 |
Сравнение типов ионизационных вакуумметров
|
|
|
|
Таблица 9-3. Характеристики ионизационных вакуумметров
| Тип | Преимущества | Недостатки |
| Триодный | · Относительно надежный · Чувствительность более однородная от прибора к прибору · Хорошая чувствительность · Относительно стабилен · Активные газы приводят к относительно малым изменениям чувствительности | · Горячая нить накала · Большой коллектор – газовыделение · Обнаруживает медленный дрейф чувствительности · Чувствительность к магнитным полям · Нелинейность при низких температурах |
| Байара-Альперта | · Достаточная чувствительность · Линейная характеристика до низких давлений | · Горячая нить накала · Обнаруживает непредсказуемые изменения чувствительности, в особенности после воздействия активных газов · Может быть чувствительным · Чувствительность к магнитным полям · Переменная чувствительность от прибора к прибору · Дорогостоящий |
| Пеннинга | · Надежный · Отсутствие горячей нити накала · Высокая чувствительность · Относительная дешевизна | · Возможен затруднительный запуск при низких давлениях · Разряд может гаснуть при низких давлениях · Возможны различные режима разряда, что может привести к непредсказуемым характеристикам, особенно при низких давлениях · Нелинейная характеристика · Наличие магнитного поля · Высокая скорость накачки |
| Обращенный магнетрон | · Надежный · Начинает работать при более низких температурах, чем вакуумметр Пеннинга · Менее подвержен изменениям при режиме разряда · Разряд поддерживается при низких давлениях · Высокая чувствительность | · Наличие магнитного поля · Высокая скорость накачки · Нелинейная характеристика |
Безопасность
|
|
|
Общие сведения
Во время промышленной революции многие инженеры и ученые начали понимать значение энергии, получаемой от какого-то объема сжатого газа и сравнительную легкость, с которой эту энергию можно было получать. Однако такая видимая легкость получения энергии часто сопровождалась множеством случаев взрывов котлов. Безопасность стала главным движущим фактором первых попыток измерения давления и остается важнейшим фактором сегодня [14, 22].
Запасенная энергия
Возможность вредных последствий в случае отказа барической системы зависит от количества энергии, запасенной в системе во время ее отказа. Эта энергия сохраняется в трех основных формах: энергия сжатия – это энергия, запасенная в рабочей жидкости, в результате ее сжатия до рабочего давления. Ее вклад в запасенную энергию является основным и она гораздо выше для газов, чем для жидкостей; энергия деформации - это энергия, запасенная в механических элементах, трубопроводах, резьбе и прокладках вследствие их деформаций под влиянием давления. Химическая энергия – это энергия, запасенная в химических веществах, содержащихся в барической системе, которая может высвободиться, если система откажет. Например, если система содержит горючий газ, например, водород, то газ может взорваться или воспламениться при отказе системы.
Запасенная энергия является суммой энергий сжатия, деформации и химической энергии вместе с любыми другими средствами хранения энергии. С практической точки зрения, если система содержит инертную жидкость, то разумно предположить, что запасенная энергия равна энергии сжатия.
Энергия сжатия веществ, особенно газов, меняется с давлением. Следует заметить, что для жидкостных (гидравлических) систем, неверно предполагать, что запасенная энергия пренебрежимо мала. Это может быть справедливо для малых систем, но редко верно для высоких давлений и часто неверно для систем с большим объемом под малым давлением. Вакуумные системы являются другим особым случаем. Реально они являются барическими системами, как и любые другие, но находятся под внешним давлением, а не внутренним. Перепад давления через стенку вакуумной системы можно принять равным 100 кПа и нужно отметить, что имеется незначительная разница в запасенной энергии между системой откачанной до 1000 Па или до 10-6 Па.
|
|
|
Трубчатый манометр– это часто относительно слабая часть системы и нужно использовать только безопасные манометры для измерения высоких давлений. Они имеют металлическую пластину, установленную позади циферблата, и срывную заднюю крышку, чтобы в случае разрушения трубки, жидкость бы выбросило в сторону от оператора. Такие манометры не должны устанавливаться задней стенкой вплотную к панели и изготовители обычно обеспечивают монтажные стойки для их установки на расстоянии от стенок. Для техпроцессов с высоким давлением, перед лицевой панелью манометра нужно устанавливать поликарбонатный лист или наблюдать за показаниями по замкнутой системе ТВ контроля.
Режим отказа
Последствия отказа барической системы зависят от способа ее отказа. Два основных режима отказа – это хрупкое разрушение и вязкое разрушение. Хрупкое разрушение – это очень быстропротекающий процесс, при котором отказываемый элемент разрушается на большое число малых кусков. Разрушение стекла является хорошим примером. Каждый кусок сосуда или элемента, который отказывает, становиться снарядом, вылетающим с большой скоростью из точки отказа. Эти скорости обычно равны 50– 250 м/с и требуется защитная оболочка для удержания кусков. Если система находится под давлением газа, то хрупкое разрушение приводит к взрывной волне, распространяющейся по воздуху от точки отказа со звуковой скоростью (примерно, 300 м/с). Эта взрывная волна характеризуется увеличением давления (положительный импульс), за которым следует падение давления (отрицательный импульс). Прохождение взрывной волны приводит к большим местным деформациям объектов, с которыми она сталкивается, но в идеальном случае после прохождения волны не наблюдается факт чистого перемещения. Локальная деформация приводит к разрушениям от действия взрывной волны.
|
|
|
Вязкое разрушение – это относительно медленный процесс, сопровождающийся значительной величиной упругой деформации сосуда или элемента, которые отказывают. Он обычно приводит к появлению вздутия на стенке трубы с последующим осевым разрывом вдоль вздутия. Существует вероятность отрыва целой секции трубы, но обычно осевой разрыв прекращается до наступления этого. Взрывная волна не формируется в системе с отказом под действием вязкого разрушения, невзирая на то, заполнена ли она газом или жидкостью. При прочих равных условиях, не нужно ограждать систему, которая отказывает под воздействием вязкого разрушения, но весь вопрос заключается в том, чтобы знать какой режим разрушения будет иметь место.
Итак, вязкое разрушение менее опасно, чем хрупкое разрушение и большинство элементов барических систем рассчитано на такое разрушение. Однако имеются две дополнительные переменные, которые нужно учесть. Во-первых, материалы переходят от хрупкого состояния к вязкому при понижении температуры. Это наиболее заметно для углеродистых сталей и менее заметно для нержавеющих сталей (у которых температура перехода ниже). Во-вторых, имеется зависимость между жесткостью (склонностью к быстрому развитию трещины) и прочностью на растяжение материала. Материалы, которые очень прочные и твердые, склонны к хрупкому разрушению (например, закаленные сверла), тогда как менее прочные материалы (например, мягкая сталь) склонны к вязкому разрушению. Следует подчеркнуть, что сварка это процесс, который меняет как состав, так и тепловую историю материалов и может привести к охрупчиванию. Сварку нельзя применять для элементов, работающих под давдением свыше 50 МПа, если только очень тщательные металлургические исследования не покажут, что это возможно.
Высокобарические системы часто должны быть выполнены из высокопрочных материалов, которые хрупки и могут отказать под воздействием хрупкого разрушения. В большинстве случаев системы, работающие под давлением выше 0,1 ГПа, должны быть ограждены, как и многие газонаполненные системы, работающие при более низких давлениях.
|
|
|
Циклические изменения давления в элементе могут привести к усталостному разрушению. Датчики давления, применяющие тонкие мембраны или трубки, отклонение которых измеряют, особенно чувствительны к такому типу разрушения. Необычные условия циклических нагрузок могут иметь место вблизи возвратно-поступательных насосов или компрессоров. При этих условиях датчики должны быть оснащены амортизаторами (гидравлическими демпферами) для минимизации амплитуды пульсаций.
Трещинообразование под воздействием окружающей среды (под влиянием коррозии) является следствием химического взаимодействия между металлом сосуда или элемента и рабочей жидкостью, когда элемент находится под давлением (нагрузкой). Большинство жидких растворов, содержащих ионы хлора, приводят к трещинам как в углеродистой, так и в нержавеющей стали. Воздействие ртути может приводить к жидкометаллическому охрупчиванию углеродистых сталей, латуни, алюминия или монель-металла. Рост таких трещин может привести к хрупкому разрушению. Трещинообразование под воздействием окружающей среды часто связано с усталостным разрушением и оно инициирует формирование излома, который распространяется при циклическом нагружении. Это одна из частых причин низко-цикловой усталости. Временной период отказа может меняться от нескольких часов и до нескольких лет.
|
|
|
