Los vacuómetros son dispositivos para medir presiones de vacío o sub atmosféricas. Un vacío es un espacio en el que la presión de un gas es baja en comparación con la presión atmosférica. La medida de vacío está asociada con la presión. Los medidores e instrumentos de vacío se utilizan junto con sensores de vacío para monitorear y controlar la presión de vacío en un sistema.
Cómo medidores de presión están hechos. Crédito de Vídeo: Instrumento Wika, LP / CC BY 3.0
Tecnologías de vacuómetros
Los vacuómetros utilizan varias tecnologías diferentes para medir el vacío en un entorno.
Bajo vacío
El bajo vacío se puede medir con dispositivos que utilizan deflexión mecánica.
La tecnología de pistón utiliza un pistón/cilindro sellado para medir los cambios de presión.
La deflexión mecánica utiliza un elemento elástico o flexible para desviarse mecánicamente con un cambio de presión, por ejemplo, un diafragma, un tubo de Bourdon o un fuelle.
Los sensores de presión piezoeléctricos miden presiones dinámicas y cuasiestáticas. Los transductores bidireccionales
consisten en cuarzo metalizado o materiales cerámicos que tienen propiedades eléctricas naturales. Son capaces de convertir el estrés en un potencial eléctrico y viceversa. Son muy resistentes, pero requieren circuitos de amplificación que pueden ser susceptibles a golpes y vibraciones.
Los sistemas microelectromecánicos (MEMS) son típicamente microsistemas fabricados por micromaquinado de superficie de silicio para su uso en sistemas industriales o biológicos muy pequeños.
Los elementos vibratorios (resonancia de silicio) utilizan una tecnología de elementos vibratorios, como la resonancia de silicio.
Los instrumentos de presión de capacitancia variable utilizan los resultados de cambio de capacitancia del movimiento de un elemento de diafragma para medir la presión. El dispositivo utiliza un diafragma delgado como una placa de un condensador. La presión aplicada hace que el diafragma se desvíe y la capacitancia cambie. La desviación del diafragma causa un cambio en la capacitancia que es detectado por un circuito de puente.
Las galgas extensométricas (resistencias variables sensibles a la tensión) están unidas a partes de la estructura que se deforman a medida que cambia la presión. Cuatro galgas extensiométricas se utilizan normalmente en serie en un circuito de puente de Wheatstone, que se utiliza para hacer la medición. Cuando se aplica tensión a dos esquinas opuestas del puente, se desarrolla una señal de salida eléctrica proporcional a la presión aplicada. La señal de salida se recoge en las dos esquinas restantes del puente.
Los manómetros generalmente están hechos de un tubo transparente en forma de U y están parcialmente llenos de un líquido como agua, mercurio o aceite. La cantidad relativa de desplazamiento de líquido entre las patas de la U indica el exceso de presión ejercida en un lado u otro. Una ventaja de usar vacuómetros de tipo manómetro es que las lecturas de presión son independientes del tipo de gas.
Los vacuómetros Bourdon se componen de un tubo que se dobla en un arco circular. El interior del tubo está conectado al sistema de vacío y el extremo del tubo se dobla a medida que cambia la presión externa. El extremo del tubo también está conectado a un puntero que se mueve en un dial indicador a medida que cambia la presión, similar a una tira bimetálica
Tubo de Bourdon. Crédito de la imagen: efunda.com
Vacío medio-alto
Las aspiradoras medias a altas deben medirse utilizando dispositivos térmicos y moleculares.
Los medidores de termopar miden los cambios en la conductividad térmica de un gas residual dentro de un tubo de medidor. Las lecturas de presión para este dispositivo dependen del tipo de gas. Los medidores de termopar incluyen un filamento, una fuente de alimentación para el filamento y un medidor de bobina móvil para mostrar la presión. La cantidad de calor perdido depende de la presión del gas. Hay varios diseños del calibre Pirani. Un diseño incluye el uso de dos placas con diferentes temperaturas. La cantidad de energía gastada en calefacción es la medida de la presión de gas. Otro diseño utiliza una sola placa para medir la conductividad térmica del gas por pérdida de calor en el área circundante.
Medidor de termopar. Crédito de la imagen: National Instruments
Los medidores de ionización de cátodo caliente inician un flujo constante de electrones desde el cátodo o la fuente de electrones hasta el ánodo o el drenaje de electrones. Estos electrones golpean una cantidad de moléculas de gas dependiente de la presión, que se convierten en iones positivos y causan una corriente relacionada con la presión en el colector de iones.
Los medidores de ionización de cátodo frío también están disponibles. Debido a que no tienen componentes activos, como filamentos calientes, los medidores de cátodo frío pueden soportar la exposición repentina o prolongada a gases de alta presión. Los dispositivos de cátodo frío extraen los electrones de la superficie del electrodo mediante un campo de alto potencial.
Para obtener más información, lea la guía de Engineering 360 sobre Cómo Seleccionar Sensores de Vacío.
Tipo de pantalla
Los vacuómetros tienen una pantalla que permite al usuario controlar la presión de vacío del sistema. Los tipos de pantallas incluyen:
- Analógicos Analog Los medidores analógicos son indicadores visuales simples que utilizan un dial.
- Medidores digitales meters Los medidores digitales son indicadores visuales con válvulas numéricas.
- Tubo de rayos catódicos (TRC): los TRC se encuentran comúnmente en monitores de computadora.
- Pantalla de cristal líquido (LCD): Las pantallas LCD son fuentes de luz semiconductoras que utilizan electrones que se recombinan con agujeros de electrones dentro del dispositivo y liberan energía en forma de fotones.
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Pantalla de vídeo multilínea: Las pantallas de vídeo permiten al usuario ver y grabar transmisiones en vivo de los cambios de presión en el sistema.
Tipo de escala
- Los dispositivos de escala única muestran la presión en un solo juego de unidades.
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Los dispositivos de báscula dual muestran la presión en dos juegos de unidades en la misma cara del dial.
Especificaciones de rendimiento
Las especificaciones para vacuómetros incluyen:
El rango de vacío es el intervalo de presiones desde la presión de vacío más baja hasta la presión de vacío más alta.
Vacío rangos de presión. Crédito de la imagen: Oerlikon Leybold, Inc.
La temperatura de funcionamiento es el rango completo requerido de temperaturas de funcionamiento ambiente. La temperatura y la presión en un sistema están directamente relacionadas entre sí. Si la temperatura del entorno de funcionamiento cerrado aumenta, la presión en el sistema aumentará. Para evitar daños en el equipo, es importante conocer los rangos de temperatura extremos de la zona.
La precisión es la diferencia entre el valor verdadero y la indicación expresada como porcentaje del intervalo. Incluye los efectos combinados del método, el observador, el aparato y el medio ambiente.
Media es el término utilizado para describir el material que rodea el área de vacío. Algunos vacuómetros miden la presión de los líquidos. Otros miden las presiones de los sólidos. También hay dispositivos disponibles que están clasificados para tareas peligrosas o para materiales no listados, especializados o patentados.
Estándares de vacuómetros
Normalmente, los vacuómetros utilizan grados de precisión de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) y el Deutsches Institut für Normung (DIN), una organización nacional alemana de normalización. Los ejemplos incluyen grados A, B, C y D, así como grados 1A (1% de escala completa), 2A (0,5% de escala completa), 3A (0,25% de escala completa) y 4A (0,1% de escala completa).
Aplicación de instrumentos y manómetros de vacío
Los aspiradores se utilizan en muchas aplicaciones industriales, como automoción, náutica, investigación y desarrollo y fabricación. Se pueden usar para mantener los materiales en movimiento a través del sistema o para mantener el área de trabajo limpia de contaminantes. Los medidores e instrumentos, como los sensores, son un componente importante para garantizar el funcionamiento adecuado y la seguridad del sistema y el equipo.