИТ от компании Мерадат: ВИТ-1А, ВИТ-2, ВИТ-3, ВМБ и ряд других. Такая техника способна определить степень вакуума в широких пределах, но отличается сложностью и трудоёмкостью предварительной калибровки, для чего необходим вакуумный насос, тарировочный манометр и манометрический преобразователь. Цена приборов – от 8 тыс. руб. для ВИТ- 2, до 15 тыс. руб. для ВИТ-3. Приборы линейки ВИТ способны определить вакуум при давлениях от 10-7 до 1 мм рт. ст.

Для автомобилистов подходящим выбором является вакуумметр ADD622, при помощи которого возможна оперативная диагностика некоторых узлов автомашин. Точность прибора – 0…70 мм. рт. ст., цена – до 2000 руб.

Что такое вакуумметр

Вакуумметр — это специальный прибор, который способен измерять давление. Он используется во многих отраслях, таких как:

• строительство,
• морское дело,
• транспортная сфера.

За многие годы развития технологий, было создано множество разнообразных конструкций вакуумметров, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. В итоге мы получили разветвлённую классификацию.

Виды вакуумметров и их технические особенности

Если смотреть в суть вакуумметра, как технического прибора, то он представляет собой классический манометр с некоторыми техническими особенностями. Устройство служит для того, чтобы измерять давление жидкости или газа.

Вакуумметры показывают общее или полное давление. Второй параметр представляет собой сумму нескольких парциальных давлений. Для того чтобы измерить последний показатель применяются спектрометрические методики.

В зависимости от технологических особенностей конструкции и применяемых методик измерения — все вакуумметры можно поделить на несколько групп. В каждой из них будет насчитываться по несколько уникальных модификаций.

Механические вакуумметры

Открывают данную группу жидкостные манометры. Они способны измерить разность давлений поверхности жидкости. Основным элементом конструкции является трубка в форме буквы U. На данный момент такие вакуумметры практически не используются.

Компрессионный манометр позволяет увеличить диапазон измерений. Главная особенность этого вакуумметра заключается в том, что он сам создаёт сжатие нужной силы для точности измерений. К сожалению, эти приборы не особенно удобны. Но их точность вызывает восхищение. Поэтому их часто используют для калибровки других подобных устройств.

Деформационные манометры позволяют измерить так называемый низкий вакуум. Они работают за счёт деформации сенсора. В роли последнего выступает пружина или мембрана.

Пружинный вакуумметр в своей конструкции имеет исключительно механические части. Поэтому он обладает наименьшей ценой. Индикация происходит посредством обычной стрелки. Устройство может работать с любым газом.

Диафрагменный вакуумметр. Он считается одним из самых точных в своём классе. В конструкции этого манометра мембрана служит обложкой конденсатора, ёмкость которого способна меняться в зависимости от расстояния между обложками.

Тепловые вакуумметры

Манометры этой группы считаются наиболее распространёнными. Они способны измерять как низкий, так и средний вакуум. Устройства отличаются хорошей точностью и относительно небольшой стоимостью.

Важно! В основе работы этого вакуумметра манометра лежит принцип изменения теплопроводности газа вместе с давлением.

Естественно, что такие манометры являются зависимыми от газа. Мало того, показываемое этими вакуумметрами давление во многом зависит от типа газовой субстанции. Сейчас на рынке можно отыскать три основных разновидности данного манометра:

• Термопарный вакуумметр. Этот манометр считается самым дешёвым в своей группе. Несмотря на это он способен довольно точно измерять низкое и среднее давление. Особую роль в конструкции играет термопара.
• Вакуумметр Пирани — это датчик фиксирующий сопротивление. Манометр фиксирует зависимость температуры нити и давления газа. В конструкции используется мостовая схема, работающая за счёт электрических импульсов.
• Конвекционный вакуумметр. Подобный манометр осуществляет свою работу за счёт конвекции. Тепло переносится благодаря перемешиванию газа. Главным отличием таких устройств является то, что датчик имеет гораздо большие размеры. Благодаря этому обеспечивается качественное охлаждение. Также стоит отметить высокую точность прибора.

Манометры данного типа очень часто используются в промышленных целях, помогая делать максимально точные измерения.

Пьезорезистивные вакуумметры

Пожалуй, именно эти манометры, без всякого сомнения, можно назвать наиболее точными. Они способны измерять вакуум в действительно широком диапазоне. Сейчас он составляет от 1 атмосферы до 1 миллиметра ртутного столбика. Наиболее продвинутые модели способны определить давление даже 0,1 торр.

Важно! Пьезорезистивные вакуумметры являются полностью газонезависимыми.

Манометры из данной группы делятся на такие классы:

• Ионизационные вакуумметры. Манометры измеряют именно ток, который создаётся ионизованными атомами газа. При этом для ионизации применяются электромагнитные или электрические поля.
• Магниторазрядный вакуумметр. Данное устройство работает за счёт ионизации атомов газа. Манометр использует мощное электрическое поле. Благодаря ему ионизация проходит за счёт ускоренных электронов быстрыми темпами. Электроны движутся по спирали. Это в значительной мере увеличивает их срок жизни. Главным преимуществом устройств такого типа является их надёжность.
• Датчик с нитью накала. Данное высоковакуумное устройство работает на принципе термоэлектронной эмиссии. Оно позволяет образовывать поток электронов. Они ионизируют атомы газа. Как результат электрический ток атомов образуется в результате протекания данного процесса. Значение тока напрямую зависит от давления газа. Вначале система регистрирует количество положительных ионов, после чего фиксирует давление.

Пьезорезистивные датчики считаются одними из самых надёжных. К тому же они обладают более высокой точностью, нежели тепловые.

Описание и технические свойства цифрового вакуумметра

Данный тип устройств всё чаще используется в промышленном производстве. Стоит признать, что эти датчики обладают высокой точностью, а также дают широкий спектр возможностей для долгосрочного мониторинга показаний.

В качестве примера рассмотрим устройство «Мета-хром». Аппарат относится к редкому субклассу ионизационно-термопарных устройств. Он способен измерять давление в непрерывном режиме.

В конструкции задействована автоматическая схема переключения датчиков. За управление током отвечает программная часть. Полученные в результате мониторинга данные отображаются на встроенном дисплее.

Внимание! Устройством можно управлять как со встроенной клавиатуры, так и при помощи удалённого компьютера.

«Мета-хром» даёт возможность всегда знать давление внутри вакуумной системы. Теперь абсолютно неважно, где вы находитесь. Рабочий интерфейс RS-485 предоставляет широкие возможности для удалённого мониторинга.

Аппарат имеет следующие технические параметры:

• Предел измерения от 0,8 до 10 миллиметров ртутного столбика.
• Два канала для измерения.
• В конструкции есть две лампы ионизационная и термопарная.
• В наличии возможность работы с преобразователями разных классов.
• Время отклика 0,1 с.

При всех этих характеристиках вес прибора составляет три килограмма.

Итоги

Сейчас на рынке существует множество видов вакуумметров. Стоит признать, что каждый из них имеет свои преимущества и конструкционные особенности. Мало того, в современных приборах производители часто соединяют несколько классов, чтобы добиться наибольшей производительности, нивелировав недостатки и сделав ударение на достоинства каждого аппарата.

Термопарный манометр — вакууметр

Принцип действия основан на зависимости теплопередачи газа от давления. Как известно, при давлениях близких к атмосферному, теплопроводность газа не зависит от давления. При низких давлениях, когда величина приближается к линейным размерам сосуда, понятие теплопроводности теряет смысл. Вероятность столкновения молекул в объеме делается мала, и энергию они переносят, ударяясь непосредственно о горячие и холодные поверхности тела. В этом случае q – величина перенесенного количества теплоты, определяется следующей формулой
(3)
где – давление газа.
— молекулярный вес,
— разность температур,
– коэффициент, зависящий от рода газа и свойства поверхности твердого тела, о которое ударяются молекулы газа.
Как видно из формулы (3), теплопередача зависит от давления. Это свойство используется для измерения низких давлений посредствам термодинамического манометра, называемого термопарным вакууметром.
Термопарный вакууметр состоит из «лампы» ЛТ-2 и измерительной электрической схемы.

Принципиальное устройство вакууметра
1-нить накала,2-термопара приварена к нити в точке А, 3 — источник питания нити, 4 — миллиамперметр для изме­рения тока накала нити; 5 -реостат для регулировки тока накала; 6 — милливольтметр для определения термо-ЭДС термопары; 7 — трубка, для присоединения к вакуумной системе. (рис 5.)
рис. 5
Как было сказано выше, при уменьшении давления теплопередача в газе с некоторого значения давления начинает зависеть от давления. Поэтому при постоянном токе накала нити её температура может быть индикатором давления.
В «лампе» ЛТ-2 теплопередача идет от нити к цилиндрическому корпусу. Известно, что в случае соосно расположенных цилиндрических поверхностей для линейной зависимости между теплопередачей и давлением достаточно, чтобы длина свободного пробега молекул была бы не меньше радиуса нити ( ~ 0,01 см), а не расстояния от нити до колбы лампы, как было бы при плоской задаче. При уменьшении давления теплопередача падает. Таким образом, применение этого манометра ограничено со стороны высоких давлений, давлением соответствующем длине свободного пробега см, т.е. значит от давления около 1 торра до торр, когда носителей энергии стано­вится очень мало и потери тепла обусловлены излучением и теплопроводностью цоколя. Ток накала обычно подбирают так, чтобы при давлении торр термо-ЭДС была бы 10 милливольт .

Достоинства термопарных манометров

1. Возможность непрерывного измерения.
2. Применимость ко всем газам.

Недостатки

1. Необходимость предварительной градуировки.
2. Зависимость показания от рода газа.
3. Наличие тепловой инерции – при изменении давления нить накала не успевает менять свою температуру.

Термопарная лампа работает с устройством ВТ-2. Электрическая схема устройства позволяет пользоваться одним прибором для измерения тока накала и для измерения ЭДС термопары. Расположенный в передней доске гальванометр имеет три шкалы. Нижняя шкала служит для измерения тока накала нити. Средняя шкала, несущая 100 делений, дает возможность судить о температуре нити. На верхней шкале указано давление в торр (показания справедливы только при строго определенном накале нити). Посредством переключателя “ ток накала — измерение», гальванометр можно включать в цепь нити — положение «ток накала» и, пользуясь рукояткой реостата, устанавливать необходимый ток накала, или в цепь термопары — положение «измерение”. В правом нижнем углу находится переключатель диапазонов измерения от » торр» до » торр». На 1 и 2 диапазонах измеряют при одном и том же значении тока накала.

Градуировка термопары по манометру Мак-Леода. Измерения.

1. Вычисляют постоянную Мак-Леода по параметрам, указанным на его шкале.
2. Ставят переключатель вакууметра “диапазон измерений” в положение, соответствующее данному давлению.
3. Переключатель “ток накала” – “измерение” ставят в положение “ток накала”.
4. Включают сеть.
5. Посредством реостата “регулировка тока накала” устанавливают по гальванометру рабочий ток в нити лампы (110-150) по указанию руководителя.
6. Переключают гальванометр на “измерение” и приводят насос в действие, как сказано выше.
7. Производят ступенчатую откачки системы. То открывая, то закрывая кран . Давление доводят до атмосферного от предельного. Во время остановок откачки записывают показания гальванометра (по шкале 100 дел.) и соответствующее показание Мак-Леода.

Примечание. Интервал измерения – 5 делений вакууметра.