Vakuummessgeräte sind Geräte zur Messung von Vakuum- oder Unterdruck. Ein Vakuum ist ein Raum, in dem der Druck eines Gases im Vergleich zum atmosphärischen Druck niedrig ist. Das Maß des Vakuums ist mit dem Druck verbunden. Vakuummessgeräte und -instrumente werden in Verbindung mit Vakuumsensoren verwendet, um den Vakuumdruck in einem System zu überwachen und zu steuern.
Wie Manometer hergestellt werden. Video-Kredit: Wika Instrument, LP / CC VON 3.0
Vakuummessgerätetechnologien
Vakuummessgeräte verwenden verschiedene Technologien, um das Vakuum in einer Umgebung zu messen.
Niedervakuum
Niedervakuum kann mit Geräten mit mechanischer Durchbiegung gemessen werden.
Die Kolbentechnologie verwendet einen abgedichteten Kolben /Zylinder, um Druckänderungen zu messen.
Mechanische Auslenkung verwendet ein elastisches oder flexibles Element, um bei einer Druckänderung mechanisch auszulenken, beispielsweise eine Membran, ein Bourdon-Rohr oder ein Faltenbalg.
Piezoelektrische Drucksensoren messen dynamische und quasistatische Drücke. Die bidirektionalen Messumformer 
bestehen aus metallisierten Quarz- oder Keramikmaterialien mit natürlich vorkommenden elektrischen Eigenschaften. Sie sind in der Lage, Spannung in ein elektrisches Potential umzuwandeln und umgekehrt. Sie sind sehr robust, erfordern jedoch Verstärkungsschaltungen, die anfällig für Stöße und Vibrationen sein können.
Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) sind typischerweise Mikrosysteme, die durch Siliziumoberflächenmikrobearbeitung für den Einsatz in sehr kleinen industriellen oder biologischen Systemen hergestellt werden.
Vibrationselemente (Siliziumresonanz) Verwenden eine Vibrationselementtechnologie wie die Siliziumresonanz.
Druckmessgeräte mit variabler Kapazität verwenden die Kapazitätsänderung, die sich aus der Bewegung eines Membranelements ergibt, um den Druck zu messen. Das Gerät verwendet eine dünne Membran als eine Platte eines Kondensators. Der angelegte Druck bewirkt eine Auslenkung der Membran und eine Änderung der Kapazität. Die Auslenkung der Membran bewirkt eine Kapazitätsänderung, die von einer Brückenschaltung detektiert wird.
Dehnungsmessstreifen (dehnungsempfindliche variable Widerstände) sind mit Teilen der Struktur verbunden, die sich bei Druckänderungen verformen. Vier Dehnungsmessstreifen werden typischerweise in Reihe in einer Wheatstone-Brückenschaltung verwendet, die zur Messung verwendet wird. Wenn an zwei gegenüberliegenden Ecken der Brücke Spannung angelegt wird, wird ein elektrisches Ausgangssignal proportional zum angelegten Druck entwickelt. Das Ausgangssignal wird an den verbleibenden zwei Ecken der Brücke gesammelt.
Manometer bestehen üblicherweise aus einem transparenten U-förmigen Rohr und sind teilweise mit einer Flüssigkeit wie Wasser, Quecksilber oder Öl gefüllt. Die relative Flüssigkeitsverdrängung zwischen den Schenkeln des U zeigt den auf die eine oder andere Seite ausgeübten Drucküberschuss an. Ein Vorteil der Verwendung von Vakuummessgeräten vom Manometertyp besteht darin, dass die Druckmesswerte unabhängig von der Art des Gases sind.
Bourdon-Vakuummeter bestehen aus einem Rohr, das zu einem Kreisbogen gebogen ist. Das Innere des Rohres ist mit dem Vakuumsystem verbunden und das Ende des Rohres biegt sich, wenn sich der Außendruck ändert. Das Ende des Rohres ist auch mit einem Zeiger verbunden, der sich auf einem Anzeigerad bewegt, wenn sich der Druck ändert, ähnlich einem Bimetallstreifen
Bourdon Rohr. Bildnachweis: efunda.com
Mittel-Hochvakuum
Mittel- bis Hochvakuum muss mit thermischen und molekularen Geräten gemessen werden.
Thermoelementmessgeräte messen Änderungen der Wärmeleitfähigkeit eines Restgases in einem Messrohr. Die Druckwerte für dieses Gerät sind abhängig von der Art des Gases. Thermoelement messgeräte umfassen eine filament, netzteil für die filament, und moving coil meter für die anzeige der druck. Die Menge an Wärmeverlust hängt vom Gasdruck ab. Es gibt verschiedene Ausführungen des Pirani-Messgeräts. Ein Design umfasst die Verwendung von zwei Platten mit unterschiedlichen Temperaturen. Die Menge an Energie, die zum Heizen aufgewendet wird, ist das Maß für den Gasdruck. Ein anderer Entwurf benutzt eine einzelne Platte, um die Wärmeleitfähigkeit des Gases durch Wärmeverlust zur Umgebung zu messen.
Thermoelement-Messgerät. Bildnachweis: National Instruments
Heißkathoden-Ionisationsmessgeräte initiieren einen konstanten Elektronenfluss von der Kathode oder Elektronenquelle zur Anode oder zum Elektronendrain. Diese Elektronen treffen auf eine druckabhängige Menge von Gasmolekülen, die zu positiven Ionen werden und einen druckbedingten Strom am Ionenkollektor verursachen.
Kaltkathoden-Ionisationsmessgeräte sind ebenfalls erhältlich. Da sie keine aktiven Komponenten wie heiße Filamente aufweisen, können Kaltkathodenmessgeräte plötzlichen oder längeren Einwirkungen von Hochdruckgasen standhalten. Kaltkathodenvorrichtungen ziehen die Elektronen von der Elektrodenoberfläche durch ein Hochpotentialfeld.
Weitere Informationen finden Sie im Engineering 360-Handbuch zur Auswahl von Vakuumsensoren.
Anzeigetyp
Vakuummeter verfügen über ein Display, mit dem der Benutzer den Vakuumdruck des Systems überwachen kann. Arten von Displays umfassen:
- Analog — Analoge Zähler sind einfache visuelle Anzeigen mit einem Zifferblatt.
- Digitale Zähler — Digitale Zähler sind visuelle Anzeigen mit numerischen Ventilen.
- Kathodenstrahlröhre (CRT) – CRTs werden häufig in Computermonitoren gefunden.
- Flüssigkristallanzeige (LCD) – LCDs sind Halbleiterlichtquellen, die Elektronen verwenden, die sich mit Elektronenlöchern innerhalb des Geräts rekombinieren und Energie in Form von Photonen freisetzen.
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Mehrzeilige Videoanzeige – Videoanzeigen ermöglichen es dem Benutzer, Live-Feeds von Druckänderungen im System anzusehen und aufzuzeichnen.
Skalentyp
- Einzelne Skalengeräte zeigen den Druck in nur einem Satz von Einheiten an.
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Dual waagen geräte display druck in zwei sätze von einheiten auf die gleiche zifferblatt gesicht.
Leistungsspezifikationen
Zu den Spezifikationen für Vakuummessgeräte gehören:
Der Vakuumbereich ist die Druckspanne vom niedrigsten Vakuumdruck bis zum höchsten Vakuumdruck.
Vakuumdruckbereiche. Bildnachweis: Oerlikon Leybold, Inc.
Die Betriebstemperatur ist der gesamte erforderliche Bereich der Umgebungstemperaturen. Temperatur und Druck in einem System stehen in direktem Zusammenhang miteinander. Wenn die Temperatur der geschlossenen Betriebsumgebung ansteigt, steigt der Druck im System an. Um Geräteschäden zu vermeiden, ist es wichtig, die extremen Temperaturbereiche des Bereichs zu kennen.
Genauigkeit ist die Differenz zwischen dem wahren Wert und der Angabe, ausgedrückt als Prozentsatz der Spanne. Es umfasst die kombinierten Effekte von Methode, Beobachter, Apparat und Umgebung.
Medien ist der Begriff, der verwendet wird, um das Material zu beschreiben, das den Bereich des Vakuums umgibt. Einige Vakuummeter messen den Druck von Flüssigkeiten. Andere messen den Druck von Feststoffen. Es sind auch Geräte erhältlich, die für gefährliche Aufgaben oder für nicht börsennotierte, spezialisierte oder proprietäre Materialien ausgelegt sind.
Vakuummessgerätestandards
Typischerweise verwenden Vakuummessgeräte Genauigkeitsgrade der American Society of Mechanical Engineers (ASME) und des Deutschen Instituts für Normung (DIN), einer deutschen nationalen Organisation für Normung. Beispiele hierfür sind die Klassen A, B, C und D sowie die Klassen 1A (1% Skalenendwert), 2A (0,5% Skalenendwert), 3A (0,25% Skalenendwert) und 4A (0,1% Skalenendwert).
Vakuum Gauge und Instrument Anwendung
Staubsauger sind verwendet in vielen industriellen anwendungen wie automotive, nautischen, forschung und entwicklung, und herstellung. Sie können verwendet werden, um Materialien durch das System zu bewegen oder den Arbeitsbereich von Schadstoffen frei zu halten. Messgeräte und Instrumente wie Sensoren sind eine wichtige Komponente, um die ordnungsgemäße Funktion und Sicherheit des Systems und der Ausrüstung zu gewährleisten.