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.

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).

• 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.

3. Ионизационные вакуумметры

Принцип действия основан на измерении ионного тока, возникающего при ионизации молекул остаточного газа.

• 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.

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:

Таблица 1: Сравнительные характеристики вакуумметров по принципу действия

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″

• 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.

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

• 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.

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.