Вимірювання тиску є фундаментальним для незліченних промислових застосувань, від виробничих процесів до наукових досліджень. Цей посібник демістифікує взаємозв’язок між абсолютним тиском і вакуумним тиском, надаючи практичні поради щодо вибору та ефективного використання приладів для вимірювання тиску. Ми дослідимо, що відбувається під час вимірювання умов вакууму та як датчики абсолютного тиску функціонують у цих середовищах.
Каталог
Вступ до вимірювання тиску
Вимірювання тиску є важливим у багатьох галузях промисловості та застосуваннях. Від забезпечення безпеки в резервуарах під тиском до оптимізації ефективності процесу, належний моніторинг тиску може означати різницю між безперебійною роботою та катастрофічними збоями. Однак, щоб ефективно використовувати вимірювання тиску, ви повинні спочатку зрозуміти різні типи тиску та те, як вони пов’язані один з одним
У промисловості приладів тиску плутанина між абсолютним, манометричним і вакуумним тиском надзвичайно поширена. Ця плутанина часто призводить до неправильного вибору вимірювального приладу, неправильного тлумачення показань і, зрештою, до неефективності процесу або проблем з безпекою.
Тиск в основному визначається як сила на одиницю площі. Однак те, як ми вимірюємо та посилаємося на цю силу, створює різні типи тиску. Точка відліку, яку ми обираємо, критично важлива – це змінює не лише цифри, які ми бачимо, але й те, як ми інтерпретуємо та використовуємо ці вимірювання
Перш ніж глибше заглиблюватися в абсолютний тиск у вакуумних системах, важливо створити міцну основу щодо основних типів тиску та їх контрольних точок. Це розуміння послужить основою для більш складних дискусій у цій статті.
Що таке абсолютний тиск?
Абсолютний тиск стосується тиску, виміряного відносно абсолютного нульового тиску – ідеальний вакуум, де немає молекул, які б чинили тиск. Ця концепція є фундаментальною для розуміння всіх вимірювань тиску, оскільки вона забезпечує незмінну контрольну точку
На рівні моря стандартний атмосферний тиск становить приблизно 14,7 psi (фунтів на квадратний дюйм) або 101,325 кПа (кілопаскалів) в абсолютному вираженні. Це означає, що навіть коли стандартний манометр показує “нуль,” ми фактично відчуваємо тиск приблизно 14,7 psi з атмосфери навколо нас
Ключовою характеристикою абсолютного тиску є те, що він ніколи не може бути негативним. Оскільки він відноситься до ідеального вакууму (який дорівнює нулю), усі показання абсолютного тиску мають бути позитивними. Навіть у найглибшому вакуумі, який ми можемо створити за допомогою сучасних технологій, все ще присутні деякі молекули, які чинять незначний тиск.
Абсолютний тиск (Пабс) можна математично виразити так:
Pabs = Pgauge + Atmospheric
Де:
Pgauge - це зчитування тиску на стандартній датці
Атмосферний – це місцевий атмосферний тиск (приблизно 14,7 psi на рівні моря)
Варто зазначити, що атмосферний тиск змінюється залежно від висоти над рівнем моря та погодних умов. На більших висотах атмосферний тиск значно знижується. Погодні системи також можуть спричиняти коливання барометричного тиску, що може вплинути на показники абсолютного тиску, якщо їх не врахувати
Розуміння вакуумного тиску
Вакуумний тиск являє собою тиск, нижчий за навколишній атмосферний тиск. З практичної точки зору, це негативний манометричний тиск, що вказує на всмоктування або “витягування” ефект, який ми асоціюємо з вакуумами
Обговорюючи вакуумний тиск, важливо визнати, що ми все ще використовуємо атмосферний тиск як нашу точку відліку. Ідеальний вакуум буде зареєстрований як -14,7 фунтів на кв.
Вакуумний тиск зазвичай вимірюється в інших одиницях, ніж позитивний тиск, додаючи ще один рівень потенційної плутанини. Звичайні вакуумні агрегати включають:
Дюйми ртутного стовпа (inHg)
Торр (1 Торр = 1 мм рт. ст.)
Мікрон (1 мікрон = 0,001 Торр)
Відсоток вакууму
Зв’язок між вакуумним тиском і абсолютним тиском є прямим, але його часто неправильно розуміють. Повний вакуум (хоча практично недосяжний) буде зареєстрований як:
0 psia (абсолютний тиск)
-14,7 psig (манометричний тиск на рівні моря)
Вакуум 30 дюймів ртутного стовпа (дюймів ртутного стовпа)
У промисловості вакуумний тиск зазвичай використовується в таких процесах, як дистиляція, фільтрація, сублімаційна сушка та пакування. Кожне застосування має певні вимоги до вакууму, що робить правильне вимірювання вирішальним.
Зв'язок між абсолютним та вакуумом
Зв’язок між абсолютним тиском і вакуумним тиском є основоположним для розуміння систем вимірювання тиску. Як згадувалося раніше, це, по суті, різні способи опису однієї фізичної реальності, лише з різними опорними точками
Давайте прояснимо цей зв’язок на кількох прикладах:
Ідеальний вакуум (теоретично):
Абсолютний тиск: 0 psia
Вакуумний тиск: 30 дюймів рт. ст. (на рівні моря)
Атмосферний тиск на рівні моря:
Абсолютний тиск: 14,7 psia
Вакуумний тиск: 0 дюймів рт
50% вакуум на рівні моря:
Абсолютний тиск: приблизно 7,35 psia
Вакуумний тиск: 15 дюймів рт
Математичне співвідношення можна виразити так:
Pabsolute = patmospheric – Пвакуум
Де пвакуум виражається в тих же одиницях, що і патмосфер
Важливо зазначити, що, як ми зазвичай говоримо “вакуумний тиск,” цей термін може ввести в оману, оскільки вакуум фактично означає відсутність тиску. Точніше, те, що ми називаємо вакуумним тиском, є різницею тиску між системою та навколишньою атмосферою.
Під час перевірки систем утримання у фармацевтичних чистих приміщеннях розуміння того, що ми вимірюємо насправді перепад тиску, а не абсолютний вакуум, допомагає технікам правильно налаштувати обладнання для моніторингу та правильно інтерпретувати результати.
Як працює датчик абсолютного тиску?
Датчики абсолютного тиску — це спеціальні прилади, призначені для вимірювання тиску відносно ідеального вакууму. На відміну від датчиків манометричного тиску, які використовують атмосферний тиск як еталон, датчики абсолютного тиску використовують герметичну еталонну камеру, яка містить або високий вакуум, або відомий еталонний тиск
Основний принцип роботи датчика абсолютного тиску передбачає:
Чутливий елемент (діафрагма, сильфон або трубка Бурдона), який деформується під тиском
Герметична еталонна камера евакуювала до майже ідеального вакууму
Механізм перетворення механічної деформації в електричний сигнал
Електронні компоненти для обробки сигналів та генерації виходу
Сучасні датчики абсолютного тиску зазвичай використовують одну з кількох технологій:
П’єзорезистивні датчики: містять кремнієву діафрагму з вбудованими резисторами, які змінюють опір, коли діафрагма деформується під тиском. Вони поширені в промисловому застосуванні завдяки своїй міцності та точності.
Ємнісні датчики: вони вимірюють тиск, виявляючи зміни ємності між гнучкою діафрагмою та нерухомою пластиною під час зміни тиску. Вони чудово працюють при низькому тиску, що вимагає високої чутливості.
Резонансні датчики: вони вимірюють тиск, виявляючи зміни резонансної частоти вібраційного елемента під час зміни тиску. Вони пропонують відмінну стабільність і точність, але за більш високу вартість.
Оптичні датчики: вони використовують світлову взаємодію з чутливим до тиску елементом для визначення тиску. Вони ідеально підходять для середовищ з електромагнітними перешкодами.
Зокрема, для вимірювання вакууму можна використовувати спеціалізовані вакуумметри, такі як термопарні датчики, іонізаційні датчики або датчики Пірані, для дуже низьких тисків, де стандартним датчикам абсолютного тиску може бракувати роздільної здатності.
Під час моніторингу вакуумних камер для осадження з парової фази у виробництві напівпровідників іонізаційні манометри забезпечують точність, необхідну за надзвичайно низьких тисків (нижче 10^-3 торр), тоді як ємнісні датчики працюють краще на стадіях процесу з вищим тиском.
Застосування абсолютного вимірювання тиску
Вимірювання абсолютного тиску відіграє вирішальну роль у багатьох галузях промисловості та застосуваннях. Розуміння того, коли і чому потрібне вимірювання абсолютного тиску, може допомогти вам прийняти кращі рішення у вашому конкретному контексті
Ось кілька ключових застосувань, де вимірювання абсолютного тиску є особливо важливим:
Прогнозування погоди та альтиметрія
Барометричний тиск, виміряний як абсолютний тиск, є фундаментальним для прогнозування погоди. Метеорологи відстежують ці зміни тиску, щоб передбачити погодні умови та шторми. Подібним чином висотоміри в літаках використовують вимірювання абсолютного тиску для визначення висоти на основі співвідношення між тиском і висотою.
Вакуумна обробка та упаковка
Такі галузі, як пакування харчових продуктів, фармацевтичне виробництво та виробництво напівпровідників, значною мірою покладаються на вакуумні процеси. Датчики абсолютного тиску забезпечують підтримку точного рівня вакууму для забезпечення якості продукції та ефективності процесу1.
Наприклад, у харчовій упаковці підтримка правильного рівня вакууму є важливою для продовження терміну зберігання. Занадто низький вакуум може призвести до псування, тоді як надмірний вакуум може пошкодити делікатні продукти.
Системи ОВК та охолодження
Системи опалення, вентиляції, кондиціонування повітря та охолодження використовують вимірювання абсолютного тиску для контролю тиску холодоагенту, оптимізації роботи компресора та забезпечення ефективності системи. Співвідношення між тиском і температурою в холодоагентах робить моніторинг абсолютного тиску критичним для цих систем.
Лабораторні дослідження
Наукові дослідження часто вимагають точного контролю та вимірювання умов тиску. Від хімічного осадження з парової фази до вакуумної дистиляції, вимірювання абсолютного тиску надають дослідникам дані, необхідні для відтворюваних експериментів і отримання точних результатів.
Аерокосмічна та авіація
Крім альтиметрії, аерокосмічні програми вимагають вимірювання абсолютного тиску для моніторингу роботи двигуна, систем герметизації кабіни та тестування компонентів за різних умов тиску. Екстремальні робочі середовища в аерокосмічній галузі роблять надійне вимірювання абсолютного тиску необхідним для безпеки та продуктивності.
У критично важливих медичних дихальних апаратах датчики абсолютного тиску забезпечують послідовну доставку терапії незалежно від того, використовується пристрій на рівні моря чи на великій висоті, оскільки вимірювання залишаються постійними незалежно від атмосферних умов навколишнього середовища.
Вибір правильного манометра для ваших потреб
Вибір відповідного манометра або датчика має вирішальне значення для точних вимірювань і оптимального керування процесом. Вибір між приладами абсолютного, манометричного або складного тиску залежить від ваших конкретних вимог застосування.
Коли використовувати абсолютні вимірювання тиску
Розгляньте можливість використання приладів абсолютного тиску, коли:
Вам потрібні вимірювання незалежно від коливань атмосферного тиску
Ваша програма передбачає вакуумні процеси, де важливим є посилання на ідеальний вакуум
Ви працюєте з герметичними системами, де атмосферна довідка недоступна
Ваші вимірювання мають бути порівнянними на різних висотах або погодних умовах.
Коли використовувати вакуумні вимірювачі
Вакуумметри найбільш доречні, коли:
Ви в першу чергу переймаєтесь рівнем вакууму відносно атмосфери
Ваш процес працює повністю нижче атмосферного тиску
Вам потрібно візуалізувати рівень вакууму у звичних одиницях, як дюйми ртуті
Ви вирішуєте вакуумні системи або виявляєте витоки
Загальні сфери застосування включають послуги HVAC, вакуумні насосні системи, вакуумне пакування та процеси фільтрації.
Практичні міркування відбору
Окрім типу вимірювання тиску, при виборі приладів тиску враховуйте такі фактори:
Вимоги до точності: Наскільки точними мають бути ваші вимірювання?
Діапазон тиску: який мінімальний і максимальний тиск потрібно виміряти?
Умови навколишнього середовища: температура, вологість, вібрація та корозійні елементи
Вимоги до виходу: Вам потрібен локальний дисплей, електричний вихід або обидва?
Вимоги безпеки: захист від надмірного тиску, іскробезпечна конструкція для небезпечних зон
Бюджетні обмеження: збалансуйте потреби продуктивності з міркуваннями щодо витрат.
Під час оптимізації процесу бродіння на пивоварнях використання датчиків абсолютного тиску замість стандартних датчиків манометричного тиску може усунути варіації, спричинені змінами барометричного тиску, що призводить до покращення консистенції партії.
Висновок
Розуміння зв’язку між абсолютним тиском і вакуумним тиском є важливим для правильного вимірювання, інтерпретації та застосування в промислових процесах. Щоб підсумувати ключові моменти:
Абсолютний тиск вимірюється відносно ідеального вакууму (нульового тиску) і ніколи не може бути від’ємним
Вакуумний тиск вимірюється відносно атмосферного тиску і являє собою тиск нижче атмосфери
Абсолютний тиск у вакуумній системі дорівнює атмосферному тиску за вирахуванням вакуумного тиску
Різні програми вимагають різних типів вимірювання тиску – абсолютний, калібрувальний, вакуумний або складений
Вибір відповідного приладу тиску залежить від конкретних потреб застосування та умов навколишнього середовища.
Незалежно від того, чи проектуєте ви вакуумні системи, усуваєте проблеми, пов’язані з тиском, чи оптимізуєте промислові процеси, чітке розуміння цих концепцій тиску покращить ваше прийняття рішень і результати.
Пам’ятайте, що хоча сучасні прилади тиску є дуже складними, основні концепції залишаються простими – все залежить від вибору правильної контрольної точки для ваших вимірювань і розуміння того, як різні типи тиску співвідносяться один з одним.
У міру розвитку технологій ми спостерігаємо захоплюючі розробки в технології вимірювання тиску, включаючи бездротове підключення, вбудовану температурну компенсацію та розумну діагностику. Ці інновації роблять вимірювання тиску більш точним, зручним та інтегрованим із більш широкими системами керування процесом, ніж будь-коли раніше.
Наведене вище введення лише дряпає поверхню застосування технології датчиків тиску. Ми продовжимо досліджувати різні типи сенсорних елементів, які використовуються в різних продуктах, як вони працюють, а також їхні переваги та недоліки. Якщо вам потрібна додаткова інформація про те, що тут обговорюється, ви можете переглянути відповідний вміст далі в цьому посібнику. Якщо у вас немає часу, ви також можете клацнути тут, щоб завантажити докладну інформацію про ці посібники Дані датчика тиску повітря PDF.
Для отримання додаткової інформації про інші сенсорні технології, будь ласка Відвідайте нашу сторінку датчиків.
Абсолютно з вами згоден. В цьому щось є і ідея хороша, підтримую.
Ця публікація є ще одним чудовим прикладом того, чому ваш блог виділяється — він чесний, цікавий і створений ретельно.