Les jauges à vide sont des dispositifs permettant de mesurer le vide ou les pressions sous-atmosphériques. Un vide est un espace dans lequel la pression d’un gaz est faible par rapport à la pression atmosphérique. La mesure du vide est associée à la pression. Les jauges et instruments de vide sont utilisés conjointement avec des capteurs de vide pour surveiller et contrôler la pression de vide dans un système.
Comment les manomètres sont fabriqués. Crédit Vidéo: Wika Instrument, LP/CC PAR 3.0
Technologies des jauges à vide
Les jauges à vide utilisent plusieurs technologies différentes pour mesurer le vide dans un environnement.
Vide faible
Le vide faible peut être mesuré avec des appareils utilisant une déflexion mécanique.
La technologie de piston utilise un piston / cylindre scellé pour mesurer les changements de pression.
La déflexion mécanique utilise un élément élastique ou flexible pour dévier mécaniquement avec un changement de pression, par exemple un diaphragme, un tube de Bourdon ou un soufflet.
Les capteurs de pression piézoélectriques mesurent les pressions dynamiques et quasi statiques. Les transducteurs bidirectionnels 
sont constitués de matériaux en quartz métallisé ou en céramique qui ont des propriétés électriques naturelles. Ils sont capables de convertir la contrainte en un potentiel électrique et vice versa. Ils sont très robustes mais nécessitent des circuits d’amplification qui peuvent être sensibles aux chocs et aux vibrations.
Les systèmes microélectromécaniques (MEMS) sont généralement des micro-systèmes fabriqués par micro-usinage de surface au silicium pour une utilisation dans de très petits systèmes industriels ou biologiques.
Les éléments vibrants (résonance au silicium) utilisent une technologie d’élément vibrant, telle que la résonance au silicium.
Les instruments à pression à capacité variable utilisent les résultats du changement de capacité résultant du mouvement d’un élément à membrane pour mesurer la pression. L’appareil utilise un diaphragme mince comme une plaque d’un condensateur. La pression appliquée provoque la déviation du diaphragme et le changement de capacité. La déflexion du diaphragme provoque un changement de capacité qui est détecté par un circuit en pont.
Les jauges de contrainte (résistances variables sensibles à la contrainte) sont liées à des parties de la structure qui se déforment à mesure que la pression change. Quatre jauges de contrainte sont généralement utilisées en série dans un circuit en pont de Wheatstone, qui est utilisé pour effectuer la mesure. Lorsque la tension est appliquée à deux coins opposés du pont, un signal de sortie électrique est développé proportionnel à la pression appliquée. Le signal de sortie est collecté aux deux coins restants du pont.
Les manomètres sont généralement constitués d’un tube transparent en forme de U et sont partiellement remplis d’un liquide tel que de l’eau, du mercure ou de l’huile. La quantité relative de déplacement de liquide entre les jambes du U indique l’excès de pression exercé d’un côté ou de l’autre. Un avantage de l’utilisation de manomètres à vide de type manomètre est que les lectures de pression sont indépendantes du type de gaz.
Les jauges à vide Bourdon sont composées d’un tube courbé en arc de cercle. L’intérieur du tube est connecté au système de vide et l’extrémité du tube se plie lorsque la pression externe change. L’extrémité du tube est également reliée à un pointeur qui se déplace sur un cadran indicateur au fur et à mesure que la pression change, semblable à une bande bimétallique
Tube Bourdon. Crédit d’image: efunda.com
Vide moyen-poussé
Les aspirateurs moyens à élevés doivent être mesurés à l’aide de dispositifs thermiques et moléculaires.
Les jauges de thermocouple mesurent les changements de la conductivité thermique d’un gaz résiduel à l’intérieur d’un tube à jauge. Les lectures de pression pour cet appareil dépendent du type de gaz. Les jauges de thermocouple comprennent un filament, une alimentation électrique pour le filament et un compteur de bobine mobile pour afficher la pression. La quantité de chaleur perdue dépend de la pression du gaz. Il existe plusieurs conceptions de la jauge Pirani. Une conception comprend l’utilisation de deux plaques avec des températures différentes. La quantité d’énergie dépensée pour le chauffage est la mesure de la pression du gaz. Une autre conception utilise une seule plaque pour mesurer la conductivité thermique du gaz par perte de chaleur dans la zone environnante.
Jauge de thermocouple. Crédit d’image : National Instruments
Les jauges d’ionisation à cathode chaude initient un flux d’électrons constant de la cathode ou de la source d’électrons vers l’anode ou le drain d’électrons. Ces électrons frappent une quantité de molécules de gaz dépendantes de la pression, qui deviennent des ions positifs et provoquent un courant lié à la pression sur le collecteur d’ions.Des jauges d’ionisation à cathode froide
sont également disponibles. Parce qu’ils n’ont pas de composants actifs tels que des filaments chauds, les jauges de cathode froide peuvent résister à une exposition soudaine ou prolongée à des gaz à haute pression. Les dispositifs à cathode froide attirent les électrons de la surface de l’électrode par un champ de potentiel élevé.
Pour plus d’informations, lisez le guide d’Engineering 360 sur la sélection des capteurs de vide.
Type d’affichage
Les jauges à vide ont un affichage permettant à l’utilisateur de surveiller la pression de vide du système. Les types d’affichages incluent:
- Analogique Analog Les compteurs analogiques sont de simples indicateurs visuels utilisant un cadran.
- Compteurs numériques are Les compteurs numériques sont des indicateurs visuels dotés de valves numériques.
- Tube cathodique (tube cathodique) are Les tubes cathodiques se trouvent couramment dans les écrans d’ordinateur.
- Affichage à cristaux liquides (LCD) are Les écrans LCD sont des sources lumineuses à semi-conducteurs utilisant des électrons qui se recombinent avec des trous d’électrons à l’intérieur du dispositif et libèrent de l’énergie sous forme de photons.
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Affichage vidéo multiligne — Les écrans vidéo permettent à l’utilisateur de regarder et d’enregistrer en direct les changements de pression dans le système.
Type de balance
- Les appareils à échelle unique affichent la pression dans un seul ensemble d’unités.
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Les appareils à deux échelles affichent la pression en deux ensembles d’unités sur la même face du cadran.
Spécifications de performance
Les spécifications des jauges à vide comprennent:
La plage de vide est la plage de pressions allant de la pression de vide la plus basse à la pression de vide la plus élevée.Graphique des plages de pression sous vide
Plages de pression de vide. Crédit d’image : Oerlikon Leybold, Inc.
La température de fonctionnement est la gamme complète de températures de fonctionnement ambiantes requise. La température et la pression dans un système sont directement liées l’une à l’autre. Si la température de l’environnement de fonctionnement fermé augmente, la pression dans le système augmentera. Afin de prévenir les dommages à l’équipement, il est important de connaître les plages de températures extrêmes de la zone.
La précision est la différence entre la valeur vraie et l’indication exprimée en pourcentage de la portée. Il comprend les effets combinés de la méthode, de l’observateur, de l’appareil et de l’environnement.
Média est le terme utilisé pour décrire le matériau qui entoure la zone de vide. Certains jauges à vide mesurent les pressions des liquides. D’autres mesurent les pressions des solides. Des dispositifs sont également disponibles qui sont classés pour des fonctions dangereuses ou pour des matériaux non répertoriés, spécialisés ou exclusifs.
Normes de jauge à vide
En règle générale, les jauges à vide utilisent des notes de précision de l’American Society of Mechanical Engineers (ASME) et du Deutsches Institut für Normung (DIN), une organisation nationale allemande de normalisation. Les exemples incluent les grades A, B, C et D ainsi que les grades 1A (1% pleine échelle), 2A (0,5% pleine échelle), 3A (0,25% pleine échelle) et 4A (0,1% pleine échelle).
Application de la jauge à vide et de l’instrument
Les aspirateurs sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles telles que l’automobile, le nautisme, la recherche et le développement et la fabrication. Ils peuvent être utilisés pour maintenir les matériaux en mouvement dans le système ou pour garder la zone de travail propre des polluants. Les jauges et les instruments, tels que les capteurs, sont un élément important pour assurer le bon fonctionnement et la sécurité du système et de l’équipement.