1.8. Градуировка преобразователей для измерения общих давлений

Преобразователи для косвенных измерений давления, показа­ния которых не могут быть рассчитаны с необходимой для прак­тики точностью, градуируются путем сличения их показаний с по­казаниями образцовых приборов: механических преобразователей и компрессионных манометров. К таким преобразователям отно­сятся тепловые, электронные, магниторазрядные и радиоизо­-топ­ные.

Приборы для измерения давления, используемые в качестве исходных для градуировки всех других приборов, называются об­разцовыми средствами измерения первого разряда. Их постоянные или градуировочные кривые рассчитывают по размерам преобразователей и другим значениям, входящим в из­мерительное уравнение. Приборы, используемые в качестве образ­цовых, предварительно проградуированные по другим образцовым приборам, называют образцовыми средствами измере­ния второго разряда. Образцовые средства измерения пер­вого разряда имеют погрешность градуировки не более 1...5 %, второго разряда – до 10...15 %.

Для расширения диапазона давлений, в котором осуществляет­ся градуировка по образцовым приборам, можно использовать ме­тоды изотермического расширения и деления потока.

Метод изотермического расширения состоит в том, что камеру малого объема, давление в которой предварительно измеряется образцовым прибором, соединяют с камерой большего объема, начальное давление в которой можно принять равным нулю. По закону Бойля – Мариотта легко подсчитать конечное давление.

Дальнейшее понижение давления можно получить, увеличивая число ступеней рас­ширения. При этом важно учесть ошибки, связанные с натеканием, сорбционными процессами на стенках камер и откачива­ющим действием градуируемого преобра­зователя. Эти ошибки определяют нижний предел градуируемого давления. Дополни­тельная погрешность измерения давления, связанная с точностью измерения объемов, обычно не превышает 0,5 %. Этот метод часто используется в диапазоне давлений 10^–2...10^–3 Па, когда натеканием и газовыделением в калиброванном объеме мож­но пренебречь.

При низких давлениях (< 10^–7 Па), когда невозможно непосредственное сличе­ние показаний градуированного прибора и компрессионного манометра, можно воспользоваться методом де­ления потока.

Метод деления потока состоит в том, что в динамической ва­куумной системе поток газа, проходящий через последовательно соединенные ячейки (первая из которых показана на рис. 1.13), постепенно уменьшается за счет работы вспомогательных вакуум­ных насосов. Уравнение потоков для такой ячейки:

Q = Q₁ + Q₂, (1.14)

где Q = U₁/(р₀ – р₁) – поток газа, поступающий в ячейку через тру­бопровод с проводимостью U₁ при разности давлений на его кон­цах р₀ и р₁; Q₁ = S₁p₁ – поток газа, откачиваемый вспомогатель­ным насосом, подключенным к ячейке и имеющим эффективную быстроту откачки S₁; Q₂ = U₂/(р₁ – р₂) – поток газа, удаляемый из ячейки через трубопровод с проводимостью U₂ при разности дав­лений на его концах р₁ и р₂.

С учетом выражений для Q, Q₁ и Q₂ уравнение (1.14) можно представить в виде

U₁(р₀ – р₁) = S₁p₁ + U₂(р₁ – р₂),

откуда

р₁= (U₁р₀ + U₂р₂) / (S₁ + U₁ + U₂). (1.15)

Если конструктивно обеспечить, чтобы S₁ >> U₁ + U₂, а U₁р₀ >> U₂р₂, то р₀ >> р₁ >>р₂ и выражение (1.15) можно упростить:

_{В ряду последовательно соединенных ячеек давление постепен­но снижается от ячейки к ячейке и для n-й ячейки может быть определено по формуле причем давление р0 можно измерить компрессионным манометром.}

Рис. 1.13. Ячейка ваку­умной системы для гра­дуировки манометриче­ских преобразователей методом деления потока

Недостатком этого метода является то, что для его реализации нужны насосы с очень низким предельным давлением и большой быстротой действия, так как для получения стабильного значения S_i, где i = 1, 2,... , n, насос подключается к камере через диафраг­му и соблюдается условие S_n >> S_i.

При градуировке по методу деления потока ошибками, связан­ными с натеканием и сорбционными процессами, можно прене­бречь до тех пор, пока газовый поток в градуировочной камере не будет существенно превышать суммарное натекание и газовы­деление. Использование насосов с большой быстротой откачки по­зволяет осуществить градуировку манометрических преобразовате­лей с погрешностью 4...5 % до самых низких давлений.