Вакуумметры G1/2"
Вакуумметры с присоединительной резьбой G1/2″: полное техническое описание и руководство по применению
Вакуумметры с присоединительной резьбой G1/2″ представляют собой класс контрольно-измерительных приборов, предназначенных для точного измерения давления ниже атмосферного в различных технологических системах. Резьбовое соединение G1/2″ (по стандарту ISO 228/EN 10226, трубная цилиндрическая резьба, внешний диаметр ~20.955 мм) является одним из наиболее распространенных и универсальных интерфейсов для подключения в вакуумной технике, системах кондиционирования, холодильных установках и научных экспериментальных стендах. Данный типоразмер обеспечивает надежное соединение, достаточную пропускную способность для большинства задач и широкую совместимость с арматурой и адаптерами.
Классификация вакуумметров G1/2″ по принципу действия
Выбор конкретного типа вакуумметра определяется требуемым диапазоном измерений, точностью, условиями эксплуатации и необходимостью выдачи сигнала для систем автоматизации.
1. Механические (деформационные) вакуумметры
Принцип действия основан на измерении деформации чувствительного элемента под действием разности давлений.
- Манометрические трубчатые пружины (типа Бурдона): Используются в комбинированных мановакуумметрах для диапазонов от -1 до 0 бар (от -0.1 до 0 МПа). Неприхотливы, не требуют питания, но имеют ограниченную точность в нижней части вакуумного диапазона.
- Сильфонные и мембранные датчики: Обладают более высокой чувствительностью по сравнению с трубкой Бурдона. Могут использоваться в дифференциальном исполнении. Часто оснащаются тензометрическими или емкостными преобразователями для выдачи электрического сигнала.
- Диапазон измерений: Примерно от 10-3 до 1 Торр (от ~0.1 Па до 133 Па).
- Особенности: Показания зависят от состава газа (градуировка обычно по азоту или воздуху). Требуют источника питания. Являются наиболее распространенным типом для среднего вакуума.
- С горячим катодом (лампы типа ЛМ-2 и аналоги): Электроны, испускаемые накаленным катодом, ускоряются и ионизируют молекулы газа. Диапазон: от 10-7 до 10-3 Торр (~10-5 до 0.1 Па). Чувствительны к наличию активных газов, могут «отравляться».
- С холодным катодом (магнитронные, типа Пеннинга): Ионизация происходит в разряде, поддерживаемом в скрещенных электрическом и магнитном полях. Диапазон: от 10-9 до 10-2 Торр (~10-7 до 1 Па). Более долговечны, чем с горячим катодом, но могут иметь трудности с зажиганием разряда при очень низких давлениях.
- Материал корпуса присоединительного штуцера: Нержавеющая сталь (AISI 304, 316) – для агрессивных сред и высоких температур; латунь – для общих применений; пластик (PEEK, PVDF) – для особо чистых или коррозионных систем.
- Тип уплотнения: Конусное металл-по-металлу (без прокладки), резиновое (EPDM, Viton) или медное кольцевое уплотнение. Выбор зависит от требуемой степени герметичности, температуры и химической стойкости.
- Ориентация: Вакуумметры могут иметь осевое (торцевое) или радиальное (перпендикулярное оси) расположение шкалы или разъема, что важно для удобства монтажа и считывания показаний.
- Наличие течей: Место установки должно быть проверено на герметичность.
- Газовыделение: Материалы в зоне установки (прокладки, уплотнения) должны быть вакуум-совместимыми, с низкой газопроницаемостью.
- Нагрев: Установка вблизи источников тепла может привести к термодесорбции газов со стенок и локальному повышению давления, а также повлиять на электронику прибора.
- Вибрация: Может негативно сказаться на работе механических и высокочувствительных емкостных датчиков.
2. Термоэлектрические (термопарные и пирани) вакуумметры
Принцип основан на зависимости теплопроводности разреженного газа от давления. Чувствительный элемент (нить) нагревается постоянным током. Изменение давления газа приводит к изменению его температуры, которое измеряется термопарой (термопарный преобразователь) или изменению сопротивления нити (пирани-преобразователь).
3. Ионизационные вакуумметры
Принцип действия основан на измерении ионного тока, возникающего при ионизации молекул остаточного газа.
4. Емкостные мембранные датчики
Высокоточные приборы, в которых давление определяется по изменению емкости между натянутой металлизированной мембраной и неподвижным электродом. Измеряют абсолютное давление. Диапазон может охватывать от 10-4 до 1000 Торр и выше, в зависимости от модели. Обладают исключительной точностью и стабильностью, не зависят от состава газа. Часто используются как эталонные датчики.
Ключевые технические параметры и критерии выбора
При подборе вакуумметра с присоединением G1/2″ необходимо анализировать следующие характеристики:
| Тип ваткуумметра | Рабочий диапазон, Па (приблизительно) | Точность | Зависимость от состава газа | Выходной сигнал | Типовые области применения |
|---|---|---|---|---|---|
| Механический (Бурдон) | 105 – 104 | 1.5 – 2.5% от шкалы | Нет | Показание на шкале | Предварительная откачка, контроль вакуума в холодильных системах |
| Термопарный / Пирани | 103 – 10-1 | ~10-15% от показания | Сильная (требует поправки) | Аналоговый (0-10В, 4-20 мА) или цифровой | Средний вакуум в технологических процессах (сушка, пропитка), контроль работы форвакуумных насосов |
| Ионизационный с холодным катодом | 1 – 10-7 | ~20-30% от показания | Есть (разная ионизация) | Аналоговый или цифровой | Высокий и сверхвысокий вакуум (вакуумные печи, ускорители, установки напыления) |
| Емкостной | 105 – 10-4 (широкий) | 0.25 – 0.5% от показания | Нет (абсолютный) | Высокоточный аналоговый или цифровой | Критические процессы, научные исследования, калибровка других датчиков |
Конструктивные особенности присоединения G1/2″
Вопросы совместимости, монтажа и эксплуатации
Совместимость с системами и адаптерами
Резьба G1/2″ является трубной цилиндрической (не конической). Для обеспечения герметичности необходимо использование уплотнителя на резьбе (фум-лента, нить, паста) или, предпочтительнее, уплотнительного кольца на торце. При подключении к системам с конической резьбой (например, метрической конической К1/2″) необходимо использовать переходные адаптеры с соответствующими уплотнениями. Важно учитывать чистоту внутреннего канала адаптеров, чтобы не создавать дополнительных точек газовыделения или пережатия.
Влияние установки на точность измерений
Калибровка и поверка
Вакуумметры, особенно ионизационные и термоэлектрические, требуют периодической калибровки. Калибровка проводится на специальных стендах с эталонными датчиками (емкостными, молекулярно-динамическими) в контрольных точках по всему диапазону. Для механических мановакуумметров проводится поверка по образцовым грузопоршневым или жидкостным манометрам.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Вопрос 1: Чем отличается резьба G1/2″ от KF (ISO) или фланцев CF?
Ответ: G1/2″ – резьбовое соединение, наиболее подходящее для систем низкого и среднего вакуума (до 10-5 Па), где важна простота и надежность монтажа. KF (Quick Flange) – быстроразъемное зажимное соединение с уплотнением резиновым O-кольцом или металлической прокладкой, используется в диапазоне до 10-7 Па. CF (ConFlat) – фланцевое соединение с медной прокладкой, предназначенное для сверхвысокого вакуума (до 10-10 Па и ниже), где исключены любые органические уплотнения.
Вопрос 2: Можно ли использовать вакуумметр G1/2″ для измерения давления агрессивных газов?
Ответ: Да, но при выборе необходимо обращать внимание на материал, контактирующий со средой (wetted parts). Для агрессивных сред (кислород, галогены, коррозионные пары) следует выбирать модели с корпусом из нержавеющей стали марки AISI 316L и уплотнениями из химически стойких материалов (Viton, Kalrez, PTFE). Термопарные и ионизационные преобразователи могут быть несовместимы с некоторыми активными газами.
Вопрос 3: Почему показания термопарного вакуумметра могут «уплывать» со временем?
Ответ: Основные причины: 1) Загрязнение чувствительного элемента (нити) в процессе технологической операции, что меняет его теплоотдачу; 2) Изменение состава остаточного газа в системе; 3) Старение преобразователя или дрейф электроники. Требуется регулярная чистка и калибровка.
Вопрос 4: Что важнее при выборе для системы автоматизации: аналоговый выход 0-10В или 4-20 мА?
Ответ: Токовая петля 4-20 мА является более предпочтительной в промышленных условиях, так как менее чувствительна к наводкам и падению напряжения в длинных кабелях. Сигнал 0-10В проще для быстрой интеграции в лабораторные стенды. Многие современные приборы поддерживают оба типа выходов или цифровые интерфейсы (RS-485, Modbus, Ethernet).
Вопрос 5: Как правильно организовать ввод вакуумметра в систему, чтобы минимизировать ошибку?
Ответ: Следует соблюдать следующие правила: 1) Диаметр и длина подводящего патрубка должны быть максимально возможными (не меньше DN10) для увеличения проводимости; 2) Устанавливать датчик как можно ближе к точке контроля; 3) Избегать установки в «тупиковых» ответвлениях, где возможен застой газа; 4) Для измерений в высоковакуумной камере использовать выносной преобразователь, а электронный блок размещать вне зоны возможных помех.
Заключение
Вакуумметры с присоединительной резьбой G1/2″ образуют обширную группу приборов, покрывающую потребности в контроле давления от атмосферного до глубокого вакуума. Корректный выбор типа преобразователя (механический, термоэлектрический, ионизационный, емкостной) на основе анализа диапазона, требуемой точности, состава газа и условий эксплуатации является критически важным для обеспечения надежности технологического процесса или эксперимента. Правильный монтаж с использованием соответствующих уплотнений и адаптеров, а также соблюдение регламентов технического обслуживания и калибровки гарантируют долговечную и точную работу измерительной системы. Универсальность резьбы G1/2″ делает ее стандартом де-факто для широкого спектра применений в энергетике, машиностроении, научных исследованиях и промышленности.