managementul proceselor tehnologice în general.
Ce este presiune? Este măsurarea vid?
Presiunea este de obicei din cauza faptului că moleculele dintr-un gaz sau lichid afecta mediul? De obicei, este peretele vasului. Valoarea sa depinde de puterea de atacuri pe o anumită zonă; prin urmare, există astfel de unități: livră-forță pe inch pătrat.
Raportul dintre presiunea (p) și forța (F) și zona (A) definită prin formula:
Și această formulă funcționează la o dimensiune de vid (de exemplu spațiu exterior) și măsurarea excesului (sisteme hidraulice), cum ar fi .chto vid? Definiția sa nu este exactă, dar este luată de obicei înseamnă că presiunea subatmosferică. El nu are unități separate.
O altă definiție a diferenței dintre presiunea și vidul - este industria care utilizează și produc echipamente pentru măsurarea vid și presiune. În general, dacă forța pe pereții vasului care conține suficientă pentru a permite direct măsurarea acestuia, trebuie să se ocupe de măsurare a presiunii, dar dacă forța este prea mică și trebuie să fie derivate indirect, suntem în domeniul măsurării vid.
măsurare absolută și relativă vacuum
Presiunile măsurate pe o scală care utilizează valoarea zero, ca punct de referință, se face referire la presiuni absolute. Presiunea atmosferică pe suprafața pământului variază, dar este de aproximativ 10 5 Pa (1000 mbar). Aceasta este presiunea absolută, deoarece este exprimat în raport cu zero.
Senzorul destinat măsurării presiunii, exprimată în raport cu presiunea atmosferică, și arătând astfel un zero, atunci când portul de măsurare conține molecule la presiune atmosferica. Măsurătorile efectuate sunt cunoscute ca un astfel de senzor de măsurare a presiunii în modul relativ. Astfel, diferența dintre valoarea presiunii absolute și valoarea în exces este o valoare variabilă în afara:
exces absolut + = atmosferic.
Pentru a evita greșelile grave, este important să știm ce se utilizează un fel de modul de măsurare în vid: absolută sau relativă. Rețineți că linia de referință pentru modul de măsurare de calibrare nu este o linie dreaptă care ilustrează variabilitatea presiunii atmosferice.
Unități de măsură și presiunea de vacuum
Din păcate, în măsurarea vid și presiune, există multe unități care prezintă provocări semnificative pentru atât pentru începători cât și profesioniști cu experiență. Din fericire, viața devine mai ușoară ca unități învechite și prost definite dispar în favoarea unităților SI.
Multe dintre unitățile vechi au origini practice și istorice evidente; De exemplu, o unitate de inch de apă a fost utilizată ca a fost măsurat presiune coloană de apă, a cărei suprafață superioară este vizibilă în scară inch. Inițial, precizia de măsurare de vid necesar pentru astfel de sisteme este în concordanță cu metodele mai degrabă brute de măsurare în vid, și nimeni nu a fost îngrijorat dacă apa este caldă sau rece. Pe măsură ce nevoile de tehnologie a creat o nevoie de măsurători mai consistente. Modele matematice ale instrumentelor de măsurare au fost îmbunătățite în mod semnificativ. De exemplu, într-un singur măsurare schemă mercur barometru de vid convențional a fost făcut pentru dilatare diferențială între coloana de mercur, sticla din care se face coloana, alama, din care a produs la scară, iar rezervorul de oțel. Cu toate acestea, chiar și cu definițiile revizuite și matematică aferente, mai multe unități tradiționale nu pot fi utilizate în cadrul tehnologiei moderne.
Unitate de măsură SI
Unitate de măsură SI - este pascal, Pa denumirea prescurtată presiune dată de un newton pe metru pătrat (N / m2). Deși este ușor de vizualizat un singur metru pătrat, o newton este mai dificil, dar este aproximativ egală cu forța descendentă care acționează pe de o parte, atunci când deține un măr mic (în cazul în care titularul este în picioare pe suprafața pământului!) În ceea ce privește viața de zi cu zi, o pascal este o cantitate foarte mică , atmosferica aproximativ 100 000 Pa. La fundul vasului umplut cu apă, presiunea datorită adâncimii apei este de aproximativ 1000 Pa, mai mult decât pe suprafața apei. Pentru a evita utilizarea numerelor greoaie sunt atribuite 103 și 0,001grame prefixe ori, astfel încât, de exemplu, 100000 Pa (105 Pa) poate fi scrisă sub 100 psi sau 0,1 MPa.
Unități de măsurare de vid și de conversie
Relația dintre Pascal și alte câteva unități sunt prezentate în tabel, dar rețineți că nu toată lumea poate fi sau poate fi exprimat cu exactitate. cifre romane superscripționate din tabel sunt notele pe care le urmează.
Metode de măsurare vacuum
Instrumentele pentru măsurarea vidului folosind un număr de principii complet diferite. Unele dintre ele au un caracter fundamental, de exemplu, măsurarea coloanei de lichid a altitudinii densitate cunoscută. Un astfel de exemplu este un barometru cu mercur, în care presiunea atmosferică poate fi echilibrat coloană de mercur. Extinderea acestei idei pentru utilizarea la presiuni ridicate - utilizarea de greutăți de metal care acționează pe o suprafață cunoscută pentru a furniza putere, și nu greutatea lichidului.
În vid poate fi adesea determinată prin măsurarea deformarea mecanică a elementului senzor care suferă o deformare elastică atunci când presiunea diferențială se schimbă la suprafețele sale. Deformarea mecanică poate fi realizată și interpretate în mai multe moduri. Una dintre cele mai comune tipuri de mișcare membri mecanice este o diafragmă elastică. Un alt exemplu este un tub Bourdon, în care forțele interne de presiune pentru a îndrepta un tub îndoit.
O astfel de deformare mecanică poate fi detectată în mai multe moduri: printr-o serie de pârghii mecanice pentru a afișa direct tulpina de măsurare transductoarele de rezistenta, masurarea capacitatii, modificări de frecvență ale elementului rezonanței la întindere sau compresiune, etc ..
Când vacuumul adânc și astfel deformarea mecanică este prea scurtă pentru măsurarea vid, folosind mijloace indirecte, care măsoară proprietățile fizice, cum ar fi conductivitatea termică sau viscozitate ionizare, care depinde de densitatea numărul de molecule.
Una dintre cele mai vechi metode de măsurare în vid, și este încă una dintre cele mai exacte astăzi, este faptul că coloana de lichid este capabil să înlocuiască lichidul din tub.
Manometer prezentată în figură, este umplută în mod substanțial cu un tub în formă de U, cu lichid, în care separarea verticală a suprafețelor de lichid dă o măsură a diferenței de presiune. La nivelul punctului zero d; presiune L, este prevăzută deasupra fluidului, plus p2 de presiune în partea superioară a tubului. La echilibru încălzitorului este susținut p1 presiunea ascendentă. care este transmis prin lichid din celălalt membru.
p1 presiune pe suprafața de jos a lichidului este definit ca:
Acolo unde h - înălțimea verticală a coloanei de lichid deasupra punctului nivelul zero, P densitatea fluidului, g - valoarea locală a accelerației gravitației. Dacă tubul superior conectat cu atmosfera (presiunea atmosferică = p2), p1 este un manometru; Dacă tubul superior evacuat (T. E. P2 = zero), atunci p1 este presiunea absolută și dispozitivul devine un barometru.
Mercur, apă și ulei sunt utilizate în diverse modele ecartament, cu toate că în scopul barometric întotdeauna mercur; Densitatea ei este mai mare de 13 ori densitatea apei sau ulei, și, prin urmare, necesită un șir de caractere mult mai scurt. Aproximativ 0,75 m la măsurarea presiunii atmosferice. Densitatea de mercur, de asemenea, semnificativ mai stabil decât densitatea altor fluide.
Măsurarea prin deformarea în vid a elementului elastic.
Atunci când presiunea este aplicată elementului deformatoare, se va muta. Pentru a crea mișcarea senzorului de presiune trebuie să fie suficient de mic pentru a rămâne în limitele de elasticitate ale materialului, dar suficient de mare pentru a fi detectată cu o rezoluție suficientă. Prin urmare, componentele flexibile subțiri sunt folosite la o presiune mai mică, în timp ce la presiuni mai mari - mai rigide. Există mai multe metode utilizate pentru a determina gradul de deviere. Acestea variază de la amplificarea mecanică prin producerea unui pointer deviere vizibil la metodele de detecție electronică.
Următoarele instrumente nu includ toate tipurile, dar acestea sunt de obicei utilizate pe scară largă în industrie.
Membrană. atașat la o bază rigidă, va fi supusă unei forțe, în cazul în care între fiecare parte există o diferență de presiune. Diafragma mai ușor pentru a produce rotund, dar alte forme sunt posibile. Diferența va determina devierea diafragmei cu deviație maximă în centru, iar această deviere poate fi măsurată prin diverși senzori mecanice și electronice. Deoarece centrul deviat, suprafața diafragmei este de asemenea tensionat, și pot prezenta, pe de o parte, tensiuni de compresiune în jurul marginii exterioare și solicitarea la tracțiune în jurul porțiunii centrale a diafragmei. Această configurație a tensiunii poate fi detectată cu ajutorul mărcilor tensometrice și din aceste date se poate calcula vidul.
Capsule. Capsulele sunt realizate în mod substanțial dintr-o pereche de diafragme conectate la marginile lor exterioare. Una dintre ele este armătura centrală, prin care o presiune și deplasarea centrului diafragmei în raport cu altul este determinată de primul senzor de un anumit tip. În mod evident, efectul celor două diafragme care operează în serie, este de a dubla abaterea.
Bellows. Nu există nici o distincție clară între burduf și capsula, dar în mod tipic au secțiuni mai multe burdufuri suprapuse secvențial unul în celălalt, și de obicei, ondulațiile sunt mici în comparație cu diametrul. Burdufurile pot fi rulate din tub sunt formate prin turnare sau formate din elemente sudate.
Există diferite modele, dar forma tipică a unui tub închis cu o secțiune transversală ovală, curbată de-a lungul lungimii sale. Atunci când tubul este sub presiune, are tendința să se îndrepte, iar senzorul detectează această mișcare. Acestea pot fi proiectate să funcționeze într-o gamă largă, precum și moduri de ecartament, absolute și diferențiale. Disponibil simplu «C» - Tipuri de formă, elicoidale și în spirală. electronic de detectare a capătului mișcării utilizate în mod normal, cu dispozitive de cuarț în spirală.
măsurătorile de vid prin măsurarea conductivității termice
Puteți utiliza transferul de energie de la un fir fierbinte printr-un gaz de măsurare în vid. Căldura este transferată la gazul de coliziune cu firul molecular, adică conductivitate termică, iar rata de transfer de căldură depinde de conductivitatea termică. Astfel, acuratețea acestor dispozitive este foarte dependentă de compoziția gazului. În regiunea vacum unde există un flux molecular (numărul Knudsen mai mare de 3, unde numărul de Knudsen = media liberă calea / dimensiune caracteristică a sistemului), transferul de căldură este proporțională cu vid. În cazul în care numărul de molecule este crescut, gazul devine mai dens, iar moleculele încep să se ciocnesc unele cu altele mai des. În acest așa-numita regiune flux de tranziție (sau flux de alunecare, 0,01 <число Кнудсена <3) простая пропорция теплоотдачи к давлению не действительна. При еще более высоких давлениях (число Кнудсена <0,01) теплопроводность практически не зависит от него. Здесь конвекционное охлаждение горячих поверхностей обычно является основным источником теплообмена.
Pierderile de căldură din sârmă (de obicei între 5 și 20 microni) poate fi determinată indirect prin intermediul unui circuit punte Wheatstone care încălzește firul și se măsoară rezistența și, prin urmare, temperatura. Există două tipuri principale de elemente de încălzire. Configurarea tradițională și mult mai frecvente este compus din fire metalice subțiri, suspendate în cap de măsurare. O altă configurație - structura microuzinat, în mod tipic realizate din siliciu acoperite cu un strat metalic subțire, cum ar fi platina. Într-o configurație tipică, sârmă subțire de metal este suspendat cel puțin pe de o parte, izolată electric în capul de măsurare și se află în contact cu gazul. Tungsten, nichel, iridiu sau platină poate fi utilizat pentru sârmă. Firul este încălzit electric, iar transferul de căldură este măsurat electronic. Există trei metode generale de funcționare: metoda de temperatură constantă, puntea cu o tensiune constantă și punte de curent constant. Toate aceste metode măsoară indirect temperatura conductorului pentru rezistența sa. Dezavantajul principal al folosirii senzorului Pirani este dependența lor puternică asupra compoziției gazului și precizia lor limitată. Reproductibilitatea calibre Pirani sunt de obicei destul de bun, atâta timp până când o poluare severă. Pirani gama senzori de vid de măsurare este de aproximativ 10-2 Pa la 105 Pa, dar cea mai bună performanță se obține de obicei între aproximativ 0,1 Pa și 1000 Pa.
Senzori de măsurare vacuum ionizarea
Atunci când vidul din sistem este sub aproximativ 0,1 Pa (10 -3 mbar), metode directe de măsurare folosind vid mijloace, cum ar fi o diafragmă sau măsurare deviere proprietăți de gaz, cum ar fi conductivitatea termică nu mai poate fi ușor aplicabilă. Prin urmare, este necesar să se recurgă la tehnici care sunt în principal prezente conta numărul de molecule de gaz, adică. E. Măsoară densitatea mai degrabă decât în vid. Din teoria cinetică a gazelor pentru o anumită temperatură T a gazului cu o presiune P cunoscută este direct legată de densitatea număr n prin ecuația (în limita unui gaz ideal):
În cazul în care o - constantă. Una dintre cele mai convenabile metode de măsurare a densității este utilizarea unor metode de ionizare a moleculelor de gaz și colectarea ulterioară a ionilor. In cele mai practice senzori de vid electroni de energie moderată (50 eV până la 150 eV) este utilizat pentru ionizare. Rezultată Curentul ionic este conectat direct cu vidul și astfel calibrarea poate fi efectuată. Ultima afirmație este adevărată numai în ceea ce privește intervalul de presiune finală, care va defini intervalul de lucru al instrumentului. Limita superioară a presiunii este atinsă atunci când densitatea gazului este suficient de mare încât atunci când crearea de ioni are o probabilitate semnificativă de a interacționa cu moleculele gazului neutru și electronii liberi gazul, astfel încât ionul în sine este neutralizată și nu se poate ajunge la colector, pentru scopuri practice, în sistemele tipice de laborator sau instalații industriale poate fi luată ca 0,1 Pa (10 -3 mbar).
Limita inferioară a gabaritului vid este atins atunci când scurgere curent electric în cap de măsurare sau electronică de măsurare va fi comparabilă cu curentul măsurat ionic sau când un efect fizic diferit (de exemplu, impactul razelor străine) va determina apariția acestei valori curente. Pentru cei mai mulți senzori descriși în Ghidul, aceste limite sunt mai mici de 10 -6 Pa (10 -8 mbar).
Ecuația de bază pentru calibrarea gabaritul de ionizare este:
Ic - ion K curent - constant, care cuprinde probabilitatea de ionizare a moleculelor de gaz prin orice mijloace sau probabilitatea de colectare a rezultat ion n - densitatea moleculelor de gaz Ie - curent de electroni de ionizare.
Probabilitatea de ionizare a moleculei de gaz va depinde de mai mulți factori, și, prin urmare, sensibilitatea senzorului de ionizare va avea valori diferite pentru diferite tipuri de gaz. Majoritatea senzorilor practice vid folosesc ionizare electronică a moleculelor de gaz de impact, iar acest lucru se poate realiza prin simpla electroni „fierbere“ din sârmă incandescent filament și atragerea acestora la orice antet e-mail. Apoi, ionii sunt atrase de colector. Din păcate, probabilitatea de molecule de gaz de ionizare de electroni este atât de mică într-un singur dimensiuni standard de calibrare trecere, este necesară creșterea lungimii căii a electronilor și prin aceasta crește probabilitatea ca un singur electron ion creează.
Două metode sunt utilizate în mod obișnuit. Senzorul de calibrare catod cald electroni de ionizare produse în filament cald, sunt atrase de grila, realizat dintr-un fir foarte subțire și cu un potențial electric pozitiv. Având în vedere că grila este deschisă, există o probabilitate foarte mare ca un electron va trece prin plasă și nu a lovit sârmă. În cazul în care grila este înconjurată de un ecran cu un potențial electric negativ, electronul va fi reflectată de acest ecran va fi atras din nou la rețea. Acest proces poate avea loc de mai multe ori înainte de electroni, în cele din urmă în plasă. Ca rezultat traiectorie foarte lungă de electroni poate fi realizat într-un volum mic. In contrast, ionii sunt atrase direct la colector.
Ionizarea lămpii cu catod rece dispensează un filament fierbinte și utilizează o combinație de câmpuri electrice și magnetice. Orice electron se va roti în jurul liniilor de câmp magnetic înainte ca el în cele din urmă va fi asamblat pe un anod încărcat pozitiv. De fapt, lungimea căii va fi atât de mare, iar probabilitatea de ionizare este atât de mare, încât după ce începe să fie stabilită autoîntreținută evacuarea gazului, cu condiția ca ionii vor fi deplasate rapid din regiunea colectorului de descărcare de ioni.
Dispozitiv de selecție pentru măsurarea vacuum
Înainte de a selecta un dispozitiv de măsurare de vid și de a identifica vânzătorul drept, este important să se stabilească criteriile de selecție. Acestea vor include o serie de factori, iar această secțiune este proiectat pentru a permite unui utilizator potențial de a face o alegere.
Adâncimea măsurătorilor de vid