I vacuometri sono dispositivi per misurare il vuoto o le pressioni sub-atmosferiche. Un vuoto è uno spazio in cui la pressione di un gas è bassa rispetto alla pressione atmosferica. La misura del vuoto è associata alla pressione. Misuratori di vuoto e strumenti sono utilizzati in combinazione con sensori di vuoto per monitorare e controllare la pressione di vuoto in un sistema.
Come sono fatti i manometri. Credito video: Strumento Wika, LP / CC DI 3.0
Tecnologie del vacuometro
I vacuometri utilizzano diverse tecnologie per misurare il vuoto in un ambiente.
Vuoto basso
Il vuoto basso può essere misurato con dispositivi che utilizzano la deflessione meccanica.
La tecnologia a pistone utilizza un pistone/cilindro sigillato per misurare le variazioni di pressione.
La deflessione meccanica utilizza un elemento elastico o flessibile per deflettere meccanicamente con un cambiamento di pressione, ad esempio un diaframma, un tubo di Bourdon o un soffietto.
I sensori di pressione piezoelettrici misurano pressioni dinamiche e quasi statiche. I trasduttori bidirezionali 
sono costituiti da quarzo metallizzato o materiali ceramici che hanno proprietà elettriche naturali. Sono in grado di convertire lo stress in un potenziale elettrico e viceversa. Sono molto robusti ma richiedono circuiti di amplificazione che possono essere soggetti a urti e vibrazioni.
I sistemi microelettromeccanici (MEMS) sono tipicamente micro sistemi prodotti dalla microlavorazione di superfici in silicio per l’uso in sistemi industriali o biologici molto piccoli.
Gli elementi vibranti (risonanza al silicio) utilizzano una tecnologia a elementi vibranti, come la risonanza al silicio.
Strumenti di pressione di capacità variabile utilizzare il cambiamento di capacità risulta dal movimento di un elemento a membrana per misurare la pressione. Il dispositivo utilizza un diaframma sottile come una piastra di un condensatore. La pressione applicata fa sì che il diaframma si devii e la capacità cambi. La deflessione del diaframma provoca un cambiamento di capacità che viene rilevato da un circuito a ponte.
Gli estensimetri (resistori variabili sensibili alla deformazione) sono legati a parti della struttura che si deformano al variare della pressione. Quattro estensimetri sono tipicamente utilizzati in serie in un circuito a ponte di Wheatstone, che viene utilizzato per effettuare la misurazione. Quando la tensione viene applicata a due angoli opposti del ponte, viene sviluppato un segnale di uscita elettrico proporzionale alla pressione applicata. Il segnale di uscita viene raccolto ai restanti due angoli del ponte.
I manometri sono solitamente costituiti da un tubo trasparente a forma di U e sono parzialmente riempiti con un liquido come acqua, mercurio o olio. La quantità relativa di spostamento del liquido tra le gambe della U indica l’eccesso di pressione esercitata su un lato o sull’altro. Un vantaggio dell’utilizzo manometro tipo vacuometri è che le letture di pressione sono indipendenti dal tipo di gas.
I vacuometri Bourdon sono costituiti da un tubo piegato ad arco circolare. L’interno del tubo è collegato al sistema di vuoto e l’estremità del tubo si piega al variare della pressione esterna. L’estremità del tubo è anche collegato ad un puntatore che si muove su un quadrante indicatore come la pressione cambia, simile ad una striscia bimetallica
Tubo di Bourdon. Credito di immagine: efunda.com
Vuoto medio-alto
I vuoti medio-alti devono essere misurati utilizzando dispositivi termici e molecolari.
I calibri della termocoppia misurano i cambiamenti nella conducibilità termica di un gas residuo all’interno di un tubo del calibro. Le letture della pressione per questo dispositivo dipendono dal tipo di gas. Gli indicatori di termocoppia includono un filamento, un alimentatore per il filamento e un misuratore a bobina mobile per la visualizzazione della pressione. La quantità di calore perso dipende dalla pressione del gas. Ci sono diversi disegni del calibro Pirani. Un design include l’utilizzo di due piastre con temperature diverse. La quantità di energia spesa per il riscaldamento è la misura della pressione del gas. Un altro design utilizza una singola piastra per misurare la conduttività termica del gas mediante perdita di calore nell’area circostante.
Calibro della termocoppia. Credito di immagine: Strumenti nazionali
Gli indicatori di ionizzazione a catodo caldo avviano un flusso costante di elettroni dal catodo o dalla sorgente di elettroni all’anodo o allo scarico di elettroni. Questi elettroni colpiscono una quantità dipendente dalla pressione di molecole di gas, che diventano ioni positivi e causano una corrente correlata alla pressione sul collettore di ioni.
Sono disponibili anche indicatori di ionizzazione a catodo freddo. Poiché non hanno componenti attivi come i filamenti caldi, i calibri a catodo freddo possono sopportare un’esposizione improvvisa o prolungata a gas ad alta pressione. I dispositivi a catodo freddo disegnano gli elettroni dalla superficie dell’elettrodo da un campo ad alto potenziale.
Per ulteriori informazioni, leggere la guida di Engineering 360 su Come selezionare i sensori di vuoto.
Tipo di display
I vacuometri hanno un display per consentire all’utente di monitorare la pressione del vuoto del sistema. I tipi di display includono:
- Analogico meters I contatori analogici sono semplici indicatori visivi che utilizzano un quadrante.
- Contatori digitali — I contatori digitali sono indicatori visivi con valvole numeriche.
- Tubo a raggi catodici (CRT) – I CRT si trovano comunemente nei monitor dei computer.
- Display a cristalli liquidi (LCD) LC gli LCD sono sorgenti luminose a semiconduttore che utilizzano elettroni che si ricombinano con fori di elettroni all’interno del dispositivo e rilasciano energia sotto forma di fotoni.
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Multi-line video display-Video display consentono all’utente di guardare e registrare dal vivo feed di variazioni di pressione nel sistema.
Tipo di scala
- I dispositivi a scala singola visualizzano la pressione in un solo set di unità.
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I dispositivi a doppia bilancia visualizzano la pressione in due gruppi di unità sullo stesso quadrante.
Specifiche di prestazione
Le specifiche per i misuratori di vuoto includono:
La gamma di vuoto è la portata delle pressioni dalla pressione di vuoto più bassa alla pressione di vuoto più alta.
Campi di pressione del vuoto. Credito di immagine: Oerlikon Leybold, Inc.
Temperatura di funzionamento è la gamma completa richiesta di temperature di funzionamento ambiente. Temperatura e pressione in un sistema sono direttamente correlate tra loro. Se la temperatura dell’ambiente operativo chiuso aumenta, la pressione nel sistema aumenterà. Al fine di prevenire danni alle apparecchiature, è importante conoscere le gamme di temperatura estreme dell’area.
La precisione è la differenza tra il valore vero e l’indicazione espressa in percentuale dello span. Include gli effetti combinati di metodo, osservatore, apparato e ambiente.
Media è il termine usato per descrivere il materiale che circonda l’area del vuoto. Alcuni vacuometri misurano le pressioni dei liquidi. Altri misurano le pressioni dei solidi. Sono disponibili anche dispositivi classificati per impieghi pericolosi o per materiali non elencati, specializzati o proprietari.
Vacuometro Standard
Tipicamente, vacuometri utilizzano gradi di precisione dalla American Society of Mechanical Engineers (ASME) e Deutsches Institut für Normung (DIN), un’organizzazione nazionale tedesca per la standardizzazione. Gli esempi includono i gradi A, B, C e D, nonché il grado 1A (fondo scala 1%), 2A (fondo scala 0,5%), 3A (fondo scala 0,25%) e 4A (fondo scala 0,1%).
Vacuometro e strumento Applicazione
I vuoti sono utilizzati in molte applicazioni industriali come automotive, nautica, ricerca e sviluppo e produzione. Possono essere utilizzati per mantenere i materiali in movimento attraverso il sistema o per mantenere l’area di lavoro pulita dagli inquinanti. Calibri e strumenti, come i sensori, sono un componente importante per garantire il corretto funzionamento e la sicurezza del sistema e delle apparecchiature.