Как работает вакуумметр — принцип работы и область применения

Амперметр — прибор, предназначенный для измерения силы тока в электрической цепи. Подключение измерительного устройства в схему проводится последовательно с участком, который необходимо замерить. Чем ниже внутреннее сопротивление прибора, тем меньше погрешность измерения. Амперметр нельзя подключать как вольтметр, то есть непосредственно к источнику питания, так как произойдет короткое замыкание.

Принцип работы пьезометрической трубки

примерная схема установки пьезометра

Принцип работы пьезометрической трубки

Приспособление оснащено наконечником с фильтром из алундума, карборунда или других синтетических материалов. Снаружи его оборачивают геотекстильным волокном. Наконечник соединен с трубкой, которую выводят наружу. Фильтр с трубкой опускают в скважину ниже динамического уровня воды, но не выше 15 м от статичного водного зеркала и не более чем в 1 м от верхней части погружного насоса. Скважинная вода попадает в трубку через перфорированные отверстия внизу. Чтобы уровнемер не опускался ниже края трубки и не цеплялся при изъятии, на ее конец устанавливают заглушку.

Устройство и принцип действия

Термопара конструктивно состоит из двух проволок, каждая из которых изготовлена из разных сплавов. Концы этих проводников образуют контакт (горячий спай) выполненный путём скручивания, с помощью узкого сварочного шва либо сваркой встык. Свободные концы термопары замыкаются с помощью компенсационных проводов на контакты измерительного прибора или соединяются с автоматическим устройством управления. В точках соединения образуется другой, так называемый, холодный спай. Схематически устройство изображено на рисунке 1.

Рис. 1. Схема строения термопары

Устройство и принцип действия

Красным цветом выделено зону горячего спая, синим – холодный спай.

Электроды состоят из разных металлов (металл А и металл В), которые на схеме окрашены в разные цвета. С целью защиты термоэлектродов от агрессивной горячей среды их помещают в герметичную капсулу, заполненную инертным газом или жидкостью. Иногда на электроды надевают керамические бусы, как показано на рис. 2).

Рис. 2. Термопара с керамическими бусами

Устройство и принцип действия

Принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте. При замыкании цепи, например милливольтметром (см. рис. 3) в точках спаек возникает термо-ЭДС. Но если контакты электродов находятся при одинаковой температуре, то эти ЭДС компенсируют друг друга и ток не возникает. Однако, стоит нагреть место горячей спайки горелкой, то согласно эффекту Зеебека возникнет разница потенциалов, поддерживающая существование электрического тока в цепи.

Рис. 3. Измерение напряжения на проводах ТП

Примечательно, что напряжение на холодных концах электродов пропорционально зависит от температуры в области горячей спайки. Другими словами, в определённом диапазоне температур мы наблюдаем линейную термоэлектрическую характеристику, отображающую зависимость напряжения от величины разности температур между точками горячей и холодной спайки. Строго говоря, о линейности показателей можно говорить лишь в том случае, когда температура в области холодной спайки постоянна. Это следует учитывать при выполнении градуировок термопар. Если на холодных концах электродов температура будет изменяться, то погрешность измерения может оказаться довольно значительной.

Устройство и принцип действия

В тех случаях, когда необходимо добиться высокой точности показателей, холодные спайки измерительных преобразователей помещают даже в специальные камеры, в которых температурная среда поддерживается на одном уровне специальными электронными устройствами, использующими данные термометра сопротивления (схема показана на рис. 4). При таком подходе можно добиться точности измерений с погрешностью до ± 0,01 °С. Правда, такая высокая точность нужна лишь в немногих технологических процессах. В ряде случаев требования не  такие жёсткие и погрешность может быть на порядок ниже.

Рис. 4. Решение вопроса точности показаний термопар

На погрешность влияют не только перепады температуры в среде, окружающей холодную спайку. Точность показаний зависит от типа конструкции, схемы подключения проводников, и некоторых других параметров.

Устройство и принцип действия

Принцип действия измерителя объема

  • Принцип действия измерителя объема:

    • подача топлива осуществляется из насосного моноблока, через отверстие в поворотном клапане в цилиндр и давит на поршень;
    • поршень выдавливается под давлением, таким образом топливо из цилиндра поступает через клапан измерителя на выход;
    • поступательное перемешение поршней переводится во вращение вала;
    • так как вал вращается – размещенный на нем поворотный клапан поворачивается поочередно своим вырезом напротив каждого из цилиндров, направляя туда поток топлива;
    • вал соединен с датчиком импульсов, он приходит во вращение, а его сигналы преобразуются в отсчетном устройстве в количество пролитого топлива.

Использование, преимущества и недостатки электроконтактных манометров

Бытовое применение электроконтактных манометров ограничено системами водоснабжения: изделия обеспечивают стабилизацию давления в индивидуальных контурах. Иногда такие приспособления применяются и в компрессорах, оснащенных ресиверами со сжатым воздухом. При падении давления ниже установленного уровня ЭКМ подает команду на включение насоса на подкачку. К плюсам манометров, оснащенных электроконтактным механизмом, специалисты относят следующие качества:

  • Удобную компоновку, объединяющую электроконтактный манометр и коммутационный блок в едином корпусе.
  • Возможность настройки чувствительности по давлению.
  • Наглядную визуализацию настроек.

Среди недостатков обычно упоминают низкие токи коммутации (из-за этого возникает необходимость подключать мощные насосы и клапаны через дополнительные реле). Впрочем, несмотря на эти минусы, простота и точность работы манометров обуславливает стабильную востребованность таких изделий.

Принцип работы

Первый прибор в начале XIX века изобрел Швейгер, но он тогда назывался гальванометром. Рисунок простейшего амперметра выглядит так. На оси кронштейна расположен якорь из стали со стрелкой. Эта конструкция расположена параллельно постоянному магниту, который воздействует на якорь и придает ему магнитные свойства.

Вдоль магнита и стрелки проходят силовые линии, что соответствует нулевому положению на шкале. Как только начнет проходить электрический ток по шине, то произойдет образование магнитного потока. Его силовые линии будут расположены перпендикулярно линиям постоянного магнита.

Под таким воздействием якорь будет стараться повернуться на 90°, а магнитный поток воспрепятствует его возвращению в исходное положение. От величины и направления тока, который проходит по шине, зависит взаимодействие магнитных потоков. Соответственно этой величине стрелка отклонится от нуля по шкале.

Принцип действия

Под давлением понимают воздействие газовых частиц на конкретную площадь. В тех или иных отраслях промышленности, а также научных исследованиях произвести измерения прямым методом невозможно из-за очень малых величин давления.

Существуют так называемые высокий и сверхвысокий вакуум, где частицы газа имеют большой свободный пробег. В этом случае, давление определяется при помощи ионизации, когда заряженные частички электрическим полем направляются на электроды. Тот или иной показатель величины тока является количественной характеристикой давления.

Существуют приборы для измерения относительного и абсолютного давления. По принципу действия они также подразделяются на тепловые, пьезорезистивные и ионизационные.

Тепловые вакуумметры являются самыми распространенными. С их помощью производятся измерения в низком и среднем вакууме. Приборы имеют приемлемую точность и отличаются невысокой стоимостью. Принцип действия теплового вакуумметра заключается в измерении разности первоначальной и конечной теплопроводности газа.

Пьезорезистивные вакуумные измерители имеют более высокую (в сравнении с тепловыми) точность. Такие вакуумметры позволяют производить замеры в диапазоне от 1 атмосферы до 1 мм ртутного столба. В более точных моделях – до 0,1 мм. рт. ст.

Ионизационные вакуумметры предназначены для измерения давления в высоком вакууме. Для этого атомы сильно разреженного газа предварительно ионизируются, для чего используются мощные электромагнитные или электрические поля. После этого измеряется ток. Для ионизации иногда используются СВЧ-излучение и радиоактивные вещества.

Самыми распространенными видами вакуумметров, представленных на рынке, являются магниторазрядный и высоковакуумный. Первый работает по принципу ионизации атомов ускоренными электронами, движущимися по спирали, что существенно увеличивает их жизненный цикл, соответственно – ионизационную способность. Вакуумметры с холодным катодом отличаются высокой надежностью и способны выдавать точные результаты на протяжении многих лет.

Высоковакуумные датчики с нитью накала для образования потока электронов используют принцип термоэлектронной эмиссии. Электроны ионизируют атомы, которые в свою очередь приводят к появлению электрического тока. Его значение прямо пропорционально величине давления газа. Величина тока регистрируется, после чего происходит пересчет в давление.

Области применения

Существует большое количество различных применений, использующих специальные типы мембран. Например, мембрана общепромышленного сенсора может быть утоплена в корпус, внешне такой сенсор может иметь резьбу и канал, ведущий к ней. Иногда в него могут устанавливать демпфер для дополнительной амортизации (характерно для измерения давления сжатого воздуха).

Датчик давления общепромышленный

Области применения

Для пищевой и фармацевтической промышленности не годятся такие конструкции, т.к. они легко и быстро забиваются, нарушая работу прибора. В таких случаях используют промышленные датчики давления с плоской мембраной, как правило из более плотного материала, чем обычно (хотя конструкция остаётся крайне чувствительной, так что не стоит трогать мембрану руками).

В качестве материала для мембран, как и для корпуса, обычно используется нержавеющая сталь. Могут быть использованы и другие материалы, например, керамика – более дешёвый материал, но не обеспечивающий исключительной точности.

Датчик давления с плоской мембраной

Наиболее распространённая точность датчиков давления – 0.5% и %. К высокоточным изделиям можно относить приборы с точностью 0.1% и %, иногда могут встретиться %. Как правило, любая точность в технических характеристиках прибора даётся при температуре + 25 C. То есть любой преобразователь имеет определённую температурную зависимость.

Области применения

Для изделий проводится температурная компенсация, проходящая в диапазоне температур от +5 до +80 C. Благодаря такой настройке температурный сдвиг измерений будет не так сильно сказываться. Для некоторых применений характерна компенсация вплоть до 125 C, чтобы повысить эффективность измерений при высоких температурах.

Читайте также:  Гноится глаз у ребенка — причины и лечение

Высокотемпературный датчик давления

Промышленные датчики давления имеют ещё один очень важный показатель – долговременная стабильность датчика. Данный показатель измеряется в % от ВПИ (верхнего предела измерений) и характеризует отклонение точности измерений от нулевой точки в процессе эксплуатации изделия. Это естественный процесс, избежать его невозможно, а порождаемые им проблемы решаются посредством периодической калибровки изделия.

Промышленные датчики давления также можно разделить по диапазону измерений, то есть ВПИ.

Области применения

Верхний предел измерений – предельное давление для мембраны преобразователя, исчисляемое в барах.

Конечно, есть и нижний предел измерений, характеризующий минимальное давление для отклика. Как правило он находится в пределах от -1 (вакуум) до 1 бара, но для некоторых редких применений могут производиться изделия с иным НПИ, например, в 10 бар. Такое может понадобится, если на предприятии необходимо измерять очень узкий диапазон давлений.

НПИ -1 бар характерен для вакууметрических сенсоров, служащих для измерения разрежения.

Датчик высокого давления ТД-10133

Области применения

Диапазоны делятся по типовым решениям и представляют собой заранее устоявшиеся шаблоны. Например, после 10 кПа может идти 30 кПа, и найти 20, даже если они необходимы, будет непростой задачей.

Стандартной линейкой ВПИ у большинства производителей являются 6, 10, 16, 25 и 100 бар.

Справка. Не все предприятия используют именно бары или атмосферы. На некоторых производствах используют кПа (килопаскали). Это может быть важной деталью, так как конкретный ПЛК может использовать определённые единицы измерений и при их несоответствии может понадобится корректировка.

Виды газоанализаторов

Разновидность газоанализаторов по физическим признакам работы. На сегодняшний день, существует более 10 разновидностей газоанализаторов, которые делятся по физическим признакам осуществления анализа газовой среды.

Виды газоанализаторов

Но, так таковой, универсальной конструкции не существует, по которой осуществляется замер состава примесей. Для одних подходит определенный физический принцип, а для других он будет неприемлем.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Коррозия оборудования

Виды газоанализаторов

Термокондуктометрический

Может реагировать на теплопроводность смесей. Он производит анализ, на сколько эффективно передаётся температура в газовой среде. Этот прибор подойдёт лишь в том случае, если теплопроводность у примесей и газов значительно отличается между собой.

Виды газоанализаторов

Пневматический

Предназначен для определения вязкости смеси, которая присуще данному помещению. Они используются тоже на взрывоопасных объектах, так как не имеют электрического компонента. Нет искры, следовательно, не будет газ воспламеняться.

Виды газоанализаторов

Магнитный

Он подходит для анализа кислорода. Эти приборы используются в тех механизмах, где газовая смесь подлежит сжиганию. Пример индикатора: лямбдазонт. Он находится в выхлопной системе автомобилей, который сейчас актуальны на современном авторынке. Предназначен для определения концентрации кислорода в соотношении выхода выхлопных газов. Служит также для определения на сколько хорошо прогрелось автомобильное топливо. Инфракрасный

Виды газоанализаторов

Нужны для того чтобы облучать инфракрасными лучами газовую среду. У них есть встроенный взрывозащищенный корпус, так как используется там, где есть взрывоопасные вещества. Его используют для лабораторий и промышленности.

Ионизационный

Виды газоанализаторов

Проверяет на наличие электропроводимости. Если есть в составе примеси, то электропроводимость отличается. Это фиксируется и отражается в процентах на табло. Он предназначен для газов, которые не воспламеняются.

Ультрафиолетовые

Виды газоанализаторов

У них такой же принцип, как и у инфракрасных. Но есть отличие в том, что облучают ультрафиолетовыми лучами. Эти приборы могут анализировать интенсивность поглощение среды, с помощью лучей, которые на них направлены.

Люминесцентный

Виды газоанализаторов

Необходим для того, чтобы определить какие у газов есть люминесцирующие свойства. Они зависят от концентрации этих примесей. Это редкий вид устройств, потому что это наиболее сложный вид. В практике, как правило, используют более простые технологии. Есть и другое оборудование, которые обладает другими физическими принципами. Оно наиболее затратное и требует сложное обслуживание. Оборудование, основанное на химических принципах заправляют определенными химическими реагентами. Они применяются, если есть наличие специфических газов, для которых другие способы не подходят.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Классификация нефти

Виды газоанализаторов

Электроизмерительные приборы

Перечислять электроизмерительные приборы можно довольно долго, однако им дается и одно обобщающее определение. Это класс устройств, которые, так или иначе, измеряют различные электрические величины.

Стоит заметить, что в эту группу входят не только те инструменты, которые направлены непосредственно на измерение величин, но и такие, которые могут выполнять и дополнительные функции, наряду с измерением.

А также те, чьей основной задачей не является само измерение, но она выполняется в комплексе со всей работой прибора.

Рассматриваемые приборы имеют широчайший спектр применения. Сюда входит и медицина, и научные исследования, и промышленность, и транспорт, и энергетика, и связь, и многие другие сферы.

Читайте также:  Глазные капли при ожогах и травмах глаз

Используем мы и представителей электроизмерителей в быту, чтобы вести учет потребляемой нами электроэнергии.

А с тех пор, как изобрели специальные датчики, которые преображают любой вид энергии в электрическую, применение таких приборов возросло до вселенских масштабов.

Классификация приборов

Классификация электрических приборов достаточно объемна, но можно выделить некоторые устройства:

  • амперметры;
  • омметры;
  • вольтметры;
  • мультиметры (это комбинированные приборы, могут содержать в себе несколько преображений энергии);
  • ваттметры;
  • частотометры;
  • счетчики.

Эти приборы разделяются по виду показываемой или воспроизводимой величины. И такая классификация наиболее существенна. Однако разделяют устройства и с помощью других признаков:

  • по способу информирования человека, который с ними работает;
  • по способу приборного применения;
  • по способу измерения, например, один инструмент только показывает ту или иную величину, а второй – сравнивает ее с другой;
  • по действию, или его принципу;
  • по конструкции, могут быть изготовлены в качестве щитов, а могут быть стационарными и переносными.

Однако наиболее понятно будет рассмотреть какой-либо определенный прибор конкретно.

Малогабаритные трансформаторы

На примере нагрузочных трансформаторов Н-12 можно рассмотреть электроприборы. Нагрузочные трансформаторы Н-12 имеют свои особенности.

Нагрузочные трансформаторы Н-12 нашли свое назначение в испытаниях распределителей тока на автоматических выключателях, а также на релейных защитах.

При этом сила первичного тока не должна превышать 12 кА, в то время, когда их проверяют или налаживают. Это устройство имеет самую оптимальную конструкцию.

В ней удалось совместить минимизацию сетевой нагрузки и удобство, которое заключается в легкости и компактности.

Нагрузочные трансформаторы Н-12 могут работать, как в комплектации с другими устройствами, но только из серии «Сатурн», так и в режиме автономности.

При работе в комплекте, рассматриваемое устройство обеспечивает заданную длительность работы и регулировку тока самого трансформатора. В качестве еще одного плюса можно отметить работоспособность прибора с последовательным и параллельным напряжением. Когда нагрузочный трансформатор Н-12 работает в комплекте, он обеспечивает:

  • даже при больших токах малую сетевую нагрузку;
  • безопасность для рабочего, которая получается вследствие разделения цепей – первичной и вторичной;
  • исключение износа или же подгорания всех контактов, с которыми соприкасается или работает;
  • широчайший диапазон силы тока, она может доходить до нескольких тысяч;
  • маленькие габариты и удобства в транспортировки к нужному месту.

В комплекте с устройством идут токопровода длиною в 0,7 миллиметров и сечением в 240 квадратных миллиметров.

Проверка автоматических выключателей и устройства для этого

Устройства для проверки автоматических выключателей предназначаются для контроля работоспособности выключателей автоматического режима, в профилактических целях.

Такую проверку надо проводить своевременно и периодически, в противном случае, ее отсутствие может повлечь за собой неприятные и негативные последствия.

Такие устройства работают только с цепями переменного тока.

Особенностью устройств для проверки автоматических выключателей является то, что прогрузка этих выключателей происходит на переменном токе с синусоидальным характером. Этот факт гарантирует пользователям достоверность контроля.

Рассматриваемая аппаратура работает в двух режимах: длительный и кратковременный. В обоих этих режимах, заданное токовое значение устанавливается вручную.

Работник устройства последовательно увеличивает ток от его начального показателя до того, который необходим или задан.

Среди плюсов устройства для проверки автоматических выключателей можно выделить то, что доступна погрузка каждого полюса в отдельности при работе с любым автоматическим выключателем.

Особенности механического тонометра

Такие приборы значительно отличаются от своих электронных аналогов. Они прекрасно справляются со своим заданием и показывают очень точные результаты измерения (погрешность может составлять всего ±3 мм рт. ст.). Именно по этой причине механические тонометры чаще других используют медики.

Эти аппараты неприхотливы, они подходят всем людям. Давление воздуха в них уравновешивается при помощи герметического устройства с гибкой мембраной. Зависимо от того, как изгибается мембрана, стрелочка на манометре движется по циферблату.

Данные устройства безопасны, они не содержат ртути и, в случае механического повреждения, не навредят человеку. Их вес небольшой, всего около 300 грамм, качественные приборы не чувствительны к тряске и незначительным ударам.

Единственной «слабой» частью является мембрана. Элемент, изготовленный из гибкого материала, очень восприимчив к температурным изменениям. С течением времени чувствительность этой части падает. В случае приобретения механического тонометра с металлической мембраной, следует знать, что со временем ее эластичность понижается, а в случае большой влажности она поддается коррозии.

Помимо этого, механические приборы «не любят» пыли и грязи. Для того чтобы они всегда точно показывали параметры, следует время от времени проводить калибровку и чистку.