За что отвечает вакуумный датчик
Вакуумные датчики и вакуумметры – принципы действия, применение, виды, производители
Вакуумные датчики (также их называют вакуумметрами или вакуумными манометрами) применяются для измерения вакуума и газов в оборудовании соответствующего типа. Впервые изделия этого типа появились, когда было отрыто, что возможно создавать среду, в которой отсутствует кислород. Исходя из этого, появилась необходимость в определении уровня вакуума. Первым изобретателем вакуумметра считается Леонардо Да Винчи, который является создателем пьезометрической трубки. Он использовал ее для измерения показателей давления в водопроводе.
Позже эту идею взяли на вооружение ученые, которые в 1643 году создали вакуумный датчик, который мало в чем изменился за все эти годы.
Датчик вакуума и вакуумметры – устройство
Устройство вакуумного датчика представляет собой две основные части. Первая отвечает за преобразование информации о давлении в сигнал. Это чувствительный измерительный блок или датчик. Вторая часть является преобразователем давления, который оценивает полученный сигнал и пересчитывает данные в более понятные единицы измерения.
Датчик вакуума и вакуумметры – устройство
Информация начинает передаваться на датчик сразу после его установки. Обе части изделия установлены в одном корпусе. Также такие модели называют моноблочными. Изделия могут выводить информацию на жидкокристаллический или работать по более старой схеме, когда уровень давления определяется исходя расположения стрелки.
Вакуумный датчик давления – принцип действия
Принцип действия у разных датчиков примерно одинаковый. Но есть некоторые отличия в зависимости от конкретной модели. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся виды вакуумных датчиков, которые используются в промышленности:
Вакуумный датчик Пирани
За что отвечает вакуумный датчик и вакуумметр в вакуумной системе
Если говорить о том, за что отвечает вакуумный датчик, то очевидно, что он широко применяется при использовании вакуумного оборудования. Устройство позволяет контролировать и корректировать давление. Это необходимо для полноценной работы систем и более высокого качества производимых работ.
Вакуумметр в вакуумной системе
Выбор прибора зависит от типа оборудования и вида используемого вакуума. Вакуумметры бывают жидкостными, механическими, тепловыми. У каждого из них есть определенные ограничения.
Обслуживание и проверка вакуумного датчика
Как правило, при выходе датчика из строя он не подлежит ремонту, а полностью заменяется. Однако без периодических проверок измерения невозможно точно сказать, когда именно эти компактные изделия выйдут из строя. В современных вакуумметрах есть встроенные системы диагностики, которые выдают ошибку на экране в случае неисправности оборудования. Стрелочные изделия такой способностью не обладают, поэтому они требуют повышенного внимания.
Обслуживание и проверка вакуумного датчика
Производители вакуумметров
При выборе датчика давления в вакуумной системе стоит отдавать предпочтение нескольким производителям:
За что отвечает вакуумный датчик
Назначение и принцип работы датчика абсолютного давления
Датчик давления предназначен для измерения абсолютного давления, то есть давления воздуха относительно вакуума. Полученные данные используются системой управления двигателем для вычисления плотности воздуха и его расхода при оптимизации приготовления воздушно-топливной смеси. Прибор выступает альтернативой расходомера воздуха, а в некоторых моделях авто работает совместно с расходомером.
В современных датчиках применяют две технологии измерения: микромеханическую и тонкопленочную. Первая – более прогрессивная, так как производит более точные измерения, и большинство датчиков изготовлены именно по ней. При наличии в двигателе турбонаддува, между компрессором и коллектором ставят дополнительный датчик, регулирующий давление наддува в зависимости от потребности двигателя, который конструктивно идентичен ДАД.
В конструкции датчика давления воздуха присутствует 2 камеры – атмосферная, связанная со впускным коллектором, и вакуумная. Там же расположены 4 тензорезистора, прикрепленных к диафрагме, и электронный чип. Давление воздуха действует на диафрагму, и она перемещает тензорезисторы, которые в зависимости от положения меняют сопротивление, что в итоге влияет на величину импульса от чипа к блоку управления.
Чувствительные полупроводники для повышения импульса соединены по схеме моста, а исходящее напряжение изменяется от 1 до 5 В. Полученное напряжение позволяет ЭБУ определить давление во впускном коллекторе – чем оно больше, тем показатель считается выше. Исходя из типа датчика, он выдает различный тип сигнала – цифровой или аналоговый. В аналоговом приборе дополнительно устанавливают аналогово-цифровой преобразователь.
Датчик получает результаты о давлении воздуха следующим образом:
Воздушный поток в коллекторе давит на диафрагму прибора, и она изгибается.
При механическом растяжении диафрагмы на тензорезисторах меняется сопротивление, то есть наблюдается пьезорезистивный эффект.
Пропорционально сопротивлению тензорезисторов, меняется напряжение.
Полупроводники в датчике соединены по мостовой схеме и очень чувствительны. Электрическая схема, расположенная в приборе, мостовое напряжение усиливает, в итоге на выходе оно изменяется в пределах 1-5 В.
Исходя из того, какое выходное напряжение поступает в блок управления, рассчитывается уровень давления на впускном клапане. Более высокое напряжение соответствует более высокому давлению.
Признаки неисправности датчика абсолютного давления
О возникшей неисправности ДАД свидетельствуют следующие признаки:
Увеличение расхода топлива. Прибор подает в блок управления данные о высоком давлении воздуха, которое фактически гораздо ниже. По этой причине БУ подает в цилиндры богатую смесь.
Падает динамика двигателя, не улучшающаяся при прогреве.
При работе мотора из выхлопной трубы ощущается запах топлива.
Работающий двигатель даже в теплое время года выдает белый выхлоп.
Двигатель в холостом режиме работы долго не сбрасывает обороты.
При переключении передач заметны рывки машины.
Нестабильная работа двигателя во всех режимах работы, наличие посторонних шумов, зачастую переходящих в гул.
Возможные причины неисправности
Датчик абсолютного давления – достаточно надежное устройство, но иногда он выходит из строя, вызывая переключение работы двигателя в аварийный режим, и даже препятствуя запуску мотора. Причин неполадок в работе ДАД существует несколько:
Плохое соединение датчика и входного штуцера.
Закоксованный трубопровод, который имеет достаточно гибкую конструкцию.
Поломка датчика температуры воздуха, который связан с ДАД, а иногда объединен с ним в одном корпусе.
Разгерметизация вакуумного шланга по причине повреждения или отключения от датчика.
Обрыв контакта «масса».
Неисправность внутри датчика.
Проверка датчика абсолютного давления
В различных моделях авто конструкция датчика может отличаться, и, следовательно, алгоритм проверки тоже. Следующая обобщенная инструкция позволит исследовать большинство типов приборов. Для этого понадобятся:
Простой вакуумный манометр.
Тестер или вольтметр.
Вакуумный насос.
Тахометр.
Проверка датчика давления воздуха состоит из следующих этапов:
Для проверки аналогового датчика, его переходник подключается к вакуумному шлангу между датчиком давления и впускным коллектором. К переходнику также подсоединяют манометр.
Двигатель запускают и дают ему некоторое время поработать на холостых оборотах. При показателе разрежения в коллекторе менее 529 мм рт. ст., проверяют целостность вакуумного шланга, так как через повреждения на нем утрачивается часть воздуха. Также следует обратить внимание на состояние диафрагмы датчика, на которой могут присутствовать как заводские, так и приобретенные при эксплуатации дефекты.
После снятия показаний манометра, его заменяют на вакуумный насос, после чего создают разрежение 55-56 мм рт. ст. и прекращают откачку. При исправном датчике разрежение будет сохраняться 25-30 сек. Если требование не выполняется – датчик подлежит замене.
При проверке цифрового датчика пользуются тестером в режиме вольтметра.
Включают зажигание, находят контакты заземления и питания. К вольтметру подключают провод, соединенный с сигнальным контактом тестируемого датчика. При его нормальной работе напряжение будет составлять около 2,5 В. При наличии неисправностей – отличаться в большую или меньшую сторону.
Тестер переключают в режим работы тахометра и отсоединяют от ДАД вакуумный шланг. Положительный ввод подключают к сигнальному проводу, а минус – к заземлению. При исправном датчике тахометр выдаст результат – 4400-4850 об/мин.
Снова используется вакуумный насос, который подключается к датчику давления. Насосом постоянно меняют разрежение в приборе и следят за показаниями тахометра. При исправном датчике разрежение и показатели тахометра будут стабильными.
При отключении вакуумного насоса, тахометр останавливается на показателе 4400-4900 об/мин. Если показания отличаются от указанных в ту или иную сторону – датчик неисправен.
Ремонт
После диагностики неисправности ДАД, приступают к ее устранению. При мелкой поломке, поддающейся ремонту, прибор оставляют. Если прибор выдает неправильные показания – необходима его полная замена. Конструкция датчика на проведение ремонта не рассчитана, и все действия, направленные мастером на устранение неисправностей, проводятся на его страх и риск. Но стоимость нового прибора достаточно высока, и все манипуляции в случае успеха становятся оправданными.
Ремонт датчика осуществляют в определенной последовательности:
Ножом или другим острым инструментом снимают крышку прибора, после чего выявляют местонахождение неисправности.
Контакты чистят от загрязнений и ржавчины, проверяют надежность их соединения, а после чистки просушивают, заливают силиконовым герметиком, и снова сушат. На собранном приборе герметиком заделывают все стыки.
Прибор устанавливают на автомобиль и проверяют его исправность. Быстрый запуск двигателя и его ровная работа означают исправность прибора. Если ремонт не принес ожидаемых результатов – датчик меняют на новый.
Использовать автомобиль с неисправным ДАД очень пагубно скажется на состоянии ДВС!
Датчики вакуума и особенности их применения
Существуют технологические процессы, которые проходят в вакууме. Именно состояние разреженного пространства — главное условие всей технологической цепочки. Для контроля за окружающей средой и нужен вакуумный датчик. Но типы процессов могут различаться и, соответственно, для каждого из них нужен свой датчик. Поскольку универсального прибора не существует, мы разберем, какие вообще существуют датчики и для каких целей.
Разновидности вакуумных датчиков
Собственно конструктивно — это манометр, который точно показывает давление разреженных газов.
Так как газы бывают разные, то и вакуумметры существуют разных типов. Они могут определять как полное давление в вакуумной среде, так разность по сравнению с атмосферным давлением.
Самые распространенные датчики, которые способны делать замеры абсолютного давления:
Термопарные
Такие датчики измеряют теплопроводность окружающей среды нитью накала.
Стоит измениться окружающему давлению — изменится теплопроводность газовоздушной среды, в которой находится нить накала.
Соответственно меняется и температура нити накаливания. Ее температуру снимает термопара.
Конструктивно в датчике применяется нагревательный элемент и термопара.
Если взять за основу тезис о том, что при постоянстве тока, проходящего через нагревательный элемент, его температура находится в прямой зависимости от теплопроводности окружающей среды, то можно измерять давление в вакуумной камере.
Теперь если понижать давление это вызовет уменьшение и теплопроводности газа. Это в свою очередь, вызывает повышение температуры нагревательного элемента и тянет за собой электродвижущую силу термопары.
Зная значение зависимости термоэлектродвижущей силы от давления газа можно точно определять давление в вакуумных системах.
Датчики ионизационные
За основу работы ионизационных манометров взята зависимость скорости ионизации газов от давления.
Такие датчики, как правило, двухконтурные:
По тому току, который возникает при таком процессе, судят о наличии давления. Скорость образования ионов находится в прямой зависимости от давления и эффективности ионизации.
Это основной принцип работы ионизационных вакуумметров.
Разные модели применяют разные методики разгона молекул частиц ионов. Это — вакуумный детектор Байард-Альперта и вакуумный датчик с холодным катодом.
Вакуумный датчик с холодным катодом
Магнито-разрядный прибор, создающий очень сильное магнитное поле. Специальное расположение магнитов создает спиральное перемещение ионов. Такая модель сохраняет заряженные частицы и, тем самым, повышая ионизационную способность.
За счет этого показания прибора немного расплывчаты, но срок службы практически неограничен, так как в этом механизме нет трущихся деталей и, при работе, он не нагревается.
Прибор Байард-Альперта
Тоже ионизационный датчик с нитью накала и термоэлектрической эмиссией, создающей, в свою очередь, множество электронов, ионизирующих мельчайшие частицы газов.
При работе устройства создается ток, с силой соразмерной уровню вакуума. Датчик считывает эту силу и переводит ее в определенные показатели давления.
Так как в такой системе нет сильных магнитов, это дает возможность применения таких датчиков в таких специфических устройствах, которые требовательны к присутствию магнитных полей.
Преимущества именно таких приборов заключаются в:
Тензорезисторный
Собственно говоря, этот вакуумный датчик своего рода резистор, с проводником, наклеенным на специальную подложку, которая может деформироваться от внешнего воздействия. Так как два элемента связаны вместе, то при изменении параметра подложки изменятся длина проводника и соответственно, и поперечное сечение. При изменении этих физических параметров также меняется и сопротивление резистора. Остается измерить сопротивление тензорезистора. По характеру изменения сопротивления определяется приложенное на подложку давление.
Как правило, в реальных датчиках тензорезистор приклеен к пружинной диафрагме. Когда на диафрагму действует внешнее давление — она деформируется вместе с тензорезистором.
Такие вакуумметры по праву могут являться одними из самых точнейших. Используются исключительно для замеров в вакуумных системах, где давление составляет от 1 до 2000 мбар.
Датчик измерения вакуума такого типа можно применять в различных газах, так как в них не содержится нагревательных элементов.
Пример вакуумметра с тензорезистором — датчик дифференциального давления Foxboro IDP10.
Конвекционные детекторы
Одна из разновидностей теплового детектора — конвекционный вакуумметр. Его работа основана на эффекте прямой подчинённости теплопередачи газов от давления.
В нем используется нить накала. Она обмотана вокруг всего прибора. С ее помощью датчик может перевести тепловую энергию в напряжение.
Как только увеличивается степень вакуума, снижается коэффициент теплопередачи. Как только увеличивается температура нити, соответственно, увеличивается и ее сопротивление. Теперь, понимая эту взаимосвязь, если измерять сопротивление нити можно рассчитать степень вакуума.
Такой вакуумный датчик дает возможность быстрому считыванию показателей со шкалы приборов.
Мембранно-емкостные
Принцип работы мембранно-емкостного детектора предельно простой. Самый главный элемент в этом устройстве — плоская мембрана, разделяющая камеру из нержавеющей стали на измерительную часть и опорную. Одна половина откачена и изолирована, в другой находится вакуумная камера
Мембрана регистрирует амплитуду изгиба на входящий в измерительную камеру газ, прогибаясь в сторону меньшего давления.
Теперь осталось только снять с электронной схемы датчика электрический сигнал разбаланса между двумя камерами.
Такие датчики дают возможность точного замера давления с нижним пределом до 10–5 мбар. Работа этих детекторов не зависит от типа измеряемого газа.
Где применяются
Вакуумный датчик находит применение во многих сферах:
То есть во всех тех сферах, где требуется контроль за степенью разрежения.
Вакуумные датчики активно применяются в разнообразных производственных процессах, например таких как:
А также в нефтяной, пищевой и химической промышленности.
Производители вакуумметров
Производством вакуумметров занимаются многие производители и у нас в России и за рубежом. Некоторые компании освоили полный цикл производства. У других это производство существует в качестве дополнительного.
Итак, давайте познакомимся с ключевыми игроками на этом рынке.
Meta-Chrom (Мета-Хром)
Отечественное предприятие, которое, кроме производства разнообразного измерительного оборудования и инструментов для хроматографии, также нацелено на выпуск вспомогательной оснастки для вакуумных установок. Компания Meta-Chrom известна в России с 1995 года и с тех пор находится в активном развитии в вакуумной отрасли.
Ионизационные и термопарные детекторы этого предприятия получают постоянные положительные отзывы, которые можно найти на сайте этой компании.
MKS Instruments, Inc
Американские предприниматели этой компании начали свой бизнес еще в 1963 году. Но производством высокоточного измерительного оборудования для вакуумных систем начала заниматься с 1999 года. В линейке ее продукции есть вакуумметры почти для всех отраслей промышленности. Именно такая универсальность позволила придать популярность MKS Instruments, Inc по всему миру.
ULVAC Technologies, Inc
Американская компания ULVAC Technologies, Inc основанна в 1992 году и нацелена на выпуск вакуумной техники и вспомогательный измерительных приборов.
В нашей стране хорошо известны вакуумные датчики цифрового типа от этого производителя.
Тираконт
Еще один производитель вакуумного оснащения из Германии — компания «Тираконт». Она специализируется на выпуске ионных вакуумметров и датчиков к ним. Также компания специализируется на:
Вся номенклатура выпускаемой продукции известна своим немецким качеством и находит спрос во многих странах мира.
Вот далеко неполный перечень продукции известного российского производителя НПО «ЮМАС». Вся продукция высокого качества, а надежность подтверждается сертификатами в соответствии с требованиями ГОСТ.
Ebro Electronic
Бренд «Ebro Electronic» известен своими измерительными приборами термометратрами, манометрами, регистраторами двления. В линейке продукции этой компании есть цифровые вакуумметры.
Так как компания имеет узкую специализацию, выпускаемая продукция находит свое применение для высокоточных измерений в научно-исследовательских лабораториях.
Заключение
Из всего обзора вакуумных датчиков становится хорошо видно, что эти устройства в реальности выполняют большую работу и имеют огромное значение для многих отраслей отечественной промышленности.
Видео по теме
Датчик вакуумный – разновидности и особенности в работе вакуумных датчиков и вакуумметров. Главные отличия вакуумных датчиков давления от вакуумных датчиков температуры.
Стабильность работы вакуумного оборудования – это один из тех моментов, из-за которых люди и покупают подобное оборудование. Если установки механического типа постоянно перегревались и отрубались, то в случае с устройствами на основе вакуума, подобных проблем замечено не было. Казалось-бы, в чем же причина столь высокой стабильности рабочего процесса. Ответ на этот вопрос максимально прост и заключается он в датчиках вакуума, которые устанавливаются во все устройства, независимо от ценника, сферы применения, принципа работы и других моментов. По сути – это один их важнейших элементов, позволяющий системе работать на протяжении долгого периода, без каких-либо перебоев и сбоев во время работы. Именно это и является главной целью крупных предприятий, которые заинтересованы в выпуске большого количества продукции.
Датчик вакуумный
Сейчас мы рассмотрим типы вакуумного оборудования, где вакуумные датчики играют наибольшую роль:
Это лишь те направления, которые чаще всего задействуют подобные приспособления. Кроме них, можно выделить еще более десятка различных вариаций вакуумного оборудования. Но, в них, главный упор будет сделан не датчикам вакуума, а каким-то другим элементам. Говоря о продажах подобных приборов, то наибольшим спросом они пользуются в Москве. Хотя другие города в этом плане не являются аутсайдерами и находятся, на примерно том же уровне по продаваемости вакуумных датчиков.
Вакуумные датчики и вакуумметры
Еще один интересный момент – это распределение вакуумных датчиков по категориям. Если вы собрались покупать себе подобные приборы, то будьте готовы к тому, что они привычно делятся на несколько вариаций. Если вы заинтересованы в приборах высокого качества, то придется немного ознакомиться с наиболее продаваемыми версиями подобного оборудования.
Вакуумные датчики и вакуумметры
Сейчас мы рассмотрим категории, на которые делятся вакуумные датчики и вакуумметры:
Исходя из всего вышесказанного, мы можем понять, что вакуумметры и датчики вакуума – это очень важный элемент, используемый в оборудования на основе вакуума. Датчик вакуума, активно используется во всех вариациях вакуумного оборудования, так как по-другому, контролировать все важные процессы в системе практически невозможно. Для этого, собственно и предназначены манометры, вакуумметры, и тому подобные приборы. Главное – определить для себя версию вакуумного датчика, которая подойдет для использования в вашей вакуумной установке.
Вакуумный датчик давления
Абсолютно все вакуумные установки, так или иначе, связаны с давлением в системе. Дабы его показатели не переваливали за допустимую отметку, были созданы специальные вакуумные датчики давления, которые играют в подобном оборудовании огромную роль. Эти датчики, как и все остальное оборудование, делятся на несколько категорий по принципу работы.
Вакуумный датчик давления
Среди всех вариаций, можно смело выделить 3 категории вакуумных датчиков давления:
Подбирая себе вакуумметры для использования в вакуумном насосе, печи, либо же камере, стоит осознавать, что сделать это на самом деле не так то и просто. Датчики вакуума – это устройства, которые не могут быть слишком дешевыми. Если вы наткнулись на какую-то очень дешевую вариацию вакуумметра, то лучше избежать покупки данного прибора. Причина этого может крыться в стабильности и надежности работы датчика вакуума. Тем более, современный рынок вакуумного оборудования, предоставляет огромный ассортимент подобных датчиков. Имея желание и немного времени, можно легко подобрать себе отличный прибор, который повысит эффективность и стабильность работы вашей вакуумной установки.
Вакуумный датчик температуры
Не меньшую роль в работе вакуумных установок играют вакуумные датчики температуры. Они также используются в большинстве вариаций вакуумных установок, дабы обеспечить высокий уровень стабильности и отсутствие сбоев во время рабочего процесса. Принцип работы подобных датчиков максимально прост и сводится к тому, что превышение, либо понижение пороговых показателей температуры, заставляет данный прибор включиться в работу. Если неисправность не особо серьезная, то датчик способен сам внести изменения в рабочий процесс, уравновесив все рабочие моменты. Но если речь идет о серьезных поломках, то датчик просигнализирует о них, путем вывода информации на панель управления, либо же с помощью установленных индикаторов. Не менее весомую роль, играет еще и ценовой диапазон, в котором находится вакуум датчик.
Вакуумный датчик температуры
Сейчас мы рассмотрим ценовые диапазоны вакуумных датчиков температуры, и те направления, где их можно использовать:
Температурные датчики из низшего ценового диапазона, предназначены для применения в устройствах низкого уровня вакуума. Зачастую, подобное оборудование задействуется в домашних условиях, где от него не требуется каких-то чрезмерных показателей производительности. Средний ценовой сегмент вакуумметров уже более функционален и его, можно спокойно использовать на небольших предприятиях. Он способен контролировать температуру в установках, работающих на среднем уровне вакуума. Ну и премиальный ценовой сегмент – это датчики, найти применение которым, можно в любом оборудовании, даже если это касается высокотехнологической отрасли. Всего-то, надо подобрать совместимую модель датчика и произвести ее установку.
Купить себе датчик вакуума, можно практически в любом городе, начиная с Москвы и заканчивая Екатеринбургом. Главное – это не делать поспешных выводов и попытаться заранее проверить работоспособность, совместимость и технические характеристики вакуумметра. Во всем же остальном, покупка подобного оборудования не должна вызывать никаких проблем.