Тепловые манометры.

Используют для измерения небольших абс. давлений (1-10³ Па). Действие основано на линейной зависимости теплопроводности газов от степени их разрежения в указанных пределах. Манометр представляет собой стеклянный баллон, внутр. полость к-рого соединена с аппаратом, где измеряется давление. Внутри баллона находится тонкая вольфрамовая нить, нагреваемая электрич. током. При изменении давления изменяется тсплоотвод от нити. Если поддерживать постоянным ток накала нити, то при изменении давления изменится ее т-ра. Изменяя силу тока так, чтобы эта т-ра оставалась постоянной, можно за меру измеряемого давления принять величину тока или напряжения, подаваемого на нить.
ИЛИ

В манометрах косвенного типа измеряемая величина, связанная с давлением газа, преобразуется в электрический сигнал, поэтому датчики этих манометров называют преобразователями.

В тепловых манометрах используется зависимость молекулярной теплопроводности газа от давления пара при высоком вакууме λ»d. Датчик любого теплового манометра представляет собой колбу с нитью, нагреваемой электрическим током. Если постоянна электрическая мощность Qэл, подведенная к нити, то температура нити зависит от давления. В стационарном состоянии при установившейся температуре нити имеет место баланс мощностей:

Qэл= Qk + Qм + Qл, (3.3)

где Qэл — мощность теплоотвода по конструктивным элементам манометра; Qл, — мощность, отводимая лучеиспусканием; Qм—мощность, отводимая от нити соударяющимися с ней молекулами.
Поскольку с ростом давления коэффициент теплопроводности газа увеличивается, то и увеличиваются Q _м. Следовательно, при Q _эл = const равновесная температура нити возрастает при понижении давления (если l ₀>> d).Поэтому в тепловом манометре измеряется температура нити и результаты измерений градуируются в единицах давления.
На рис. 3.5, 3.6 представлены конструкции наиболее распространённых типов тепловых манометров и схемы их включения. Преобразователи в зависимости от способа измерения температуры делятся на термопарные и преобразователи сопротивления.

a)	б)

Рис. 3.5. Манометрический преобразователь сопротивления ПМТ-6:
а) конструкция; б) схема измерения
1 — корпус; 2 — нить накала

Корпус преобразователя ПМТ-6 (рис. 3.5а) изготавливается из нержавеющей стали, нить накала — из вольфрамовой проволоки диаметром 10 мкм и длиной 80 мм. Манометр работает в режиме постоянной температуры нити, равной 220 ºС. При этом сопротивление нити составляет 116,5 Ом. Манометр включен в одно из плеч моста (рис. 3.5б). Изменение сигнала, свидетельствующее об изменении давления, регистрируется стрелочным прибором. При изменении давления от 10^–2 до 30 торр ток накала нити изменяется от 4 до 52 мА, а напряжение от 0,5 до 6 В.
В диапазоне давлений от 1 до 10^-3 торр наиболее широко применяются термопарные манометры (рис. 3.6).
Нить накала в этом манометре выполняет только функцию источника тепла. Лампа работает в режиме постоянного тока накала, который регулируется перестройкой балластного резистора. Давление оценивается по ЭДС. термопары (рис. 3.7). Ток накала составляет 110–135 мА и подбирается таким образом, чтобы стрелка милливольтметра точно совпадала с сотым делением шкалы.

а)	б)

Рис 3.6. Термопарный манометрический преобразователь ПМТ-2:
а) конструкция; б) схема измерения.
1 — корпус; 2 — нить накала; 3 — термопара; 4 — ввод питания

При давлении ниже 10^–3 торр показания манометра достигают асимптотического предела 10 мВ (100 делений). При этих давлениях теплоотвод по газу пренебрежимо мал, и вся подводимая мощность расходуется на излучение (~ 63%) и теплоотвод по вводам (~ 37%).

Рис. 3.7. Градуировочная кривая термопарного манометра ПМТ-2

Верхний предел термопарных манометров определяется двумя явлениями: 1) при высоком давлении нарушается условие l₀/d >> 1, и теплопроводимость газа перестает зависеть от давления; 2) при высоком давлении интенсивный молекулярный теплоотвод сильно снижает температуру нити, уменьшает разность температур нити накала и корпуса и приводит к потере чувствительности.
При токе около 120 мА лампа ПМТ-2 имеет верхний предел по давлению примерно 10^–1торр. Для борьбы с потерей чувствительности при высоком давлении достаточно увеличить температуру нити, т.е. повысить ток накала. При токе 250–300 мА лампа ПМТ-2 может измерять давления в диапазоне 10^–1 –1 торр. Для этого диапазона точное значение тока накала подбирают при атмосферном давлении, т.е. производится привязка градуировочной кривой к правому верхнему асимптотическому пределу манометра. Датчики тепловых вакуумметров не боятся прорыва атмосферы и имеют практически неограниченный срок службы.

Дата добавления: 2015-08-18