Гідростатичні вакуумметри

Даний тип вакуумметрів поділяється на рідинні та компресійні.

Рідинні вакуумметри – це прилади, принцип роботи яких оснований на використанні закону сполучених рідин. Найпростішими рідинними перетворювачами є вакуумметри з відкритим та закритим коліном. Вакуумметри заповнюються робочими рідинами: ртуть, масло речовин.

а	б
Рисунок 4.4 – Конструкція та принцип роботи рідинних вакуумметрів з відкритим (а) та закритим (б) коліном.

. Масляні вакуумметри мають більшу чутливість оскільки густина масла приблизно в 5 раз менше густини ртуті. Однак масляні вакуумметри перед початком роботи необхідно знегажувати, оскільки масло добре розчиняє гази і пари відкачуваних

. Однак масляні вакуумметри перед початком роботи необхідно знегажувати, оскільки масло добре розчиняє гази і пари відкачуваних речовин.

Вимірювана даними вакуумметрами різниця тисків P та P_середн урівноважується стовпчиком ртуті, висотою h=|h₂-h₁|, причому ρgh=|p_середн - p|.

Вакуумметри з відкритим коліном (рис. 4.4 а) більш зручні для вимірювання тисків, близьких до атмосферного. У цьому випадку р_середн = р_атм. Тоді P=P_атм – ρgh.

Вакуумметри із закритим коліном (рис. 4.4 б), дозволяють вимірювати абсолютний тиск газу у вакуумній системі. Перед заповненням робочою рідиною необхідно отримати у закритому коліні тиск р_середн=0. Покази приладу у цьому випадку не залежать від атмосферного тиску. Тоді вимірюваний тиск P=ρgh.

Компресійні вакуумметри – принцип роботи даних приладів заснований на застосуванні закону Бойля-Маріотта при стисненні сильно розрідженого газу. Компресійний вакуумметр (рис.4.5) являє собою скляний балон 1, оснащений вимірювальною трубкою стиснення 2 із запаяним верхнім кінцем. За допомогою відгалуження 3 вимірювальна частина манометра з’єднана з робочим об’ємом і приєднується до резервуара 4 з робочою рідиною.

Рисунок 4.5 – Конструкція компресійного перетворювача:

1 – скляний балон; 2 – трубка стиснення; 3 – трубка відгалуження; 4 - резервуар

Компресійні вакуумметр звичайно заповнюють ртуттю, що виконує роль поршня при стисненні газу. Перед початком вимірювання тиск у вакуумній системі і балоні - однаковий, тому що рівень ртуті не перевищує відмітки А. Для вимірювання ртуть у вакуумметрі необхідно підняти настільки, щоб вона стисла газ і витиснула його в трубку 2. Тоді тиск стисненого газу буде р₁, а рівень ртуті зупиниться на відмітці В. У трубці 3, тиск залишається незмінним, тому в ній ртуть піднімається до більш високого рівня С. Оскільки при стисненні кількість газу, перекритого на рівні А, і його температура залишаються практично постійними, то згідно закону Бойля-Маріотта:

pV=p₁ V₁,

де р, V - вимірюваний тиск і початковий об’єм;

р₁, V₁ - тиск у трубці стиснення і кінцевий об’єм.

4.3 Теплові вакууметри

Манометричний термопарний перетворювач

Перетворювач (рис.1.4.3) є скляним або металевим корпусом, в якому на двох введеннях змонтований підігрівач, на двох інших введеннях кріпиться термопара, виготовлена з хромель-копеля або хромель-алюмеля. Термопара сполучена з підігрівачем, який нагрівається струмом, який можна регулювати реостатом і вимірювати міліамперметром. Спай термопари, що нагрівається підігрівачем, є джерелом термо-е.р.с., значення якої показує мілівольтметр.

При атмосферному тиску, при заданому робочому струмі підігрівача для даної конкретної лампи, стрілка вольтметра стоїть поблизу нуля. З курсу молекулярної фізики відомо, що в щільному газі теплопровідність не залежить від тиску.

- коефіцієнт теплопровідності;

ρ - густина газу;

u - швидкість молекул;

- середня довжина вільного пробігу молекул

- питома теплоємність газу при постійному об'ємі.

Це все справедливо до тих пір, поки довжина вільного пробігу не стає співмірна з характерними розмірами термопарного перетворювача.

При зниженні тиску зменшується теплопровідність газу, відповідно зростає температура підігрівача і збільшується термо е.р.с. Точність вимірювання тиску термопарним вакууметром істотно залежить від правильного підбору струму підігрівача. Як правило струм лампи встановлюється до розгерметизації нової лампи, або при відкачуванні перетворювача до тиску нижче 10-4 мм.рт.ст. При цьому тиску, тепловідвід по газу малий і здійснюється переважно випромінюванням (63%) і тепловідводом по вводах (37%). Таким чином калібрування термопарной лампи, (установка струму підігрівача) підбирається так, щоб стрілка мілівольтметра точно співпадала з останньою поділкаю шкали. За цих умов згідно градуювальної кривої термопарного манометричного перетворювача можна за показами мілівольтметра визначити тиск у вакуумній системі.

4.4 Іонізаційні вакууметри

Електронний іонізаційний перетворювач

Робота іонізаційних манометричних перетворювачів заснована на іонізації газу електронним потоком і вимірюванні іонного струму за яким судять про тиск.

Конструкція манометричних перетворювачів наведена на рис.1.4.4. У скляному балоні змонтована трьохелектродна система, що складається з колектора іонів, анодної сітки і прямонакального катода. На анодну сітку подається напруга +200 У щодо катода, а на циліндровий колектор -50 В. Анодна сітка виконана з вольфрамового дроту у вигляді спіралі. При прогріванні перетворювача і його знегажуванні по спіралі пропускається струм 3А.

Вольфрамовий катод перетворювача випускає електрони, які прискорюються електричним полем і рухаються до анодної сітки. Частина електронів пролітають через анодну сітку і потрапляють в простір між анодною сіткою і колектором. Оскільки колектор має негативний потенціал щодо катода електрони зупиняються і починають рух назад до анодної сітки. В результаті поблизу сітки коливаються електрони, причому перш ніж потрапити на неї, електрони здійснюють в середньому 5 коливань. При зіткненні електронів з молекулами газу відбувається іонізація молекул. Позитивні іони, що утворилися, потрапляючи на колектор, створюють в його ланцюзі електричний струм. Як показує досвід, при достатньо низькому тиску (нижче 10^{-3 мм.рт.ст.) іонний струм колектора прямо пропорційний тиску газу, тобто}

Р ~ I_{колектора}.

Нижня межа вимірювання 10^-5 Па визначається фоновими струмами в електричному колі колектора.

Фонові струми виникають або в результаті рентгенівського випромінювання анодної сітки, або як наслідок автоелектронної емісії колектора і ультрафіолетового випромінювання розігрітого катоду, що супроводжується виходом з колектора Рисунок 4.9 – Іоні за-

ційний вакуумметр з зовнішнім катодом та осьовим колектором

фотоелектронів. Рентгенівське випромінювання анодної сітки є результатом бомбардування її електронами. Автоелектронна емісія колектора з’являється під дією різниці потенціалів 200 – 300 В між колектором та анодною сіткою. Фонові струми мають однаковий напрямок разом з іонними струмами, тому дають значну похибку показів вимірювання вакууму.

Для зменшення фонових струмів було запропоновано перетворювач з внутрішнім колектором, в якому катод та колектор поміняли місцями, щоб зменшити кут в якому рентгенівське випромінювання сітки потрапляє на колектор.

Дата добавления: 2015-07-20