سنسورهای خلاء

نمایش تمام سازندگان سنسورهای خلاء

سنسورهای خلاء برای اندازه گیری فشارهای خلاء یا زیر اتمسفر استفاده می شوند. خلاء به معنای فشار زیر اتمسفر است. از آنجایی که خلاء واقعی هرگز به دست نمی آید، اندازه گیری با توجه به عدم وجود تقریباً فشار گاز است. خلاء را می توان با استفاده از یک سنسور فشار معمولی اندازه گیری کرد. با این حال آنها معمولا غلظت های بسیار پایین گاز را به دلیل نسبت سیگنال به نویز ضعیف حل نمی کنند. حسگرهای خلاء بر خواص فیزیکی مولکول‌های گازی متکی هستند که به تعداد این مولکول‌ها در هر حجم فضا مربوط می‌شود.

طراحی سنسور خلاء

حسگرهایی که در محدوده خلاء کار می کنند از نوعی جابجایی فیزیکی یا تغییر ویژگی مواد برای اندازه گیری استفاده می کنند. حسگرهای خلاء متوسط ​​تا زیاد از ویژگی‌های محیطی مانند هدایت حرارتی و یونیزاسیون برای اندازه‌گیری استفاده می‌کنند. 

خلاء کم

خلاء کم را می توان با استفاده از ابزارهای مکانیکی مانند موارد ذکر شده در زیر اندازه گیری کرد.

فناوری پیستون از یک پیستون/سیلندر مهر و موم شده برای اندازه گیری تغییرات فشار استفاده می کند. انحراف مکانیکی از یک عنصر الاستیک یا انعطاف پذیر برای انحراف مکانیکی با تغییر فشار استفاده می کند، به عنوان مثال یک دیافراگم، لوله بوردون یا دم.

                                                                 سنسور فشار دیافراگم. 

سنسورهای فشار پیزوالکتریک فشارهای دینامیکی و شبه استاتیکی را اندازه گیری می کنند. مبدل های دو جهته از کوارتز یا مواد سرامیکی متالیز تشکیل شده اند که دارای خواص الکتریکی طبیعی هستند. آنها قادر به تبدیل تنش به پتانسیل الکتریکی و بالعکس هستند.

سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (MEMS) معمولاً سیستم‌های میکرو هستند که توسط ریزماشین کاری سطح سیلیکونی برای استفاده در سیستم‌های صنعتی یا بیولوژیکی بسیار کوچک تولید می‌شوند.

عناصر ارتعاشی (رزونانس سیلیکونی) از فناوری عناصر ارتعاشی مانند رزونانس سیلیکونی استفاده می کنند.

ابزارهای فشار خازنی متغیر از نتایج تغییر ظرفیت ناشی از حرکت یک عنصر دیافراگمی برای اندازه گیری فشار استفاده می کنند. این دستگاه از یک دیافراگم نازک به عنوان یک صفحه خازن استفاده می کند. فشار اعمال شده باعث انحراف دیافراگم و تغییر ظرفیت خازنی می شود. انحراف دیافراگم باعث تغییر در ظرفیت خازنی می شود که توسط مدار پل تشخیص داده می شود. سنسورهای فشار مطلق خازنی با خلاء بین صفحات برای جلوگیری از خطا با ثابت نگه داشتن دی الکتریک مواد ایده آل هستند.

کرنش سنج ها (مقاومت های متغیر حساس به کرنش) به قسمت هایی از سازه متصل می شوند که با تغییر فشار تغییر شکل می دهند. کرنش سنج ها ناهموار، دقیق و پایدار هستند، آنها می توانند در محیط های شوک و لرزش شدید و همچنین در انواع رسانه های فشار کار کنند. مبدل های فشار گیج در انواع مختلفی وجود دارند: کرنش سنج پیوندی، کرنش سنج پراکنده و کرنش سنج نیمه هادی.

                                                                                      مبدل فشار استرین گیج.

سنسورهای پیزومقاومتی نیمه هادی مبتنی بر فناوری نیمه هادی هستند. تغییر مقاومت نه تنها به دلیل تغییر در طول و عرض (همانطور که در مورد کرنش سنج است) بلکه به دلیل تغییر بارهای الکتریکی در مقاومت است. چهار پیزورزیستور در ناحیه نمودار روی سنسور متصل به یک پل عنصری وجود دارد. هنگامی که دیافراگم منحرف می شود، دو مقاومت تحت فشار مماسی و دو مقاومت تحت تنش شعاعی قرار می گیرند. 

خلاءهای متوسط ​​- زیاد

در خلاءهای متوسط ​​و بالا اندازه گیری خلاء با دستگاه های حرارتی و مولکولی دقیق تر است.

هدایت حرارتی - هدایت حرارتی گاز با استفاده از گیج پیرانی اندازه گیری می شود. این یک دستگاه ساده است که حاوی یک صفحه گرم شده است و میزان گرمای از دست رفته توسط صفحه را اندازه گیری می کند. مقدار حرارت از دست رفته به فشار گاز بستگی دارد. طرح های مختلفی از گیج پیرانی وجود دارد. یک طرح شامل استفاده از دو صفحه با دماهای مختلف است. مقدار توان مصرف شده برای گرمایش اندازه گیری فشار گاز است. طرح دیگری از یک صفحه برای اندازه گیری رسانایی حرارتی گاز با اتلاف حرارت به ناحیه اطراف استفاده می کند. گیج در تصویر زیر از تکنیک تعادل حرارتی استفاده می کند که محفظه حسگر را به دو قسمت تقسیم کرده و یکی را با گاز در فشار مرجع پر می کند و دیگری را به خلاء اندازه گیری متصل می کند. هر یک از محفظه ها به همان اندازه، شکل و ساختار هستند و شامل یک صفحه گرم می شوند. اندازه گیری دما با ترموکوپل انجام می شود.

                                                   وکیوم گیج پیرانی. اعتبار تصویر: کتابچه راهنمای سنسورهای مدرن

یونیزاسیون گیج خلاء سنج هایی که از یون استفاده می کنند مشابه لوله های خلاء هستند. رابطه بین جریان یون و رشته تابعی تقریبا خطی از چگالی (فشار) مولکولی است. اصل کار مانند گیج لوله خلاء است. با این حال، صفحه با سیم احاطه شده توسط یک شبکه جایگزین می شود، در حالی که رشته کاتد در خارج است. دو نوع موجود است: کاتد گرم و کاتد سرد. تفاوت اصلی بین این دو نوع روش تولید الکترون آنهاست. دستگاه های کاتد سرد الکترون ها را از سطح الکترود توسط یک میدان پتانسیل بالا می کشند.

خوانش فشار اضافی

بسیاری از سنسورهای خلاء می توانند فشارهای اضافی مانند فشار مطلق، دیفرانسیل، گیج، ترکیب و فشار مهر و موم شده را انجام دهند.

• فشار مطلق اندازه گیری فشار نسبت به خلاء کامل است.

• فشار دیفرانسیل تفاوت بین دو فشار ورودی است.

• فشار گیج فشاری است که بالاتر از فشار اتمسفر محلی اندازه گیری می شود. این رایج ترین اندازه گیری فشار است.

• فشارهای مثبت و منفی (خلاء) را می توان با استفاده از سنسور خلاء مرکب اندازه گیری کرد.

• فشار گیج مهر و موم شده نسبت به یک اتمسفر در سطح دریا (14.7 psi) بدون توجه به فشار اتمسفر محلی است.

برای اطلاعات بیشتر در مورد خوانش فشار، نحوه انتخاب سنسورهای فشار را بخوانید .

مشخصات عملکرد

محدوده خلاء مهمترین مشخصاتی است که باید در هنگام انتخاب سنسورهای خلاء در نظر گرفت.

 محدوده خلاء دامنه فشار از کمترین فشار خلاء تا بالاترین فشار خلاء است. هنگام خواندن نمودار زیر، مهم است که به خاطر داشته باشید که خلاء زیاد فشار کمتری نسبت به خلاء کم است.

                                                                                محدوده فشار و درجه خلاء. 

دمای عملیاتی عنصر مهم دیگری است که هنگام انتخاب سنسور خلاء باید در نظر گرفته شود. دمای عملیاتی محدوده کامل مورد نیاز دمای کاری محیط است. دما و فشار رابطه مستقیمی با یکدیگر دارند. اگر دمای محیط کار افزایش یابد فشار در سیستم افزایش می یابد. به منظور جلوگیری از آسیب دیدگی تجهیزات، دانستن محدوده دمای شدید منطقه مهم است.

                                                              رابطه دما و فشار 

ویژگی ها

سنسورهای خلاء ویژگی هایی از قبیل:

• سوئیچ های سازگار با TTL با منطق ترانزیستور ترانزیستور سازگار هستند.

• آلارم های صوتی یا تصویری داخلی که هنگام روشن یا خاموش شدن سوئیچ یا سنسور سیگنال می دهند. این مهم زمانی است که فشار خلاء یک سیستم نیاز به نظارت دقیق دارد.

• خروجی های اندازه گیری دما به کاربر اجازه می دهد تا دمای سیستم را مشاهده کند و در صورت نیاز دما و/یا سطح خلاء را تنظیم کند.

• جبران دما شامل عوامل داخلی است که از خطاهای اندازه گیری فشار ناشی از تغییرات دما جلوگیری می کند.

• خروجی های فشار منفی فقط با سنسورهای خلاء که اندازه گیری فشار دیفرانسیل را ارائه می دهند در دسترس هستند.

برنامه های کاربردی

کاربردهای سنسورهای خلاء عبارتند از

• پردازش شیمیایی

• خشک کردن انجمادی

• نشت هلیوم

• تشخیص

• عقیم سازی

• محصولات لامپ، روشنایی و لیزر

• لوله های پرتو کاتدی (CRT)

• میکروسکوپ های الکترونی

• فیزیک انرژی بالا

• رسوب نوری، عملکردی و افزایش یافته با پلاسما

• منیفولدهای انتقال گاز پمپ های خلاء مکانیکی

• طیف سنج های جرمی

• فرآیندهای متالورژی

• منبع

•  

• globalspec