2.3. Датчики измерения вакуума – вакууметры.

Вакуумметр – вакуумный манометр, прибор для измерения давления разреженных газов. До настоящего времени нет манометров универсального типа, способных измерять давления во всем диапазоне от 10^-3 тор (форвакуум) до 10^-14 тор (сверхвысокий вакуум), получаемом с помощью современной вакуумной техники. Каждый из существующих манометров измеряет давление только в ограниченном интервале давлений.

Разработано большое количество типов манометров, принцип работы которых основан на зависимости определенных физических явлений от давления газа.

- Деформационные вакуумметры (10^-2 – 10⁵ Па) – вакуумметр полного давления, действие которого основано на зависимости деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого давления. Для измерения давления в низковакуумных системах очень часто используют деформационные стрелочные вакуумметры с чувствительным элементом, выполненным в виде трубки Бурдона или капсульной пружины и отсчетным устройством часового типа, эти вакуумметры можно выделить в отдельный класс – механические стрелочные вакуумметры. В качестве чувствительного элемента также используются мембрана или сильфон, деформирующиеся под действием разности давлений с противоположных сторон элементов;

В современной вакуумной технике мембранные вакуумметры получили большое распространение благодаря потребности в высокоточном измерении разреженных газов в микроэлектронной и химической промышленности. Принцип измерения давления за счет измерения деформации упругой мембраны объединился с высокоточным емкостным принципом измерения перемещений (оценивается емкость конденсатора при перемещении одной из его обкладок). Вакуумметры данного типа обладают отличной химической стойкостью.

- Гидростатические (или жидкостные) вакуумметры (10^-1 – 10⁵ Па), непосредственно измеряющие давление как разность уровней жидкости в сообщающихся сосудах (к этой группе относятся U-образные с открытой и закрытой трубкой, чашечные, поплавковые и колокольные вакуумметры, микровакуумметры с наклонной трубкой);

- Компрессионные вакуумметры (10^-5 – 10³ Па), действие которых основано на изотермическом сжатии идеального газа (манометры Мак-Леода);

- Теплоэлектрические вакуумметры (10^-5 – 10⁵ Па), в которых используется измерение теплопроводности газов в зависимости от давления; подразделяются на термопарные и вакуумметры сопротивления; в термопарных вакуумметрах использована зависимость ЭДС термопары от измеряемого давления. Датчики для термопарных вакуумметров часто выпускаются в исполнении для сложных условий эксплуатации, они используются, например, для контроля вакуума в рубашках криогенных трубопроводов стартовых копмлексов космодромов. Вакуумметр сопротивления – тепловой вакуумметр, действие которого основано на зависимости электрического сопротивления нагреваемого током элемента от давления газа. Этот тип вакуумметров также называют вакуумметрами Пирани (вакуумными датчиками типа Пирани).

- Ионизационные вакуумметры (10^-12 – 10² Па), использующие явление ионизации остаточного газа потоком электронов, испускаемых накаленным катодом (электронные ионизационные вакуумметры), или альфа-частицами, получаемыми радиоактивным препаратом (радиоактивные ионизационные вакуумметры). Ионный ток в этих приборах служит мерой молекулярной концентрации, т. е. давления газа;

- Магнитные электроразрядные вакуумметры (10^-11 – 10² Па), в которых мерой давления служит ток разряда, возникающий при низких давлениях под действием электрического и магнитных полей (разновидностью вакуумметров этого класса являются магнетронный и инверсно-магнетронный вакуумметры).

– Грузопоршневой вакуумметр – вакуумметр полного давления, действие которого основано на уравновешивании измеряемого давления давлением, создаваемым массой поршня с грузоприемным устройством и грузами, с учетом сил жидкостного трения.

– Вязкостный вакуумметр – вакуумметр полного давления, действие которого основано на зависимости вязкости разреженного газа, определяемой движением в нем твердого тела, от измеряемого давления. Современные вакуумметры данного типа отличаются высокой точностью, надежностью и в то же время сложной конструкцией и высокой стоимостью, поэтому они не получили широкого распространения. Вязкостные вакумметры применяются в некоторых изделиях криогенной техники и других устройствах, где важно обеспечить высокую герметичность вакуумной системы.

– Радиоизотопный ионизационный вакуумметр – ионизационный вакуумметр, в котором для ионизации газа применяют излучение радиоактивных источников.