Измерение газовых потоков и давлений

3.1. Вакуумметры

Область давлений, используемых в современной вакуумной техни­ке, 10⁵...10^-12 Па. Измерение давлений в таком широком диапазоне нельзя обеспечить одним прибором. Приборы для измерения общих дав­лений называют вакуумметрами. Они обычно состоят из двух частей: манометрического преобразователя и измерительной установки. Ваку­умметры измеряют общее давление газов в вакуумной системе.

По методу измерения разделяются на абсолютные и относитель­ные. Показания абсолютных приборов не зависят от рода газа и могут быть заранее рассчитаны. В приборах для относительных измерений используют зависимость параметров некоторых физических процессов, протекающих в вакууме, от давления. Они нуждаются в градуировке по образцовым приборам.

Диапазон рабочих давлений вакуумметров:

гидростатических - 10⁵...10 Па; деформационных - 10⁵...10^-1 Па;

компрессионных - 10...10^-3 Па; тепловых - 10³...10^-1 Па;

электронных - 10...10^-8 Па; магнитных - 10...10^-11 Па.

радиоизотопных - 10⁵...10^-2 Па;

3.2. Деформационные преобразователи

К ним относятся трубчатые и мембранные преобразователи, рис. 2.34. Линейность показаний этих приборов сохраняется при небольших деформациях, поэтому приборы измеряют давления, лежащие в пределах 2...3 порядков.

Рис. 2.34.

3.3. Гидростатические преобразователи

Простейшими гидростатическими преобразователями являются жид­костные манометры с открытым и закрытым коленом. В качестве рабо­чей жидкости применяется масло, диапазон рабочих давлений 10⁵ ...10 Па, и ртуть, диапазон рабочих давлений 10⁵...10³ Па. Мано­метры с открытым коленом удобны для измерения давлений, близких к атмосферному. В манометре с закрытым коленом перед заполнением ра­бочей жидкостью получают давление Р_ср=0, что позволяет непосредс­твенно измерять абсолютное давление газа в вакуумной системе. В этом случае показания прибора не зависят от атмосферного давления. При измерении малых давлений манометр с закрытым коленом имеет меньшие габариты, чем манометр с открытым коленом.

Гидростатические манометры с предварительным сжатием газа на­зываются компрессионными. Диапазон измерения компрессионных мано­метров 10...10^-3 Па.

3.4. Тепловые преобразователи

Принцип действия тепловых преобразователей основан на зависи­мости теплопередачи через разреженный газ от давления. Передача теплоты происходит от тонкой металлической нити к баллону, находя­щемуся при комнатной температуре. Металлическая нить нагревается в вакууме путем пропускания электрического тока.

Существует два вида тепловых преобразователей: термопарный и сопротивления, рис. 2.35. Оба имеют одинаковую чувствительность к различным газам.

Рис. 2.35.

Оба преобразователя могут работать как в режиме постоянного тока накала, рис. 2.36, так и в режиме с постоянной температурой нити, рис. 2.37.

3.5. Электронные преобразователи

Принцип действия основан на пропорциональной зависимости меж­ду давлением и ионным током, образующимся в результате ионизации термоэлектронами остаточных газов. Существуют две схемы: с внут­ренним и внешним коллектором.

Схема с внутренним коллектором аналогична обычному триоду, рис. 2.38. Коллектором ионов является сетка, на которую относительно катода подается отрицательное напряжение в несколько десятков вольт, а на анод - положительное напряжение 100-200 В. Электроны на пути от катода к аноду (ток Ie) соударяются с молекулами остаточных газов, и образовавшиеся положительные ионы попадают на сетку, создавая ионный ток Iи, измеряемый гальванометром.

Рис.2.38.

В схеме с внешним коллектором потенциалы сетки и анода меня­ются местами, и коллектором становится анод, рис.2.39. Электроны, летящие от катода к сетке, совершают вокруг ее витков ряд колебаний, что уве­личивает длину траектории электронов и повышает вероятность иони­зации молекул остаточных газов. Это делает схему с внешним коллектором более чувствительной, несмотря на то, что часть положительных ионов, образовавшихся между сеткой и катодом, не участвует в измерении давления

Рис. 2.39.

Дата добавления: 2014-01-13