Como funcionam os medidores de vácuo de pressão direta?
Vacuômetros com leitura de pressão que são independentes do tipo de gás
Os vacuômetros mecânicos medem a pressão diretamente registrando a força que as partículas (moléculas e átomos) em um espaço preenchido com gás exercem em uma superfície por meio de sua velocidade térmica.
Vacuômetros Bourdon
O interior de um tubo dobrado em um arco circular (chamado tubo Bourdon) (3) é conectado ao reservatório a ser evacuado (Fig. 3.2). Através do efeito da pressão de ar externa, a extremidade do tubo é desviada em maior ou menor grau durante a evacuação e o mecanismo de ponteiro (4) e (2) é acionado. Como a leitura da pressão depende da pressão atmosférica externa, ela tem uma precisão de apenas aproximadamente 10 mbar, desde que a mudança na pressão atmosférica ambiente não seja corrigida.
Fig. 3.2 Corte transversal de um medidor Bourdon.
- Tubo de conexão ao flange de conexão
- Ponteiro
- Tubo Bourdon
- Sistema de alavanca
Vacuômetro de diafragma
Vacuômetros de cápsula
O projeto mais conhecido de um vacuômetro de diafragma é um barômetro com uma cápsula aneroide como sistema de medição. Ele contém uma cápsula de diafragma de parede fina, evacuada, hermeticamente vedada, feita de uma liga de cobre-berílio. À medida que a pressão cai, o diafragma da cápsula se expande. Esse movimento é transmitido para um ponto por um sistema de alavanca. O vacuômetro de diafragma, projetado de acordo com este princípio, indica a pressão em uma escala linear, independente da pressão atmosférica externa.
Vacuômetro de diafragma DIAVAC
A leitura de pressão mais precisa possível é frequentemente necessária para níveis abaixo de 50 mbar. Nesse caso, é mais adequado um vacuômetro de diafragma diferente, ou seja, o DIAVAC, cuja escala de pressão é consideravelmente alargada entre 1 e 100 mbar. A seção do interior na qual o sistema de alavanca (2) da cabeça do medidor está localizado (consulte a Fig. 3.3) é evacuado para uma pressão de referência pref inferior a 10-3mbar. O fechamento do reservatório é feito na forma de um diafragma corrugado (4) de aço especial. Enquanto o reservatório não for evacuado, este diafragma é pressionado firmemente contra a parede (1). À medida que a evacuação aumenta, a diferença entre a pressão a ser medida px e a pressão de referência diminui. O diafragma dobra apenas ligeiramente no início, mas depois abaixo de 100 mbar a um grau mais elevado. Com o DIAVAC, a deflexão do diafragma é novamente transmitida a um ponteiro (9). Em particular, a faixa de medição entre 1 e 20 mbar é consideravelmente alargada, de modo a que a pressão possa ser lida com precisão (até cerca de 0,3 mbar). A sensibilidade à vibração deste instrumento é um pouco mais alta do que para o vacuômetro de cápsula.
Fig. 3.3 Corte transversal do vacuômetro de diafragma DIAVAC DV 1000.
- Placa de base
- Sistema de alavanca
- Flanges de conexão
- Diafragma
- Pressão de referência pref
- Extremidade de desaperto
- Folha espelho
- Folha de acrílico
- Ponteiro
- Vidro bett
- Placa de montagem
- Caixa
Os vacuômetros de cápsula medem a pressão com precisão de 10 mbar (devido à escala linear, eles são menos precisos na extremidade de baixa pressão da escala). Se forem medidas apenas pressões abaixo de 30 mbar, o DIAVAC é recomendado porque sua leitura (veja acima) é consideravelmente mais precisa. Para requisitos de precisão de medição extremamente precisos, devem ser usados vacuômetros de diafragma de precisão. Se for necessário medir pressões baixas com precisão e, por esse motivo, uma faixa de medição de, por exemplo, até 100 mbar for selecionada, pressões mais altas não poderão mais ser medidas, pois esses medidores têm uma escala linear. Todos os vacuômetros mecânicos são sensíveis à vibração até certo ponto. Pequenas vibrações, como aquelas que surgem no caso de conexão direta com uma bomba de apoio, geralmente não são prejudiciais.
Medidores de diafragma de esforço/Piezo
A deflexão de um diafragma também pode ser medida eletricamente como "esforço" ou como uma mudança na capacitância. No passado, quatro medidores de esforço, que alteram sua resistência quando o diafragma é defletido, ou seja, sob carga de tração, eram montados em um diafragma metálico em um circuito de ponte. Na Leybold, esses instrumentos receberam uma designação especial, ou seja, MEMBRANOVAC. Posteriormente, foram usados diafragmas de silício que continham quatro "resistências de deformação" diretamente em sua superfície. O arranjo elétrico novamente consistia em um circuito em ponte e uma corrente constante era alimentada em dois pontos de canto opostos, enquanto um sinal de tensão linear proporcional à pressão era captado nos dois outros pontos de canto. A Fig. 3.4 ilustra o princípio deste arranjo. Tais instrumentos foram designados como PIEZOVAC e atualmente como unidades DI/DU2000e ainda estão em uso em muitos casos.
Fig. 3.4 Sensor piezoelétrico (diagrama básico)
Medidores de diafragma de capacitância
Medir a tensão como parte de um circuito em ponte oferece altos níveis de precisão, mas tem um alcance limitado. Um método mais avançado é onde a deflexão do diafragma é medida como a mudança na capacitância de um capacitor de placa: um eletrodo é fixo, o outro é formado pelo diafragma. Quando o diafragma é desviado, a distância entre os elétrodos e, portanto, a capacitância do capacitor é alterada. A Fig. 3.5 ilustra o princípio deste arranjo. Isso é utilizado na faixa CEREVAC CTR. É feita uma distinção entre sensores com diafragmas metálicos e aqueles com diafragmas cerâmicos. Os medidores de diafragma de capacitância são utilizados desde a pressão atmosférica até 1·10-4 mbar (abaixo de 10-4 mbar a incerteza de medição aumenta rapidamente). Para garantir uma deflexão suficiente dos diafragmas a pressões tão baixas, diafragmas de espessuras variadas são usados para os vários níveis de pressão. Em cada caso, a pressão pode ser medida com os sensores a uma precisão de 3 potências de dez:
1000 a 1 Torr
100 a 10–1 Torr
10 a 10–2 Torr
1 a 10–3 Torr
10–1 a 10–4 Torr
Para aumentar ainda mais os níveis de precisão, você também pode aquecer a célula capacitiva. Nesse caso, a célula capacitiva é fortemente isolada contra a temperatura ambiente e um pequeno filamento de aquecimento aquece a célula a uma temperatura fixa. Isso ajuda a eliminar qualquer variação devido às temperaturas ambientes flutuantes. Ele também é usado ao operar com gases quando você não deseja que eles se condensem dentro do medidor, o que seria, de outra forma, um ponto frio no sistema.
Fig. 3.5 Sensor capacitivo (diagrama básico)
Se as pressões a serem medidas excederem esses limites de faixa, recomenda-se usar uma unidade multicanal com dois ou três sensores.
Assim, o medidor de diafragma de capacitância representa, para todos os fins práticos, o único instrumento de medição da pressão absoluta que é independente do tipo de gás e projetado para pressões abaixo de 1 mbar. Hoje, dois tipos de sensores capacitivos estão disponíveis:
- DI/DU 200
- CTR100N/101N
Fundamentos da tecnologia de vácuo
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Referências
- Símbolos de vácuo
- Glossário de unidades
- Referências e fontes
Símbolos de vácuo
Um glossário de símbolos normalmente usados em diagramas de tecnologia de vácuo como uma representação visual dos tipos de bomba e peças em sistemas de bombeamento
Glossário de unidades
Uma visão geral das unidades de medida usadas na tecnologia de vácuo e o que os símbolos significam, bem como os equivalentes modernos das unidades históricas
Referências e fontes
Referências, fontes e leitura adicional relacionadas aos conhecimentos fundamentais da tecnologia de vácuo
