Para medir la presión se utilizan manómetros y barómetros. Los barómetros se utilizan para medir la presión atmosférica. Para otras mediciones se utilizan manómetros. La palabra manómetro proviene de dos palabras griegas: manos - suelto, metreo - midiendo.
Manómetro tubular metálico
Hay varios tipos manómetros. Echemos un vistazo más de cerca a dos de ellos. La siguiente imagen muestra un manómetro tubular de metal.
Fue inventado en 1848 por el francés E. Bourdon. La siguiente figura muestra su diseño.
Los componentes principales son: un tubo hueco doblado en forma de arco (1), una flecha (2), engranajes (3), un grifo (4), una palanca (5).
Principio de funcionamiento de un manómetro tubular.
Un extremo del tubo está sellado. En el otro extremo del tubo, mediante un grifo, se conecta al recipiente en el que se desea medir la presión. Si la presión comienza a aumentar, el tubo se enderezará, actuando así sobre la palanca. La palanca está conectada a la flecha a través de un engranaje, de modo que a medida que aumenta la presión, la flecha se desviará, indicando la presión.
Si la presión disminuye, el tubo se doblará y la flecha se moverá en la dirección opuesta.
Manómetro de líquido
Ahora veamos otro tipo de manómetro. La siguiente imagen muestra un manómetro de líquido. Tiene forma de U.
Consiste en un tubo de vidrio con forma de letra U. En este tubo se vierte líquido. Uno de los extremos del tubo se conecta mediante un tubo de goma a una caja plana redonda, que está cubierta con una película de goma.
Principio de funcionamiento de un manómetro de líquido.
En la posición inicial, el agua de los tubos estará al mismo nivel. Si se aplica presión a la película de goma, el nivel del líquido en un codo del manómetro disminuirá y, por lo tanto, en el otro aumentará.
Esto se muestra en la imagen de arriba. Presionamos la película con el dedo.
Cuando presionamos la película, la presión del aire en la caja aumenta. La presión se transmite a través del tubo y llega al líquido, desplazándolo. A medida que disminuye el nivel en este codo, aumentará el nivel de líquido en el otro codo del tubo.
Por la diferencia en los niveles de líquido, será posible juzgar la diferencia entre la presión atmosférica y la presión ejercida sobre la película.
La siguiente figura muestra cómo utilizar un manómetro de líquido para medir la presión en un líquido a varias profundidades.
Al diseñar y operar sistemas de calefacción, el indicador y parámetro más importante es la presión del refrigerante. En presión normal, ubicado dentro del horario hidráulico, el trabajador el proceso está en marcha Sin perturbaciones, el refrigerante llega a los puntos más remotos del sistema de calefacción. Si la presión supera el punto crítico, existe peligro de rotura de la tubería. Cuando la presión cae por debajo del nivel permitido, existe el riesgo de cavitación, la formación de burbujas de aire que provocan corrosión y destrucción de las tuberías. Para mantener los niveles de presión en el nivel requerido, es necesario controlarlos constantemente. Precisamente para eso se utilizan los manómetros: dispositivos que miden esta misma presión.
La presión es la relación entre la fuerza que actúa perpendicularmente a una superficie y el área de esa superficie. La presión determina en gran medida la carrera. proceso tecnológico, el estado de los dispositivos tecnológicos y sus modos de funcionamiento.
TIPOS DE PRESIÓN:
- La presión atmosférica (barométrica) es la presión creada por la masa de la columna de aire de la atmósfera terrestre.
- La presión absoluta es la presión total teniendo en cuenta la presión atmosférica, medida desde el cero absoluto.
- El exceso de presión es la diferencia entre la presión absoluta y la barométrica.
- El vacío (rarefacción) es la diferencia entre la presión barométrica y absoluta.
- La presión diferencial es la diferencia entre dos presiones medidas, ninguna de las cuales es presión ambiental.
Según el tipo de presión medida, los manómetros se dividen en:
- manómetros de sobrepresión,
- manómetros de presión absoluta,
- barómetros,
- medidores de vacío,
- manómetros y vacuómetros – para medir el exceso de presión y el vacío;
- manómetros – manómetros para bajas sobrepresiones (hasta 40 kPa);
- medidores de tiro: medidores de vacío con un límite superior de medición de hasta 40 kPa;
- Manómetros diferenciales: medios para medir la diferencia de presión.
El principio general de funcionamiento de los manómetros se basa en equilibrar la presión medida mediante alguna fuerza conocida. Según el principio de funcionamiento, los manómetros se dividen en:
- manómetros de líquidos;
- manómetros de resorte;
- manómetros de membrana;
- manómetros de contacto eléctrico (ECM);
- Manómetros de presión diferencial.
En los manómetros de líquidos, la presión medida o la diferencia de presión está equilibrada presión hidrostática columna de líquido. Los dispositivos utilizan el principio de vasos comunicantes, en el que los niveles del fluido de trabajo coinciden cuando las presiones sobre ellos son iguales, y cuando son desiguales, ocupan una posición donde el exceso de presión en uno de los vasos se equilibra con la presión hidrostática. presión de la columna de exceso de líquido en la otra. La mayoría de los manómetros de líquido tienen un nivel visible del fluido de trabajo, cuya posición determina el valor de la presión medida. Estos dispositivos se utilizan en la práctica de laboratorio y en algunas industrias.
Existe un grupo de manómetros diferenciales de líquidos en los que no se observa directamente el nivel del fluido de trabajo. Cambiar este último hace que el flotador se mueva o que cambien las características de otro dispositivo, proporcionando una indicación directa del valor medido utilizando un dispositivo de lectura o una conversión y transmisión de su valor a distancia.
Mayoría amplia aplicación Entre los instrumentos para medir la presión se encontraron manómetros de resorte. Sus ventajas son que son de diseño simple, confiables y adecuados para medir presión media en un amplio rango de 0,01 a 400 MPa (0,1 a 4000 bar).
Elementos elásticos sensibles de los manómetros de deformación:
a - resortes tubulares;
b - fuelle;
c, d - membranas planas y corrugadas;
d - cajas de membrana;
e - membranas flácidas con un centro duro
El elemento sensible de un manómetro de resorte es un tubo hueco y curvado de sección elipsoidal u ovalada, que se deforma bajo presión. Un extremo del tubo está sellado y el otro está conectado a un accesorio a través del cual se conecta al medio en el que se mide la presión. El extremo cerrado del tubo está conectado a un mecanismo de transmisión montado sobre un soporte, que consta de un conductor, un sector de engranaje, un engranaje con un eje y un manómetro. Para eliminar el juego entre los dientes del sector y el engranaje, se utiliza un resorte en espiral. La escala está graduada en unidades de presión (pascal o bar) y la flecha muestra el valor directo del exceso de presión del medio medido. El mecanismo del manómetro está alojado en la carcasa. La presión medida ingresa al tubo, que, bajo la influencia de esta presión, tiende a enderezarse, ya que la superficie exterior más área superficie interna. El movimiento del extremo libre del tubo se transmite a través de un mecanismo de transmisión a la flecha, que gira en un cierto ángulo. Existe una relación lineal entre la presión medida y la deformación del tubo, y la flecha, que se desvía con respecto a la escala del manómetro, muestra el valor de la presión.
El principio de funcionamiento de un manómetro de membrana se basa en la compensación neumática, donde la fuerza desarrollada por la presión medida se equilibra con la fuerza elástica de la caja de membrana.
El elemento sensible del dispositivo consta de dos membranas soldadas entre sí, formando una caja de membrana 1. La presión medida se suministra a través de un accesorio a la cavidad interna de la caja. Bajo la influencia de la diferencia entre la presión atmosférica y la medida, la caja cambia su volumen, lo que hace que el centro rígido de la membrana superior se mueva, lo que mueve la aguja del dispositivo 4 a través de la correa 2 y la palanca 3.
Los manómetros de contacto eléctrico (ECM) se utilizan en sistemas de alarma, regulación y control automático. Dos flechas especiales, ajustadas a la presión mínima y máxima dentro de la escala, contienen contactos del circuito eléctrico. Cuando la flecha en movimiento llega a uno de los contactos, el circuito se cierra, lo que provoca que se envíe una señal o una acción correspondiente del sistema al que está conectado el manómetro.
1 — flecha índice; 2 y 3 - ajustes de contactos eléctricos; 4 y 5 - zonas de contactos cerrados y abiertos, respectivamente; 6 y 7 - objetos de influencia.
Versión 1: contacto único para cortocircuito;
Versión 2 - apertura con un solo contacto;
Versión 3: abierto-abierto de dos contactos;
Versión 4: dos contactos para cortocircuito;
Versión 5: abierto-cortocircuito de dos contactos;
Versión 6: dos contactos para cortocircuito-circuito abierto.
El manómetro eléctrico tiene diagrama estándar funcionamiento, que se puede ilustrar en la Fig. a). Cuando la presión aumenta y alcanza un cierto valor, la flecha indicadora 1 con un contacto eléctrico ingresa a la zona 4 y se cierra usando el contacto de base 2 circuito electrico dispositivo. Al cerrar el circuito se pone en funcionamiento el objeto de impacto 6.
Tipos de ECM:
- Manómetros de contacto eléctricos sobre microinterruptores: resistentes a vibraciones (llenos de líquido), industriales, en caja de acero inoxidable, resistentes a la corrosión con membrana plana o resorte tubular.
- Manómetros de contacto eléctrico con contactos magnetomecánicos: resistentes a la corrosión con membrana plana o tubular, industriales.
- Manómetros de contacto eléctrico antideflagrantes: con carcasa antideflagrante fabricada en acero inoxidable o aleación de aluminio, y también se utiliza para bajas presiones.
- Los manómetros de diafragma diferencial se utilizan para medir la caída de presión en filtros de gas o en dispositivos de restricción de medidores de flujo.
En la mayoría de los manómetros, la tecnología para determinar y calcular datos se basa en procesos de deformación en unidades de medición especiales, por ejemplo, en un fuelle. Este elemento actúa como un indicador que detecta los cambios de presión. El bloque también se convierte en un convertidor diferencial en indicadores de presión: el usuario recibe información moviendo la flecha del puntero en el dispositivo. Además, los datos se pueden presentar en Pascales, cubriendo todo el espectro de medición. Este método de visualización de información, por ejemplo, lo proporciona el manómetro diferencial Testo 510, que durante el proceso de medición elimina la necesidad de que el usuario lo sostenga en la mano, ya que parte trasera El dispositivo tiene imanes especiales.
Manómetro diferencial de fuelle tipo DS:
a - diagrama del bloque de fuelle; b - apariencia; 1 - fuelle de trabajo; 2 - líquido orgánico de silicio; 3 - cavidad interna del fuelle; 4 - varilla; 5 - resortes; 6 - vidrio fijo; 7 - palanca; 8 - rasgado; 9 - eje; 10 - anillos de goma; 11 - corrugaciones; 12, 13 - válvulas de cierre y ecualización
En los dispositivos mecánicos, el indicador principal es la ubicación de la flecha, controlada por un sistema de palanca. El puntero se mueve hasta que los cambios en el sistema dejan de tener impacto. cierta fuerza. Un ejemplo clásico de este sistema es el manómetro diferencial de la serie DM 3538M, que proporciona conversión delta proporcional (diferencia de presión) y proporciona el resultado al operador en forma de señal unificada.
En los manómetros de líquido, o manómetros de presión diferencial, la presión medida o la diferencia de presión se equilibra con la presión de una columna de líquido. La medición de la presión mediante manómetros de líquidos se basa en el cambio de la altura de la columna (nivel) del fluido de trabajo en un tubo de medición de vidrio en función de la presión aplicada. Los fluidos manométricos (de trabajo) más utilizados son el alcohol etílico, el agua destilada y el mercurio. El uso de estas sustancias está relacionado con su estabilidad. propiedades fisicas, baja viscosidad, que no moja las paredes.
El proceso de medición de presión se puede llevar a cabo con un alto grado de precisión. La simplicidad del dispositivo y la facilidad de medición son la razón del uso generalizado de manómetros para líquidos.
Los dispositivos de este tipo incluyen dos tubos. (Ud.-acerca dediferente, Figura 6.1 A) y copa de un solo tubo (Fig. 6.1 b) manómetros, así como micromanómetros.
a) b)
Figura 6.1 - Diagrama en forma de U ( A) y manómetro de copa de un solo tubo ( b)
Un manómetro de dos tubos está diseñado para medir el exceso de presión o la diferencia de presión. La escala del instrumento suele ser móvil. Antes de comenzar las mediciones, verifique el cero conectando ambos codos del manómetro en forma de U a la atmósfera. En este caso, los niveles del fluido de trabajo se establecen en la misma posición horizontal. ab. Moviendo la escala del instrumento, alinee la marca cero de la escala con el nivel de líquido establecido. Cuando se conecta un codo de un tubo a un recipiente en el que se debe medir la presión, el líquido se mueve hasta que la presión medida se equilibra con la presión de una columna de líquido de altura H. Dado que el nivel del líquido en un tubo aumenta y en el otro disminuye, la altura de la columna H se determina como la diferencia de dos lecturas. Esta desventaja de los manómetros en forma de U se elimina parcialmente en el manómetro de copa que consta de recipientes. diferentes diámetros. La presión medida se suministra al recipiente positivo (ancho) y la diferencia de nivel se determina tomando una lectura a lo largo del tubo delgado negativo.
Para la sección ab(Figura 6.1 A) la siguiente igualdad de fuerzas es cierta:
Dónde r un y r b
- presión absoluta y atmosférica, Pa; f es el área de la abertura del tubo de medición, m2; H es la altura de la columna de líquido, m;
- densidad del fluido de trabajo, kg/m 3 ; gramo
- aceleración de caída libre, m/s 2.
Transformando la expresión (6.2) obtenemos:
Es obvio que al medir el exceso de presión, la altura de subida del fluido de trabajo no depende del área de la sección transversal de los tubos. Según las condiciones de conveniencia de trabajar con el dispositivo (para limitar la altura de los tubos del manómetro), al medir un exceso de presión de 0,15 a 0,2 MPa, se recomienda utilizar mercurio como fluido de trabajo a presiones más bajas, agua o; alcohol.
Los manómetros de copa y en forma de U no se pueden utilizar para medir pequeños excesos de presión y vacíos, ya que el error de medición se vuelve excesivamente grande. En estos casos se utilizan manómetros de copa especiales con tubo inclinado (micromanómetros).
Figura 6.2 – Diagrama de un micromanómetro con tubo inclinado
El uso de un tubo inclinado (Figura 6.2) permite, al reducir el ángulo
, a la misma altura de ascenso de la columna de líquido h
aumentar su longitud, lo que excede la precisión del conteo. La medida de la longitud y altura de una columna de líquido está relacionada por la relación h
=
yo
pecado
.
Desde aquí
. Cambiar el ángulo del tubo.
, puede cambiar los límites de medición del dispositivo. Ángulo mínimo Inclinación del tubo de 8 a 10°. El error del instrumento no supera el ±0,5% del valor final de la escala.
En los manómetros de líquido, o manómetros de presión diferencial, la presión medida o la diferencia de presión se equilibra con la presión de una columna de líquido. La medición de la presión mediante manómetros de líquidos se basa en el cambio de la altura de la columna (nivel) del fluido de trabajo en un tubo de medición de vidrio en función de la presión aplicada. Los fluidos manométricos (de trabajo) más utilizados son el alcohol etílico, el agua destilada y el mercurio. El uso de estas sustancias está asociado a la estabilidad de sus propiedades físicas, baja viscosidad y no humectación de las paredes.
El proceso de medición de presión se puede realizar con alto grado exactitud. La simplicidad del dispositivo y la facilidad de medición son la razón del uso generalizado de manómetros para líquidos.
Los dispositivos de este tipo incluyen dos tubos ( Ud.-en forma, fig. 15.1) y manómetros de un solo tubo (copa, Fig. 15.2), así como micromanómetros.
Ud. ab
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El manómetro de dos tubos (GOST 9933-75) está diseñado para medir el exceso de presión o la diferencia de presión. La escala del instrumento suele ser móvil. Antes de comenzar las mediciones, verifique el cero conectando ambos codos a la atmósfera. Ud.-Manómetro en forma. En este caso, los niveles del fluido de trabajo se establecen en la misma posición horizontal. ab. Moviendo la escala del instrumento, alinee la marca cero de la escala con el nivel de líquido establecido.
Cuando un codo del tubo se conecta a un recipiente en el que es necesario medir la presión, el líquido se mueve hasta que la presión medida se equilibra con la presión de una altura de columna de líquido. norte. Dado que el nivel del líquido en un tubo aumenta y en el otro disminuye, la altura de la columna norte se define como la diferencia entre dos lecturas. Esta desventaja Ud. En el manómetro de copa se eliminan parcialmente los manómetros en forma de copa, que constan de recipientes de diferentes diámetros. La presión medida se introduce en el recipiente positivo (ancho) y la diferencia de nivel se determina tomando una lectura a lo largo del tubo delgado negativo.
Para la sección 1-1 (Fig. 15.1), se cumple la siguiente igualdad de fuerzas:
Dónde pag a Y rb - presión absoluta y atmosférica, Pa;
F - área del orificio del tubo de medición, m 2 ;
norte - altura de subida de la columna de líquido, m;
r - densidad del fluido de trabajo, kg/m 3 ;
gramo - aceleración de caída libre, m/s 2.
Transformando la expresión (15.2) obtenemos:
P ex =P a -P b =Hpg. (15.3)
Es obvio que al medir el exceso de presión, la altura de subida del fluido de trabajo no depende del área de la sección transversal de los tubos, según las condiciones de facilidad de uso del dispositivo (para limitar la altura de). los tubos de los manómetros), al medir el exceso de presión, se recomienda utilizar mercurio como fluido de trabajo de 0,15-0,2 MPa, a presiones más bajas, agua o alcohol.
copa y Ud. Los manómetros de forma plana no se pueden utilizar para medir pequeños excesos de presión y vacíos, ya que el error de medición se vuelve excesivamente grande. En estos casos se utilizan manómetros de copa especiales con tubo inclinado (micromanómetros). El uso de un tubo inclinado (Fig. 15.3) permite, al reducir el ángulo φ, a la misma altura de subida de la columna de líquido h, aumentar su longitud, lo que aumenta la precisión del conteo. La medida de la longitud y la altura de una columna de líquido está relacionada por la relación. Desde aquí Cambiando el ángulo del tubo. φ
, puede cambiar los límites de medición del dispositivo. El ángulo mínimo de inclinación del tubo es de 8-10°. El error del instrumento no supera el ±0,5% del valor final de la escala.
Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento del manómetro se basa en equilibrar la presión medida mediante la fuerza de deformación elástica de un resorte tubular o una membrana de dos placas más sensible, un extremo del cual está sellado en un soporte y el otro está conectado a través de una varilla a un mecanismo de sector tribal que convierte el movimiento lineal del elemento sensor elástico en un movimiento circular de la flecha indicadora.
Variedades
El grupo de instrumentos que miden el exceso de presión incluye:
Manómetros: instrumentos con mediciones de 0,06 a 1000 MPa (miden el exceso de presión: la diferencia positiva entre la presión absoluta y barométrica)
Los vacuómetros son dispositivos que miden el vacío (presión inferior a la atmosférica) (hasta menos 100 kPa).
Los manómetros y vacuómetros son manómetros que miden tanto el exceso de presión (de 60 a 240.000 kPa) como el vacío (hasta menos 100 kPa).
Manómetros: manómetros para pequeñas sobrepresiones de hasta 40 kPa
Medidores de tracción: vacuómetros con un límite de hasta menos 40 kPa
Manómetros de presión de empuje y de vacío con límites extremos que no excedan ±20 kPa
Los datos se proporcionan de acuerdo con GOST 2405-88.
La mayoría de los manómetros nacionales e importados se fabrican de acuerdo con normas generalmente aceptadas; varias marcas reemplazarse entre sí. Al elegir un manómetro, necesita saber: el límite de medición, el diámetro del cuerpo, la clase de precisión del dispositivo. La ubicación y la rosca del racor también son importantes. Estos datos son los mismos para todos los dispositivos fabricados en nuestro país y Europa.
También existen manómetros que miden la presión absoluta, es decir, exceso de presión + atmosférica.
Un dispositivo que mide la presión atmosférica se llama barómetro.
Tipos de manómetros
Dependiendo del diseño y sensibilidad del elemento, existen manómetros de líquido, de peso muerto y de deformación (con resorte tubular o membrana). Los manómetros se dividen en clases de precisión: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4.0 (cuanto menor sea el número, más preciso será el dispositivo).
Tipos de manómetros
Según su finalidad, los manómetros se pueden dividir en técnico: técnico general, de contacto eléctrico, especial, autorregistrador, ferroviario, resistente a vibraciones (relleno de glicerina), de barco y de referencia (modelo).
Técnico general: diseñado para medir líquidos, gases y vapores que no sean agresivos para las aleaciones de cobre.
Contacto eléctrico: tienen la capacidad de ajustar el medio medido, debido a la presencia de un mecanismo de contacto eléctrico. Un dispositivo particularmente popular en este grupo puede llamarse EKM 1U, aunque hace tiempo que dejó de fabricarse.
Especial: oxígeno: es necesario desengrasarlo, ya que a veces incluso una ligera contaminación del mecanismo en contacto con oxígeno puro puede provocar una explosión. A menudo disponible en casos color azul con la designación en el dial O2 (oxígeno); acetileno: las aleaciones de cobre no están permitidas en la fabricación del mecanismo de medición, ya que al entrar en contacto con el acetileno existe el peligro de que se forme acetileno-cobre explosivo; amoniaco: debe ser resistente a la corrosión.
Referencia: tener más clase alta Precisión (0,15; 0,25; 0,4). Estos dispositivos se utilizan para comprobar otros manómetros. En la mayoría de los casos, estos dispositivos se instalan en manómetros de pistón de peso muerto o en algunas otras instalaciones capaces de desarrollar la presión requerida.
Los manómetros para barcos están diseñados para su uso en flotas fluviales y marinas.
Ferrocarril: destinado a su uso en el transporte ferroviario.
Autograbación: manómetros en una carcasa, con un mecanismo que permite reproducir el gráfico de funcionamiento del manómetro en papel cuadriculado.
Conductividad térmica
Los medidores de conductividad térmica se basan en la disminución de la conductividad térmica de un gas con la presión. Estos manómetros tienen un filamento incorporado que se calienta cuando pasa corriente a través de él. Se puede utilizar un termopar o un sensor de temperatura resistivo (DOTS) para medir la temperatura del filamento. Esta temperatura depende de la velocidad a la que el filamento transfiere calor al gas circundante y, por tanto, de la conductividad térmica. A menudo se utiliza un calibre Pirani, que utiliza un único filamento de platino al mismo tiempo que elemento calefactor y como PUNTOS. Estos manómetros dan lecturas precisas entre 10 y 10-3 mmHg. Art., pero son bastante sensibles a composición química gases medidos.
[editar]Dos filamentos
Una bobina de alambre se utiliza como calentador, mientras que la otra se utiliza para medir la temperatura por convección.
Manómetro Pirani (una rosca)
El manómetro Pirani consta de un alambre metálico expuesto a la presión que se mide. El alambre se calienta por la corriente que lo atraviesa y se enfría por el gas circundante. A medida que disminuye la presión del gas, el efecto de enfriamiento también disminuye y aumenta la temperatura de equilibrio del alambre. La resistencia de un cable es función de la temperatura: midiendo el voltaje a través del cable y la corriente que fluye a través de él, se puede determinar la resistencia (y por lo tanto la presión del gas). Este tipo de manómetro fue diseñado por primera vez por Marcello Pirani.
Los medidores de termopar y termistor funcionan de manera similar. La diferencia es que se utilizan un termopar y un termistor para medir la temperatura del filamento.
Rango de medición: 10−3 - 10 mmHg. Arte. (aproximadamente 10−1 - 1000 Pa)
Manómetro de ionización
Los manómetros de ionización son los más sensibles. instrumentos de medida para presiones muy bajas. Miden la presión indirectamente midiendo los iones producidos cuando el gas es bombardeado con electrones. Cuanto menor sea la densidad del gas, menos iones se formarán. La calibración de un manómetro de iones es inestable y depende de la naturaleza de los gases medidos, que no siempre se conoce. Se pueden calibrar en comparación con las lecturas del manómetro McLeod, que son mucho más estables e independientes de la química.
Los electrones termoiónicos chocan con los átomos del gas y generan iones. Los iones son atraídos por el electrodo a un voltaje adecuado, conocido como colector. La corriente del colector es proporcional a la tasa de ionización, que es función de la presión del sistema. Por tanto, medir la corriente del colector permite determinar la presión del gas. Existen varios subtipos de manómetros de ionización.
Rango de medición: 10−10 - 10−3 mmHg. Arte. (aproximadamente 10−8 - 10−1 Pa)
La mayoría de los medidores de iones son de dos tipos: de cátodo caliente y de cátodo frío. El tercer tipo, un manómetro con rotor giratorio, es más sensible y caro que los dos primeros y no se analiza aquí. En el caso de un cátodo caliente, un filamento calentado eléctricamente crea haz de electrones. Los electrones pasan a través del manómetro e ionizan las moléculas de gas que los rodean. Los iones resultantes se recogen en el electrodo cargado negativamente. La corriente depende del número de iones, que a su vez depende de la presión del gas. Los manómetros de cátodo caliente miden con precisión la presión en el rango de 10 a 3 mmHg. Arte. hasta 10-10 mm Hg. Arte. El principio de un manómetro de cátodo frío es el mismo, excepto que los electrones se producen en una descarga creada por una descarga eléctrica de alto voltaje. Los manómetros de cátodo frío miden con precisión la presión en el rango de 10 a 2 mmHg. Arte. hasta 10-9 mm Hg. Arte. La calibración de manómetros de ionización es muy sensible a la geometría estructural, la composición química de los gases medidos, la corrosión y los depósitos superficiales. Su calibración puede quedar inutilizable cuando se enciende a presión atmosférica y muy baja. La composición del vacío a bajas presiones suele ser impredecible, por lo que se debe utilizar un espectrómetro de masas junto con un manómetro de ionización para realizar mediciones precisas.
cátodo caliente
Un manómetro de ionización de cátodo caliente Bayard-Alpert normalmente consta de tres electrodos que funcionan en modo triodo, donde el cátodo es un filamento. Los tres electrodos son el colector, el filamento y la rejilla. La corriente del colector se mide en picoamperios mediante un electrómetro. La diferencia de potencial entre el filamento y la tierra suele ser de 30 voltios, mientras que el voltaje de la red bajo voltaje constante es de 180 a 210 voltios, a menos que exista un bombardeo electrónico opcional mediante el calentamiento de la red, que puede tener un alto potencial de aproximadamente 565 voltios. El medidor de iones más común es un cátodo caliente de Bayard-Alpert con un pequeño colector de iones dentro de la rejilla. Una carcasa de vidrio con un orificio para el vacío puede rodear los electrodos, pero generalmente no se usa y el manómetro está integrado directamente en el dispositivo de vacío y los contactos se pasan a través de una placa de cerámica en la pared del dispositivo de vacío. Los medidores de ionización de cátodo caliente pueden dañarse o perder la calibración si se encienden cuando presión atmosférica o incluso a bajo vacío. Las medidas de los manómetros de ionización de cátodo caliente son siempre logarítmicas.
Los electrones emitidos por el filamento se mueven varias veces hacia adelante y hacia atrás alrededor de la rejilla hasta que chocan con ella. Durante estos movimientos, algunos electrones chocan con moléculas de gas y forman pares electrón-ion (ionización de electrones). El número de estos iones es proporcional a la densidad de las moléculas de gas multiplicada por la corriente termoiónica, y estos iones vuelan hacia el colector, formando una corriente iónica. Dado que la densidad de las moléculas de gas es proporcional a la presión, la presión se estima midiendo la corriente iónica.
Sensibilidad a baja presión Los manómetros de cátodo caliente están limitados por el efecto fotoeléctrico. Los electrones que chocan contra la rejilla producen rayos X, que producen ruido fotoeléctrico en el colector de iones. Esto limita el rango de los medidores de cátodo caliente más antiguos a 10-8 mmHg. Arte. y Bayard-Alpert a aproximadamente 10 a 10 mm Hg. Arte. Los cables adicionales en el potencial catódico en la línea de visión entre el colector de iones y la rejilla evitan este efecto. En el tipo de extracción, los iones no son atraídos por un cable, sino por un cono abierto. Como los iones no pueden decidir en qué parte del cono golpear, pasan a través del agujero y forman un haz de iones. Este haz de iones se puede transmitir a una copa de Faraday.