Otvorte aplikáciu na meranie tlaku kvapaliny. Kvapalinové tlakomery a diferenčné tlakomery. Konštrukcia, princíp činnosti, typy a typy tlakomerov

Na meranie tlaku sa používajú tlakomery a barometre. Na meranie atmosférického tlaku sa používajú barometre. Na ostatné merania sa používajú tlakomery. Slovo tlakomer pochádza z dve Grécke slová: manos - voľný, meter - meranie.

Rúrkový kovový tlakomer

Existujú rôzne druhy tlakomery. Pozrime sa bližšie na dva z nich. Nasledujúci obrázok znázorňuje rúrkový kovový manometer.

Vynašiel ho v roku 1848 Francúz E. Bourdon. Nasledujúci obrázok ukazuje jeho dizajn.

Hlavnými komponentmi sú: dutá rúrka ohnutá do oblúka (1), šípka (2), ozubené kolesá (3), kohútik (4), páka (5).

Princíp činnosti rúrkového tlakomera

Jeden koniec rúrky je utesnený. Na druhom konci trubice sa pomocou kohútika pripojí k nádobe, v ktorej je potrebné merať tlak. Ak sa tlak začne zvyšovať, trubica sa uvoľní, čím pôsobí na páku. Páka je spojená so šípkou cez ozubené koleso, takže pri zvyšovaní tlaku sa šípka vychýli, čo indikuje tlak.

Ak sa tlak zníži, trubica sa ohne a šípka sa bude pohybovať v opačnom smere.

Tlakomer kvapaliny

Teraz sa pozrime na iný typ tlakomeru. Nasledujúci obrázok ukazuje tlakomer kvapaliny. Má tvar písmena U.

Skladá sa zo sklenenej trubice v tvare písmena U. Do tejto trubice sa nalieva kvapalina. Jeden z koncov trubice je spojený pomocou gumovej trubice s okrúhlou plochou krabicou, ktorá je pokrytá gumovou fóliou.

Princíp činnosti kvapalinového tlakomeru

V počiatočnej polohe bude voda v rúrach na rovnakej úrovni. Ak na gumovú fóliu pôsobí tlak, hladina kvapaliny v jednom kolene tlakomeru sa zníži a v druhom sa preto zvýši.

To je znázornené na obrázku vyššie. Na fóliu zatlačíme prstom.

Keď zatlačíme na fóliu, tlak vzduchu v krabici sa zvýši. Tlak sa prenáša cez trubicu a dosahuje kvapalinu a vytláča ju. Keď sa hladina v tomto kolene zníži, hladina tekutiny v druhom kolene trubice sa zvýši.

Podľa rozdielu hladín kvapaliny bude možné posúdiť rozdiel medzi atmosférickým tlakom a tlakom vyvíjaným na film.

Nasledujúci obrázok ukazuje, ako použiť kvapalinový tlakomer na meranie tlaku v kvapaline v rôznych hĺbkach.

Pri navrhovaní a prevádzke vykurovacích systémov je najdôležitejším ukazovateľom a parametrom tlak chladiacej kvapaliny. o normálny tlak, ktorý sa nachádza v rámci hydraulického harmonogramu, pracovník proces prebieha bez rušenia sa chladiaca kvapalina dostane do najvzdialenejších bodov vykurovacieho systému. Ak tlak prekročí kritický bod, hrozí nebezpečenstvo prasknutia potrubia. Keď tlak klesne pod prípustnú úroveň, hrozí kavitácia - tvorba vzduchových bublín, čo vedie ku korózii a zničeniu potrubí. Aby ste udržali úrovne tlaku na požadovanej úrovni, musíte ich neustále monitorovať. Presne na to slúžia tlakomery – zariadenia, ktoré merajú práve tento tlak.

Tlak je pomer sily pôsobiacej kolmo na povrch k ploche tohto povrchu. Tlak do značnej miery určuje zdvih technologický postup, stav technologických zariadení a ich prevádzkové režimy.

TYPY TLAKU:

• Atmosférický (barometrický) tlak je tlak vytvorený hmotnosťou vzduchového stĺpca zemskej atmosféry.
• Absolútny tlak je celkový tlak zohľadňujúci atmosférický tlak, meraný od absolútnej nuly.
• Pretlak je rozdiel medzi absolútnym a barometrickým tlakom.
• Vákuum (zriedkavá frakcia) je rozdiel medzi barometrickým a absolútnym tlakom.
• Diferenčný tlak je rozdiel medzi dvoma nameranými tlakmi, z ktorých ani jeden nie je okolitým tlakom.

Podľa typu meraného tlaku sa tlakomery delia na:

• tlakomery,
• merače absolútneho tlaku,
• barometre,
• vákuomery,
• tlakomery a podtlakomery – na meranie pretlaku a podtlaku;
• tlakomery – tlakomery pre nízke pretlaky (do 40 kPa);
• ťahomery – vákuomery s hornou hranicou merania do 40 kPa;
• diferenčné tlakomery – prostriedky na meranie tlakovej diferencie.

Všeobecný princíp činnosti tlakomerov je založený na vyrovnávaní nameraného tlaku nejakou známou silou. Podľa princípu činnosti sú tlakomery rozdelené na:

• kvapalinové tlakomery;
• pružinové tlakomery;
• membránové tlakomery;
• elektrické kontaktné tlakomery (ECM);
• diferenčné tlakomery.

V kvapalinových tlakomeroch je nameraný tlak alebo tlakový rozdiel vyrovnaný hydrostatický tlak stĺpec kvapaliny. Zariadenia využívajú princíp komunikujúcich nádob, v ktorých sa hladiny pracovnej tekutiny zhodujú, keď sú tlaky nad nimi rovnaké, a keď sú tlaky nad nimi nerovnaké, zaujímajú polohu, v ktorej je pretlak v jednej z nádob vyrovnaný. hydrostatickým tlakom stĺpca prebytočnej kvapaliny v druhom. Väčšina kvapalinových tlakomerov má viditeľnú hladinu pracovnej tekutiny, ktorej poloha určuje hodnotu meraného tlaku. Tieto zariadenia sa používajú v laboratórnej praxi a v niektorých priemyselných odvetviach.

Existuje skupina kvapalinových diferenciálnych tlakomerov, v ktorých nie je priamo pozorovaná hladina pracovnej tekutiny. Zmena posledne menovaného spôsobí pohyb plaváka alebo zmenu charakteristík iného zariadenia, čím sa zabezpečí buď priama indikácia nameranej hodnoty pomocou čítacieho zariadenia, alebo prevod a prenos jej hodnoty na diaľku.

Väčšina široké uplatnenie Medzi prístrojmi na meranie tlaku sa našli pružinové tlakomery. Ich výhodou je, že sú konštrukčne jednoduché, spoľahlivé a vhodné na meranie stredného tlaku v širokom rozsahu od 0,01 do 400 MPa (0,1 až 4000 bar).

Elastické citlivé prvky deformačných tlakomerov:

a - rúrkové pružiny;

b - vlnovec;

c, d - ploché a vlnité membrány;

d - membránové boxy;

e - ochabnuté blany s tvrdým stredom

Citlivým prvkom pružinového tlakomera je dutá, zakrivená trubica elipsoidného alebo oválneho prierezu, ktorá sa pod tlakom deformuje. Jeden koniec rúrky je utesnený a druhý je pripojený k armatúre, cez ktorú je pripojený k médiu, v ktorom sa meria tlak. Uzavretý koniec rúrky je spojený s prevodovým mechanizmom namontovaným na stojane, ktorý pozostáva z pohonu, ozubeného sektora, ozubeného kolesa s osou a ukazovateľa tlakomeru. Na odstránenie vôle medzi zubami sektora a ozubeného kolesa sa používa špirálová pružina. Stupnica je odstupňovaná v jednotkách tlaku (pascal alebo bar) a šípka ukazuje priamu hodnotu pretlaku meraného média. Mechanizmus manometra je umiestnený v kryte. Nameraný tlak vstupuje do trubice, ktorá má pod vplyvom tohto tlaku tendenciu sa narovnávať, pretože vonkajší povrch viac plochy vnútorný povrch. Pohyb voľného konca rúrky sa prenáša cez prevodový mechanizmus na šípku, ktorá sa otáča pod určitým uhlom. Medzi nameraným tlakom a deformáciou trubice je lineárny vzťah a šípka, ktorá sa odchyľuje od stupnice tlakomeru, ukazuje hodnotu tlaku.

Princíp činnosti membránového tlakomera je založený na pneumatickej kompenzácii, kde sila vyvíjaná meraným tlakom je vyvážená elastickou silou membránového boxu.

Citlivý prvok prístroja pozostáva z dvoch k sebe prispájkovaných membrán, ktoré tvoria membránovú skrinku 1. Meraný tlak sa privádza cez armatúru do vnútornej dutiny skrinky. Vplyvom rozdielu medzi atmosférickým a nameraným tlakom box mení svoj objem, čím dochádza k pohybu tuhého stredu hornej membrány, ktorý posúva ihlu prístroja 4 cez vodítko 2 a páku 3.

Elektrické kontaktné tlakomery (ECM) sa používajú v automatických riadiacich, regulačných a poplachových systémoch. Dve špeciálne šípky, nastavené na minimálny a maximálny tlak v rámci stupnice, obsahujú kontakty elektrického obvodu. Keď pohyblivá šípka dosiahne jeden z kontaktov, obvod sa uzavrie, čo spôsobí odoslanie signálu alebo zodpovedajúcu činnosť systému, ku ktorému je tlakomer pripojený.

1 — indexová šípka; 2 a 3 - nastavenie elektrického kontaktu; 4 a 5 - zóny uzavretých a otvorených kontaktov; 6 a 7 - objekty vplyvu.

Verzia 1 - jednokontaktný pre skrat;

Verzia 2 - jednokontaktné otváranie;

Verzia 3 - dvojkontaktný otvorený - otvorený;

Verzia 4 - dvojkontaktný pre skrat;

Verzia 5 - dvojkontaktné otvorené-krátke;

Verzia 6 - dvojkontaktný pre skrat otvorený obvod.

Elektrický tlakomer má štandardný diagram fungovanie, ktoré možno znázorniť na obr. a). Keď sa tlak zvýši a dosiahne určitú hodnotu, šípka indikátora 1 s elektrickým kontaktom vstúpi do zóny 4 a uzavrie sa pomocou základného kontaktu 2 elektrický obvod zariadení. Uzavretie okruhu zase vedie k uvedeniu nárazového objektu 6 do prevádzky.

Typy ECM:

• Elektrické kontaktné tlakomery na mikrospínačoch: odolné voči vibráciám (plnené kvapalinou), priemyselné, v nerezovom puzdre, odolné voči korózii s plochou membránou alebo rúrkovou pružinou.
• Elektrické kontaktné tlakomery s magnetomechanickými kontaktmi: odolné proti korózii s plochou alebo rúrkovou membránou, priemyselné.
• Elektrické kontaktné tlakomery odolné voči výbuchu: s plášťom odolným voči výbuchu z nehrdzavejúca oceľ alebo zliatiny hliníka a tiež sa používa pre nízke tlaky.
• Diferenčné membránové tlakomery sa používajú na meranie poklesu tlaku v plynových filtroch alebo v obmedzovačoch prietokomerov.

Vo väčšine tlakomerov je technológia určovania a výpočtu údajov založená na deformačných procesoch v špeciálnych meracích jednotkách, napríklad v vlnovcovej jednotke. Tento prvok funguje ako indikátor, ktorý sníma zmeny tlaku. Blok sa stáva aj rozdielovým prevodníkom v indikátoroch tlaku - užívateľ dostáva informáciu vo forme pohybu šípky ukazovateľa na zariadení. Okrem toho môžu byť údaje prezentované v pascaloch, ktoré pokrývajú celé spektrum meraní. Tento spôsob zobrazovania informácií poskytuje napríklad diferenčný tlakomer Testo 510, ktorý počas procesu merania eliminuje potrebu jeho držania v ruke, keďže zadná strana Zariadenie má špeciálne magnety.

Vlnovcový diferenčný tlakomer typu DS:

a - schéma mechového bloku; b - vzhľad; 1 - pracovný vlnovec; 2 - organická kvapalina kremíka; 3 - vnútorná dutina mechu; 4 - tyč; 5 - pružiny; 6 - pevné sklo; 7 - páka; 8 - roztrhané; 9 - os; 10 - gumové krúžky; 11 - zvlnenie; 12, 13 - uzatváracie a vyrovnávacie ventily

V mechanických zariadeniach je hlavným ukazovateľom umiestnenie šípky, ovládané pákovým systémom. Ukazovateľ sa pohybuje, kým zmeny v systéme neprestanú mať vplyv určitú silu. Klasickým príkladom tohto systému je diferenčný tlakomer radu DM 3538M, ktorý poskytuje proporcionálny delta (rozdiel tlakov) prepočet a výsledok poskytuje operátorovi vo forme jednotného signálu.

V kvapalinových tlakomeroch alebo diferenčných tlakomeroch je nameraný tlak alebo tlakový rozdiel vyvážený tlakom kvapalinového stĺpca. Meranie tlaku pomocou kvapalinových tlakomerov je založené na zmene výšky stĺpca (hladiny) pracovnej tekutiny v sklenenej meracej trubici v závislosti od použitého tlaku. Najbežnejšie používané manometrické (pracovné) kvapaliny sú etylalkohol, destilovaná voda a ortuť. Použitie týchto látok súvisí s ich stabilitou fyzikálne vlastnosti, nízka viskozita, nenamáčanie stien.

Proces merania tlaku je možné vykonávať s vysokým stupňom presnosti. Jednoduchosť prístroja a jednoduchosť merania sú dôvodom širokého používania kvapalinových tlakomerov.

Zariadenia tohto typu zahŕňajú dvojrúrkové (U-asiiný, Obrázok 6.1 A) a jednorúrkový pohár (obr. 6.1 b) tlakomery, ako aj mikromanometre.

a) b)

Obrázok 6.1 - Diagram v tvare U ( A) a jednorúrkový tlakomer ( b)

Dvojrúrkový tlakomer je určený na meranie pretlaku alebo tlakového rozdielu. Prístrojová stupnica je zvyčajne pohyblivá. Pred začatím meraní skontrolujte nulu pripojením oboch kolien tlakomeru v tvare U k atmosfére. V tomto prípade sú hladiny pracovnej kvapaliny nastavené na rovnakú horizontálu ab. Pohybom stupnice prístroja zarovnajte nulovú značku stupnice so stanovenou hladinou kvapaliny. Keď je jeden ohyb rúrky pripojený k nádobe, v ktorej je potrebné merať tlak, kvapalina sa pohybuje dovtedy, kým sa nameraný tlak nevyrovná tlakom stĺpca kvapaliny výšky H. Keďže hladina kvapaliny v jednej rúrke stúpa a v druhej sa výška stĺpca H určí ako rozdiel dvoch odčítaní. Táto nevýhoda tlakomerov v tvare U je čiastočne odstránená u pohárového tlakomera pozostávajúceho z nádob rôzne priemery. Nameraný tlak sa privádza do kladnej (širokej) nádoby a rozdiel hladín sa určuje odčítaním na zápornej tenkej skúmavke.

Pre sekciu a-b(Obrázok 6.1 A) platí nasledujúca rovnosť síl:

Kde r a r b - absolútny a atmosférický tlak, Pa; f je plocha otvoru meracej trubice, m2; H je výška stĺpca kvapaliny, m; - hustota pracovnej tekutiny, kg/m 3 ; g - zrýchlenie voľného pádu, m/s 2.

Transformáciou výrazu (6.2) získame:

Je zrejmé, že pri meraní nadmerného tlaku výška stúpania pracovnej tekutiny nezávisí od plochy prierezu rúrok. Na základe podmienok pohodlnosti práce s prístrojom (obmedzenie výšky trubíc tlakomeru) sa pri meraní pretlaku 0,15–0,2 MPa odporúča používať ako pracovnú kvapalinu pri nižších tlakoch vodu, príp alkohol.

Tlakomery v tvare pohára a U nemožno použiť pri meraní malých pretlakov a vákuov, pretože chyba merania je príliš veľká. V týchto prípadoch sa používajú špeciálne pohárové tlakomery so šikmou trubicou (mikromanometre).

Obrázok 6.2 – Schéma mikromanometra so šikmou trubicou

Použitie naklonenej rúrky (obrázok 6.2) umožňuje zmenšením uhla , v rovnakej výške stúpania stĺpca kvapaliny h zväčšiť jeho dĺžku, ktorá presahuje presnosť počítania. Meranie dĺžky a výšky stĺpca kvapaliny súvisí so vzťahom h = l hriech. Odtiaľto
. Zmena uhla trubice , môžete zmeniť limity merania zariadenia. Minimálny uhol sklon trubice 8-10°. Chyba prístroja nepresahuje ±0,5 % konečnej hodnoty stupnice.

V kvapalinových tlakomeroch alebo diferenčných tlakomeroch je nameraný tlak alebo tlakový rozdiel vyvážený tlakom kvapalinového stĺpca. Meranie tlaku pomocou kvapalinových tlakomerov je založené na zmene výšky stĺpca (hladiny) pracovnej tekutiny v sklenenej meracej trubici v závislosti od použitého tlaku. Najbežnejšie používané manometrické (pracovné) kvapaliny sú etylalkohol, destilovaná voda a ortuť. Použitie týchto látok je spojené so stálosťou ich fyzikálnych vlastností, nízkou viskozitou, nevlhnutím stien.

Proces merania tlaku je možné vykonať pomocou vysoký stupeň presnosť. Jednoduchosť prístroja a jednoduchosť merania sú dôvodom širokého používania kvapalinových tlakomerov.

Zariadenia tohto typu zahŕňajú dvojrúrkové ( U-tvarovaný, obr. 15.1) a jednorúrkové (hrnček, obr. 15.2) tlakomery, ako aj mikromanometre.

U ab

Ryža. 15.1. Dvojrúrkový tlakomer ( U-tvarovaný)

Ryža. 15.2. Jednorúrkový tlakomer (pohár)

Dvojrúrkový tlakomer (GOST 9933-75) je určený na meranie nadmerného tlaku alebo tlakového rozdielu. Prístrojová stupnica je zvyčajne pohyblivá. Pred začatím meraní skontrolujte nulu pripojením oboch kolien k atmosfére U- tvarovaný tlakomer. V tomto prípade sú hladiny pracovnej kvapaliny nastavené na rovnakú horizontálu ab. Pohybom stupnice prístroja zarovnajte nulovú značku stupnice so stanovenou hladinou kvapaliny.

Keď je jeden ohyb trubice pripojený k nádobe, v ktorej je potrebné merať tlak, kvapalina sa pohybuje, kým sa nameraný tlak nevyrovná tlakom výšky stĺpca kvapaliny. N. Keďže hladina kvapaliny v jednej trubici stúpa a v druhej klesá, výška stĺpca N je definovaný ako rozdiel medzi dvoma hodnotami. Táto nevýhoda U-tvarované tlakomery sú čiastočne eliminované v pohárovom tlakomere, pozostávajúcom z nádob rôznych priemerov. Nameraný tlak sa privádza do pozitívnej (širokej) nádoby a rozdiel hladín sa určí nameraním jedného odčítania pozdĺž negatívnej tenkej skúmavky.

Pre časť 1-1 (obr. 15.1) platí nasledujúca rovnosť síl:

Kde p a A r b - absolútny a atmosférický tlak, Pa;

f - plocha otvoru meracej trubice, m 2 ;

N - výška stúpania stĺpca kvapaliny, m;

r - hustota pracovnej tekutiny, kg/m 3 ;

g - zrýchlenie voľného pádu, m/s 2.

Transformáciou výrazu (15.2) získame:

Pex=Pa-Pb=Hpg. (15.3)

Je zrejmé, že pri meraní nadmerného tlaku výška stúpania pracovnej tekutiny nezávisí od plochy prierezu rúrok na základe podmienok jednoduchosti použitia zariadenia (obmedzenie výšky trubice tlakomeru), pri meraní pretlaku sa odporúča 0,15-0,2 MPa ako pracovná kvapalina použiť ortuť, pri nižších tlakoch vodu alebo lieh.

Pohár a U-tvarované tlakomery nemožno použiť pri meraní malých pretlakov a vákuov, pretože chyba merania je príliš veľká. V týchto prípadoch sa používajú špeciálne pohárové tlakomery so šikmou trubicou (mikromanometre). Použitie naklonenej trubice (obr. 15.3) umožňuje zmenšením uhla φ pri rovnakej výške stúpania stĺpca kvapaliny h zväčšiť jeho dĺžku, čím sa zvýši presnosť počítania. Meranie dĺžky a výšky stĺpca kvapaliny súvisí so vzťahom. Odtiaľ Zmena uhla trubice φ , môžete zmeniť limity merania zariadenia. Minimálny uhol sklonu trubice je 8-10°. Chyba prístroja nepresahuje ±0,5 % konečnej hodnoty stupnice.

Princíp fungovania

Princíp činnosti tlakomeru je založený na vyrovnávaní nameraného tlaku silou pružnej deformácie trubicovej pružiny alebo citlivejšej dvojlamenej membrány, ktorej jeden koniec je utesnený v držiaku a druhý je pripojený cez tyč do trojsektorového mechanizmu, ktorý prevádza lineárny pohyb pružného snímacieho prvku na kruhový pohyb indikačnej šípky.

Odrody

Skupina prístrojov na meranie nadmerného tlaku zahŕňa:

Tlakomery - prístroje s meraním od 0,06 do 1000 MPa (Merajte pretlak - kladný rozdiel medzi absolútnym a barometrickým tlakom)

Vákuomery sú zariadenia, ktoré merajú vákuum (tlak pod atmosférickým tlakom) (do mínus 100 kPa).

Tlakomery a podtlakomery sú tlakomery, ktoré merajú pretlak (od 60 do 240 000 kPa) aj podtlak (do mínus 100 kPa).

Tlakomery - tlakomery pre malé pretlaky do 40 kPa

Trakčné merače - vákuomery s limitom do mínus 40 kPa

Tlakomery a podtlakomery s extrémnymi limitmi nepresahujúcimi ±20 kPa

Údaje sú uvedené v súlade s GOST 2405-88

Väčšina domácich a dovážaných tlakomerov sa vyrába v súlade so všeobecne uznávanými normami, teda tlakomery rôznych značiek nahradiť sa navzájom. Pri výbere tlakomeru potrebujete vedieť: limit merania, priemer tela, triedu presnosti prístroja. Dôležité je aj umiestnenie a závit kovania. Tieto údaje sú rovnaké pre všetky zariadenia vyrábané u nás aj v Európe.

Existujú aj tlakomery, ktoré merajú absolútny tlak, teda pretlak + atmosférický

Zariadenie, ktoré meria atmosférický tlak, sa nazýva barometer.

Typy tlakomerov

V závislosti od konštrukcie a citlivosti prvku existujú tlakomery kvapaliny, vlastnej hmotnosti a deformácie (s rúrkovou pružinou alebo membránou). Tlakomery sú rozdelené do tried presnosti: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4.0 (čím nižšie číslo, tým presnejšie zariadenie).

Typy tlakomerov

Podľa účelu možno tlakomery rozdeliť na technické - všeobecné technické, elektrické kontaktné, špeciálne, samonahrávacie, železničné, vibračne odolné (plnené glycerínom), lodné a referenčné (modelové).

Všeobecné technické: určené na meranie kvapalín, plynov a pár, ktoré nie sú agresívne voči zliatinám medi.

Elektrický kontakt: majú schopnosť nastaviť merané médium vďaka prítomnosti elektrického kontaktného mechanizmu. Obzvlášť populárne zariadenie v tejto skupine možno nazvať EKM 1U, aj keď sa už dlho nevyrába.

Špeciálne: kyslík - musí byť odmastený, pretože niekedy aj mierne znečistenie mechanizmu pri kontakte s čistým kyslíkom môže viesť k výbuchu. Často k dispozícii v prípadoch modrá farba s označením na číselníku O2 (kyslík); acetylén - zliatiny medi nie sú povolené pri výrobe meracieho mechanizmu, pretože pri kontakte s acetylénom existuje nebezpečenstvo tvorby výbušnej acetylénovej medi; amoniak - musí byť odolný voči korózii.

Odkaz: mať viac vysokej triedy presnosť (0,15;0,25;0,4) tieto zariadenia sa používajú na kontrolu iných tlakomerov. Vo väčšine prípadov sú takéto zariadenia inštalované na piestových tlakomeroch s vlastnou hmotnosťou alebo na niektorých iných zariadeniach schopných vyvinúť požadovaný tlak.

Lodné tlakomery sú určené na použitie v riečnych a námorných flotilách.

Železnica: určená na použitie v železničnej doprave.

Samočinné zaznamenávanie: tlakomery v kryte s mechanizmom, ktorý umožňuje reprodukovať prevádzkový graf tlakomeru na papier.

Tepelná vodivosť

Merače tepelnej vodivosti sú založené na znížení tepelnej vodivosti plynu s tlakom. Tieto tlakomery majú zabudované vlákno, ktoré sa zahrieva, keď ním prechádza prúd. Na meranie teploty vlákna možno použiť termočlánok alebo odporový snímač teploty (DOTS). Táto teplota závisí od rýchlosti, ktorou vlákno odovzdáva teplo okolitému plynu, a teda od tepelnej vodivosti. Často sa používa meradlo Pirani, ktoré súčasne používa jedno platinové vlákno vykurovacie teleso a ako DOTS. Tieto tlakomery poskytujú presné údaje medzi 10 a 10-3 mmHg. Art., ale sú dosť citlivé na chemické zloženie merané plyny.

[upraviť] Dve vlákna

Jedna drôtová cievka sa používa ako ohrievač, zatiaľ čo druhá sa používa na meranie teploty pomocou konvekcie.

Pirani manometer (jeden závit)

Tlakomer Pirani pozostáva z kovového drôtu vystaveného meranému tlaku. Drôt je ohrievaný prúdom, ktorý ním prechádza, a ochladzovaný okolitým plynom. S poklesom tlaku plynu klesá aj chladiaci účinok a zvyšuje sa rovnovážna teplota drôtu. Odpor drôtu je funkciou teploty: meraním napätia na drôte a prúdu, ktorý ním prechádza, možno určiť odpor (a tým aj tlak plynu). Tento typ tlakomeru ako prvý navrhol Marcello Pirani.

Termočlánkové a termistorové meradlá fungujú podobným spôsobom. Rozdiel je v tom, že na meranie teploty vlákna sa používa termočlánok a termistor.

Rozsah merania: 10−3 - 10 mmHg. čl. (približne 10-1 - 1000 Pa)

Ionizačný tlakomer

Najcitlivejšie sú ionizačné tlakomery meracie prístroje pre veľmi nízke tlaky. Tlak merajú nepriamo meraním iónov produkovaných pri bombardovaní plynu elektrónmi. Čím nižšia je hustota plynu, tým menej iónov sa vytvorí. Kalibrácia tlakomeru iónov je nestabilná a závisí od charakteru meraných plynov, čo nie je vždy známe. Môžu byť kalibrované porovnaním s údajmi na tlakomere McLeod, ktoré sú oveľa stabilnejšie a nezávislé od chémie.

Termionické elektróny sa zrážajú s atómami plynu a vytvárajú ióny. Ióny sú priťahované k elektróde pri vhodnom napätí, známom ako kolektor. Kolektorový prúd je úmerný rýchlosti ionizácie, ktorá je funkciou tlaku v systéme. Meranie kolektorového prúdu teda umožňuje určiť tlak plynu. Existuje niekoľko podtypov ionizačných tlakomerov.

Rozsah merania: 10−10 - 10−3 mmHg. čl. (približne 10-8 - 10-1 Pa)

Väčšina iónových meradiel sa dodáva v dvoch typoch: horúca katóda a studená katóda. Tretí typ – tlakomer s rotujúcim rotorom – je citlivejší a drahší ako prvé dva a nie je tu rozoberaný. V prípade horúcej katódy sa vytvorí elektricky vyhrievané vlákno elektrónový lúč. Elektróny prechádzajú cez tlakomer a ionizujú molekuly plynu okolo nich. Výsledné ióny sa zhromažďujú na záporne nabitej elektróde. Prúd závisí od počtu iónov, ktorý zase závisí od tlaku plynu. Tlakomery s horúcou katódou presne merajú tlak v rozsahu 10-3 mmHg. čl. do 10-10 mm Hg. čl. Princíp tlakomeru so studenou katódou je rovnaký, až na to, že elektróny vznikajú vo výboji vytvorenom vysokonapäťovým elektrickým výbojom. Tlakomery so studenou katódou presne merajú tlak v rozsahu 10−2 mmHg. čl. až 10-9 mm Hg. čl. Kalibrácia ionizačných tlakomerov je veľmi citlivá na štruktúrnu geometriu, chemické zloženie meraných plynov, koróziu a povrchové usadeniny. Ich kalibrácia sa môže stať nepoužiteľnou pri zapnutí pri atmosférickom a veľmi nízkom tlaku. Zloženie vákua pri nízkych tlakoch je zvyčajne nepredvídateľné, preto sa na presné merania musí použiť hmotnostný spektrometer v spojení s ionizačným tlakomerom.

Horúca katóda

Ionizačný tlakomer Bayard-Alpert s horúcou katódou sa zvyčajne skladá z troch elektród pracujúcich v triódovom režime, kde katódou je vlákno. Tri elektródy sú kolektor, vlákno a mriežka. Kolektorový prúd sa meria v pikoampéroch elektrometrom. Potenciálny rozdiel medzi vláknom a zemou je zvyčajne 30 voltov, zatiaľ čo sieťové napätie pri konštantnom napätí je 180-210 voltov, pokiaľ nie je voliteľné elektronické bombardovanie zahrievaním siete, ktoré môže mať vysoký potenciál približne 565 voltov. Najbežnejším iónovým meradlom je Bayard-Alpert horúca katóda s malým zberačom iónov vo vnútri mriežky. Elektródy môže obklopovať sklenený obal s otvorom do vákua, ktorý sa však väčšinou nepoužíva a tlakomer je zabudovaný priamo vo vákuovom zariadení a kontakty sú vedené cez keramickú platňu v stene vákuového zariadenia. Ionizačné meradlá s horúcou katódou sa môžu poškodiť alebo stratiť kalibráciu, ak sú zapnuté atmosférický tlak alebo dokonca pri nízkom vákuu. Merania ionizačných tlakomerov s horúcou katódou sú vždy logaritmické.

Elektróny vyžarované vláknom sa pohybujú niekoľkokrát v smere dopredu a dozadu okolo mriežky, kým na ňu nenarazí. Počas týchto pohybov sa niektoré elektróny zrážajú s molekulami plynu a vytvárajú elektrón-iónové páry (ionizácia elektrónov). Počet takýchto iónov je úmerný hustote molekúl plynu vynásobenej termionickým prúdom a tieto ióny lietajú do kolektora a vytvárajú iónový prúd. Keďže hustota molekúl plynu je úmerná tlaku, tlak sa odhaduje meraním iónového prúdu.

Citlivosť na nízky tlak Tlakomery s horúcou katódou sú obmedzené fotoelektrickým efektom. Elektróny narážajúce na mriežku produkujú röntgenové lúče, ktoré vytvárajú fotoelektrický šum v iónovom kolektore. To obmedzuje rozsah starších meracích prístrojov s horúcou katódou na 10-8 mmHg. čl. a Bayard-Alpert na približne 10-10 mm Hg. čl. Prídavné vodiče na katódovom potenciáli v zornej línii medzi iónovým kolektorom a mriežkou tomuto efektu zabraňujú. Pri extrakčnom type nie sú ióny priťahované drôtom, ale otvoreným kužeľom. Keďže ióny sa nevedia rozhodnúť, do ktorej časti kužeľa zasiahnu, prejdú cez otvor a vytvoria iónový lúč. Tento iónový lúč možno preniesť do Faradayovho pohára.