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Quali fattori considerare nella scelta dei sensori per vuoto

Da Raffaele Mucciato
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Quando è il momento di selezionare un nuovo sensore per vuoto per completare la pompa o il sistema in vuoto, è importante adottare un approccio ponderato. A prima vista, potrebbe sembrare un compito semplice, ma ci sono diversi fattori da considerare.

Vari elementi influenzano le prestazioni complessive di un misuratore di vuoto e governano il processo decisionale. Ogni misuratore ha il suo range di funzionamento, il suo livello di precisione e offre i suoi vantaggi. Guardando i seguenti punti chiave possiamo aiutare a definire la giusta scelta di calibro per il vostro sistema di vuoto.

  • Livello e precisione del vuoto operativo
  • Stazione di calibrazione Turbolab
  • Processo o impatto dell'applicazione sulla testa di misura
  • Interfaccia con il sistema
  • Costi e manutenzione

Opzioni di misura del vuoto

Prima di immergersi in queste opzioni principali, studiamo i tipi di sensori. Esistono due categorie generali di indicatori di vuoto: indicatori diretti e indicatori indiretti.

Indicatori diretti

Lo scartamento diretto ti darà la pressione del sistema di vuoto, indipendente dal tipo di gas (quindi noto anche come indicatori indipendenti dal gas). Questi funzioneranno efficacemente solo a pressioni superiori a 10-4 mbar. Questo perché si basano sulle molecole del sistema che hanno un effetto fisico, e a pressioni più basse non ce ne sono abbastanza per creare un effetto misurabile. Essi comprendono:

Piezo - misura accurata del vuoto e della sovrapressione fino a circa 1 mbar, a quel punto la precisione va alla deriva

Quadrante meccanico: fornisce un'indicazione visiva della pressione, così utile nelle applicazioni in cui è utile avere un display locale

Capacitivi: altamente accurata, in grado di misurare dall'atmosfera a 10-4 mbar

Indicatori indiretti

Gli indicatori indiretti spesso si basano su due metodi, il trasferimento termico o la ionizzazione. Entrambi dipendono dal tipo di gas, e quindi sapere quale gas si sta misurando è importante se si desidera conoscere la pressione reale. Conoscendo il tipo di gas, è possibile applicare un fattore di correzione del gas. Questi indicatori si suddividono in tre tipi principali:

Pirani – scartamento termico – utilizzato in grado di vuoto medio, spesso come alternativa economica agli indicatori Piezo/Capacitivi dove la precisione è meno importante.

Catodo freddo – misuratore di ionizzazione – utilizzato nel vuoto medio-alto per l'indicazione della pressione.

Catodo caldo – misuratore di ionizzazione – utilizzato nel vuoto medio e ultra-alto – maggiore precisione rispetto al catodo freddo e con una gamma più ampia, il rovescio della medaglia è una maggiore potenza e una suscettibilità all'afflusso di vibrazioni / aria d'urto.

Con gli indicatori indiretti c'è un'altra sottosezione che è Attiva e Passiva. La maggior parte degli indicatori che vedi sul mercato sono attivi, equipaggiati con elettronica per eseguire l'elaborazione del segnale per dare un semplice 0-10 V o altra uscita a bordo. Tuttavia, in ambienti con grandi quantità di radiazioni, questo causerebbe danni alla parte elettronica. In queste circostanze, è possibile ottenere versioni dei misuratori con l'elettronica installata in un controller che può essere posizionato lontano dall'area irradiata. Ma questo è un altro argomento.

Correlato: Scopri di più sensori per vuoto e su quanto siano sensibili a una serie di influenze esterne in questo post sul blog di Vacuum Science World, Sette fattori che influenzano la sensibilità delle teste di misura.

Livello di vuoto e precisione

Il livello di vuoto è forse la considerazione più critica.

Influisce su ciascuno degli altri fattori, in quanto ovviamente è necessario un sensore che misuri alla pressione di lavoro. Le classificazioni e gli intervalli tipici includono:

  • Vuoto scarso: dall'atmosfera superiore a 1 mbar
  • Vuoto medio: da 1 mbar a 10 -3 mbar
  • Vuoto alto: da 10 -3 mbar a 10 -9 mbar
  • Vuoto ultra-alto: da 10 -9 mbar a 10 -12 mbar

Sono necessarie diverse tecnologie di sensori per ottenere diversi range di vuoto. A seconda del livello di vuoto target, potrebbe essere necessario un mix di indicatori per ottenere misurazioni su tutta la gamma di pompaggio.

Indicatori di vuoto scarso o medio : esistono molte opzioni, con opzioni dirette e indirette, quindi conoscere i requisiti di processo è vitale per scegliere il giusto calibro.

Indicatori di vuoto alto e ultra-alto – esistono un pò meno opzioni, con l'area dominata da indicatori di tipo Catodo caldo o Catodo freddo, entrambi indicatori indiretti.

In generale, gli indicatori che operano nel vuoto scarso o medio hanno una precisione maggiore rispetto a quelli che operano nel vuoto medio-alto, e anche gli indicatori diretti sono più accurati degli indiretti. Gli indicatori diretti di solito hanno una precisione compresa tra lo 0,2 e il 2%, con la loro precisione che diminuisce man mano che la pressione scende. Gli indicatori indiretti variano generalmente tra il 10% e il 30% a seconda del tipo di prodotto, ma hanno una precisione costante tra le loro gamme.

Pertanto, a seconda di ciò per cui si intende utilizzare il misuratore, è necessario scegliere la sezione trasversale destra della precisione e del grado di vuoto desiderato.

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Impatto del processo o dell'applicazione sul misuratore

Il modo in cui i processi possono influire sui sensori gioca un ruolo significativo nella selezione. L'impatto dell'applicazione sulla tecnologia delle teste di misura selezionate deve essere valutato attentamente, nonché il potenziale impatto di: 

  • Polvere o detriti dal processo
  • Gas corrosivi come cloro o miscele acide in presenza di vapore acqueo
  • Sfiato frequente
  • Vibrazioni
  • Radiazione di particelle o raggi X
  • Campi magnetici ed elettrici

Ad esempio, gli indicatori Pirani sono adatti per molte applicazioni di vuoto scarso e medio, come ad esempio:

  • Ricerca e sviluppo
  • Strumenti analitici
  • Attività industriali e di rivestimento
  • Liofilizzazione
  • Ingegneria di processo

D'altra parte, i misuratori capacitivi forniscono un'elevata precisione misurando elettricamente le piccole deformazioni su una membrana del diaframma causate dalle fluttuazioni dei livelli di vuoto. Tuttavia, con grande precisione arriva un costo maggiore e anche un intervallo di misurazione più mirato. Quindi perché è importante sapere di cosa hai bisogno dal tuo sistema di misurazione.

Interfaccia nel sistema

Ogni misuratore di vuoto emetterà un segnale. Tuttavia, con la proliferazione delle interfacce di comunicazione può essere un campo minato sapendo quale segnale è meglio. La maggior parte delle applicazioni utilizza un semplice segnale 0-10 V che può essere convertito in una pressione usando una semplice equazione. Questo è il modo più semplice per creare un sistema, anche se alcune applicazioni industriali utilizzano ancora una produzione di 4-20 mA.

Tuttavia, con la crescente necessità di protocolli di comunicazione digitale per la raccolta dei dati stanno diventando comuni direttamente sulla testa di misura stesse, invece che tramite un convertitore hub. Questi includevano RS232/RS485, EtherCAT, Profibus, Ethernet IP, e altri ancora.

Costi e manutenzione

Come accennato in precedenza, sapere quale grado di vuoto si desideri misurare è importante, ma tutti hanno un budget. Potresti volere una precisione dello 0,1%, ma se riesci a ottenere una precisione dell'1% per la metà del costo potrebbe essere importante considerare ciò di cui hai effettivamente bisogno per far funzionare e monitorare il tuo sistema.

I punti principali che influenzano il costo sono l'accuratezza e l'intervallo di pressione:

  • Precisione: come ci si aspetterebbe, l'elevata precisione di solito aumenta i costi. Ciò è particolarmente vero quando nel vuoto scarso /medio con indicatori di capacità è significativamente più costoso degli indicatori Piezo.
  • Gamma di pressione: spesso per misurare un intervallo di pressione più ampio, due tipi di sensori potrebbero essere utilizzati insieme o integrati in uno, con un costo più elevato per il misuratore integrato 

Conclusioni:

Fare la scelta giusta per un'efficace generazione di vuoto richiede una comprensione dei livelli di vuoto e dei dati desiderati. Anche le esigenze, i costi e la manutenzione del livello del vuoto hanno un impatto sulla scelta del sensore di vuoto.

Può sembrare scoraggiante, ma esaminando attentamente i requisiti del sistema, le opzioni possono essere facilmente ristrette il calibro necessitato, di cui abbiamo una gamma molto ampia per soddisfare ogni esigenza di processo.

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Tags: Ricerca e Sviluppo

Su Raffaele Mucciato

Raffaele Mucciato
L'Ing. Raffaele Mucciato è parte del team di Leybold Italia dal 2017 ed è il responsabile per la zona del centro-sud Italia. Dislocato a Roma è originario della Puglia ed è laureato in ingegneria dei materiali all’Università degli studi di Lecce, ed eppur avendo una conoscenza ampia e generale delle applicazioni in vuoto, fornisce un contributo importante grazie alla profonda conoscenza delle nanotecnologie e delle applicazioni RD che usano alto e ultra-alto vuoto. Nel suo tempo libero Raffaele pratica la corsa e si dedica alla propria famiglia.

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