Вакуумный датчик — что представляет собой прибор и как он работает

Вакуумный датчик — что представляет собой прибор и как он работает

Условия абсолютно вакуума нужны для осуществления различных технологических процессов. Чтобы контролировать работу подобного оборудования, нужно использовать различные измерительные приборы. Один из самых простых – вакуумный датчик. Они определяют давление в определенном диапазоне.

Вакуумный датчик давления – измерительный прибор, который считывает изменения в вакуумной системе, оповещает о нарушениях, скачках уровня давления пользователя. Помимо контроля уровня давления, они могут выполнять другие задачи:

• Наличие застоев в работе системы, различных поломок.
• Считывание показателей производительности различного оборудования.
• Определение уровня масла в системе.
• Качество охлаждения.

Вакуумметры, вакуумные датчики разделяются на несколько видов:

• Термопарные – во время перегрева охлаждают нагретые элементы системы. Применяются в оборудовании, работающем с высоким или низким уровнем вакуума.
• Альфатрон – датчики задействующие активные альфа-частицы. Контролируют процесс ионизации системы.
• Ионизационные – ионизируют газы, контролируют ионизационные процессы, при неисправностях оповещают пользователя.
• Емкостные – предназначены для изменения емкости в конденсаторах.
• Терморезисторы – поддерживают постоянное сопротивление в системе.

Самые простые приборы – классические манометры, которые измеряют давление в низком диапазоне. При недостатке жидкости для функционирования системы подают сигнал.

Зависимо от принципа работы, датчики делятся на 3 типа:

• Деформационные – внутри установлена чувствительная область, которая воспринимает любые скачки или падение давления. Устанавливаются на системы, работающие с различными газовыми средами.
• Ионизационные – датчик имеет холодный или раскаленный катод. С его помощью ионизируется газ, замеряется уровень ионного тока.
• Тепловые – измерение уровня давления осуществляется за счет тепловой проводимости. К тепловым относятся конвекционные, датчики Пирани.

Отдельная группа – компрессионные приборы. Они снимают измерения основываясь на законах изотермического сжатия газа.

Для чего нужен датчик абсолютного давления

Как может выглядеть датчик абсолютного давления.

Это небольшое устройство отвечает за замеры абсолютного давления. Понятие «абсолютное давление» используется не случайно, ведь исходным ориентиром для проведения измерений является состояние вакуума, который принимается за абсолют.

После поступления данных в ЭБУ электроника, учитывая давление и температуру во впускном коллекторе, определяет наиболее подходящую плотность воздуха и предполагаемый его расход, что необходимо для подготовки топливно-воздушной смеси соответствующего качества. Блок управления согласно рассчитанной массе потребляемого воздуха отдает управляющие команды необходимой продолжительности, благодаря чему и выполняется регулировка форсунок впрыска. Хотя датчик давления – очень достойная замена расходомеру, иногда они устанавливаются на агрегат совместно.

Вакуумные датчики и вакуумметры для чего нужны, где применяют

Вакуумные датчики и вакуумметры для чего нужны, где применяют

Выделяют два основных вида аналогичных приборов для выполнения замера внутри систем вакуумного класса: на основе термопар и ионизационные. Внешне они довольно схожи, но степень точности и пределы измерения отличаются.

• механические устройства способны замерять давление до 1 мбар;
• жидкостные — до 1•10 -3 мбар;
• тепловые и компрессионные — до 1•10 -5 мбар;
• ионизационные — 0,1 мбар.

Применение аналогичных устройств довольно обширное, например, в пищевой промышленности они используются при лиофилизации или сублимационной сушки в вакууме пищевых продуктов с последующей их упаковкой.

В химической индустрии вакуумметры применяют для контроля над выполнением испытаний, например, при работе со взрывоопасными веществами, когда нужно тщательно отслеживать изменение уровня давления в системе.

Такие приборы нашли применение при производстве высокотехнологичной продукции, например, полупроводников. Их постоянно используют во время заправок хладагентом или при ремонте морозильных установок и кондиционеров.

На данный момент серийно выпускаются датчики как с прямым, так и с косвенным принципом измерения давления:

1. Датчики с холодным/горячим катодом.
2. Терморезисторные.
3. Мембранно-емкостные.
4. Кварцевые датчики и т.д..

Каждый тип имеет свои достоинства и недостатки и может применяться там, где другие датчики применяться не могут.

Напыление тонких пленок

При напылении тонких пленок и зеркальных покрытий сначала вакуумная система откачивается до давления 10 -3 мбар и только после этого начинается распыление материала. В таких системах предпочтительнее использовать датчик с широким диапазоном измерения. В ходе процесса давление может резко повышаться и лучше, чтобы процесс распыления контролировался только датчиком Пирани, а холодный катод оставался выключенным, до тех пор, пока давление в камере не упадет до достаточно низкого стабильного уровня. Таким образом, уменьшаются издержки, связанные с выходом из строя холодного катода и улучшается воспроизводимость процесса напыления.

На данный момент в российской промышленности до сих пор не вышли из употребления манометрические лампы типа ПМТ управляемые с помощью контроллера ВТ1-4. В стандартную систему обычно устанавливается до 4 таких ламп. При этом каждая из них нуждается в ручной калибровке для того, чтобы показания хотя бы имели смысл и на разных каналах не противоречили друг другу. На калибровку на производстве нужно затрачивать дополнительное время и силы, и зачастую она не выполняется операторами. Операторы учатся отслеживать состояние вакуумной системы не по показаниям приборов, а исходя из собственного субъективного опыта работы конкретно с этим оборудованием. Результат – поломки на участке, внештатные ситуации и уменьшение производительности. Замену данным лампам становится найти все сложнее и сложнее – промышленностью они уже не выпускаются и дорожают из-за этого из года в год.

Установки также комплектуют контроллерами ВМБ 1-2 в паре с ионизационными датчиками. Сами датчики имеют погрешность 40% и воспроизводимость показаний 20% при условии, что датчик новый и чистый, что не сравнится с погрешностью даже бюджетных современных высоковакуумных датчиков. В идеальном случае, датчики требуют чистки каждые полгода и опять же операторы пренебрегают этим, ссылаясь на трудоемкость процесса и необходимость приостановки работы на установке на неопределенный срок. Сам датчик купить тяжело и стоит он дорого из-за того, что выпуск их давно уже прекратился и распродают сейчас то, что было сделано когда-то на склад. Это лишь немногая часть недостатков, наблюдающихся при работе с данными устройствами. Современные датчики с холодным катодом могут быть очищены от загрязнения ватной палочкой смоченной в спирте и благодаря быстроразъемным соединениям поставлены на место за считанные минуты. В последнее время на многих крупных предприятиях наметился тренд – переходить от вышеуказанных контроллеров к активным датчикам давления с возможностью задания нескольких уставок для управления автоматикой.

CVD процессы

Для работы в химически активных средах при проведении CVD процессов на данный момент активно применяются мембранно-емкостные вакуумметры с коррозионностойким керамическим датчиком. Температурная компенсация до 200С позволяет применять их в большинстве технологических процессов на производстве, в том числе и вакуумных печах. Они гарантируют точность измерения давления 0,2% до давления 0,1 Торр включительно и прекрасную воспроизводимость результатов измерения.

Пайка, спекание, закалка и отжиг

Пайка, спекание, закалка и отжиг на данный момент зачастую проводятся в вакууме – это повышает качество готового издания, препятствует его загрязнению и окислению от воздействия атмосферы при высоких температурах. В некоторых случаях требуется измерения давления, как в самой печи, так и на ее входе с высокой точностью (изменение градиента давления по печи). Во многих контроллерах предусмотрено наличие до трех каналов для подключения давления – позволяя отслеживать изменение давления на нескольких каналах одновременно. Некоторые процессы требуют поддержания в печи избытка водорода – в таких системах предпочтительнее устанавливать мембранно-емкостные или пьезодатчики для точного измерения давления.

При поиске неисправностей сначала рекомендуется проверить остаточное давления насоса и его откачные характеристики. На данный момент датчики Пирани способны регистрировать давления вплоть до уровня парциального давления рабочей жидкости насоса и обладают высокой чувствительностью измерения – подходят даже для поиска течей в вакуумных системах (интегральных). Датчики могут быть подключены к компьютеру или запоминающему устройству посредством интерфейса RS-485 для отображения и записи откачной характеристики системы или ее части.

Вакуумная упаковка

Вакуумная упаковка продуктов позволяет увеличить срок хранения продуктов в 3-5 раз. При этом периодически необходимо проверять работоспособность оборудования и уровень вакуума в самой упаковке, а также отслеживать его изменение с течением времени. Для этого датчик с источником питания запаковывается такой машиной в пленку и измеряется уровень остаточной атмосферы внутри пакета. Своевременное обнаружение неисправности и ведение статистики позволяет снизить издержки и повысить срок хранения продуктов под пленкой.

За последние годы в датчиках Пирани произошли некоторые изменения. К стандартным вакуумметрам с нитями из вольфрама или никеля, добавились датчики с нитью покрытой керамикой (повышает химическую стойкость), MEMS датчики, комбинированные датчики, сочетающие в себе преимущества как мембранно-емкостных (высокая точность измерения при повышенном давлении), так и терморезисторных (диапазон измерения до 5*10 -4 мбар.

Проверка датчика абсолютного давления

В различных моделях авто конструкция датчика может отличаться, и, следовательно, алгоритм проверки тоже. Следующая обобщенная инструкция позволит исследовать большинство типов приборов. Для этого понадобятся:

1. Простой вакуумный манометр.
2. Тестер или вольтметр.
3. Вакуумный насос.
4. Тахометр.

Проверка датчика давления воздуха состоит из следующих этапов:

1. Для проверки аналогового датчика, его переходник подключается к вакуумному шлангу между датчиком давления и впускным коллектором. К переходнику также подсоединяют манометр.
2. Двигатель запускают и дают ему некоторое время поработать на холостых оборотах. При показателе разрежения в коллекторе менее 529 мм рт. ст., проверяют целостность вакуумного шланга, так как через повреждения на нем утрачивается часть воздуха. Также следует обратить внимание на состояние диафрагмы датчика, на которой могут присутствовать как заводские, так и приобретенные при эксплуатации дефекты.
3. После снятия показаний манометра, его заменяют на вакуумный насос, после чего создают разрежение 55-56 мм рт. ст. и прекращают откачку. При исправном датчике разрежение будет сохраняться 25-30 сек. Если требование не выполняется – датчик подлежит замене.
4. При проверке цифрового датчика пользуются тестером в режиме вольтметра.
5. Включают зажигание, находят контакты заземления и питания. К вольтметру подключают провод, соединенный с сигнальным контактом тестируемого датчика. При его нормальной работе напряжение будет составлять около 2,5 В. При наличии неисправностей – отличаться в большую или меньшую сторону.
6. Тестер переключают в режим работы тахометра и отсоединяют от ДАД вакуумный шланг. Положительный ввод подключают к сигнальному проводу, а минус – к заземлению. При исправном датчике тахометр выдаст результат – 4400-4850 об/мин.
7. Снова используется вакуумный насос, который подключается к датчику давления. Насосом постоянно меняют разрежение в приборе и следят за показаниями тахометра. При исправном датчике разрежение и показатели тахометра будут стабильными.
8. При отключении вакуумного насоса, тахометр останавливается на показателе 4400-4900 об/мин. Если показания отличаются от указанных в ту или иную сторону – датчик неисправен.

Виды и принцип работы датчиков вакуума для вакуумного насоса низкого давления

Виды и принцип работы датчиков вакуума для вакуумного насоса низкого давления

• Поршневые датчики

Поршневая технология использует герметичный поршень / цилиндр для измерения изменений давления. Механическое отклонение использует упругий или гибкий элемент для механического отклонения при изменении давления, например, диафрагму, трубку Бурдона или сильфон.

• Пьезоэлектрические вакуумные датчики давления

Пьезоэлектрические датчики давления измеряют динамическое и квазистатическое давление. Двунаправленные преобразователи состоят из металлизированного кварца или керамических материалов, которые имеют естественные электрические свойства. Они способны преобразовывать напряжение в электрический потенциал и наоборот.

• Микроэлектромеханические датчики

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) — это, как правило, микросистемы, изготавливаемые с помощью кремниевой поверхностной микрообработки для использования в очень небольших промышленных или биологических системах.

• Вибрирующие датчики

Вибрирующие элементы используют технологию вибрирующих элементов, например кремниевый резонанс.

• Емкостные датчики абсолютного давления

Приборы с переменным емкостным давлением используют результаты изменения емкостного сопротивления в результате перемещения мембранного элемента для измерения давления. Устройство использует тонкую диафрагму в качестве одной пластины конденсатора. Приложенное давление вызывает отклонение диафрагмы и изменение емкости. Отклонение диафрагмы вызывает изменение емкости, которое обнаруживается мостовой схемой. Емкостные датчики абсолютного давления с вакуумом между пластинами идеально подходят для предотвращения погрешности путем поддержания диэлектрической проницаемости материала постоянной.

• Тензометры

Тензометры (переменные резисторы, чувствительные к деформации) связаны с частями конструкции, которые деформируются при изменении давления. Тензодатчики прочные, точные и стабильные, они могут работать в условиях сильных ударов и вибрации, а также в различных средах под давлением. Датчики давления тензометрического датчика бывают нескольких различных типов: тензометрический датчик сцепления, тензометрический датчик напыления и тензометрический датчик полупроводника.

• Полупроводниковые пьезорезистивные датчики

Полупроводниковые пьезорезистивные датчики основаны на полупроводниковой технологии. Изменение сопротивления происходит не только из-за изменения длины и ширины (как это происходит с тензодатчиком), но и из-за смещения электрических зарядов в резисторе. В области диаграммы на датчике, подключенном к элементному мосту, находятся четыре пьезорезистора. Когда диафрагма отклоняется, два резистора подвергаются касательному напряжению, а два — радиальному.

Где купить вакуумный датчик

Ситуация, которая сложилась на рынке на данный момент весьма интересная. Купить подобные датчики не так сложно, как подобрать производителя, у которого будет не страшно покупать подобное оборудование. Никому не секрет, что на рынке есть огромное количество мошенников, которые могут за немалые деньги продать какую-то некачественную продукцию. Именно поэтому. Стоит обращать большое внимание на бренд, который можем многое рассказать о компании, у которой вы покупаете себе датчики.

Сейчас мы рассмотрим несколько надежных производителей, которым можно доверять:

• Компания «PVR»
• Компания «Ilmvac»
• Компания «Finder»

Все эти компании уже давным-давно зарекомендовали себя на рынке и доказали, что изготавливают исключительно качественную продукцию. В интернете можно найти огромное количество отзывов от пользователей, которые уже купили себе такие датчики. Прочитав все комментарии, можем прийти к выводу, что это одни из лучших вариантов на современном рынке вакуумной техники.