Лекція чотирнадцята вимірювання низьких тисків

14.1. Класифікація манометрів

С

Рис.14.1

учасна вакуумна техніка дозволяє отримати тиск у вакуумній камері ~ Торр. Діапазон тиску від цього значення до величини атмосферного тиску (~ Торр) складає 18 порядків. Забезпечити вимірювання якимось одним універсальним приладом у такому широкому проміжку тисків неможливо.

Прилади, за допомогою яких вимірюється тиск, називаються манометрами. Манометри для низьких тисків ще називають вакууметрами, хоча взагалі останні складаються з двох частин: манометричного перетворювача і вимірювального блока. Абсолютним манометром називають такий, яким тиск вимірюється безпосередньо, тобто шкала якого може бути розрахована. Більшість манометрів не є абсолютними, а приладами непрямих вимірів, тобто тиск визначається на основі того чи іншого фізичного явища за допомогою відповідного перетворювача.

За принципом роботи манометри (вакууметри) розділяються на такі типи: рідинні, деформаційні, копресійні, теплові та іонізаційні; останні, в свою чергу, поділяються на електронно-іонізаційні, магнітні електророзрядні та радіоізотопні. На рис. 14.1 наведені межі тисків, в яких можна проводити вимірювання манометром того чи іншого типу.

14. 2. Деформаційні манометри

У деформаційних манометрах вимірюється різниця тисків між опорним і надлишковим, що викликає деформацію пружного чутливого елемента під дією з одного боку надлишкового тиску.

Пружні чутливі елементи за типом поділяються на трубчаті, мембранні й сильфонні.

Прикладом трубчатого манометра є деформаційний манометр, головний елемент якого - це спіральна трубка – трубка Бурдона (рис.14.2). Спіральна трубка 1 порожниста, відкритим кінцем через штуцер 2 приєднується до вакуумної системи, таким чином, на зовнішню сторону трубки завжди діє атмосферний тиск. При відкачці повітря з трубки вона починає скручуватися під дією атмосферного тиску, оскільки при різних радіусах кривизни площа її зовнішньої і внутрішньої поверхонь будуть різними. Рухомий запаяний кінець трубки почне переміщуватися ближче до нерухомого, що викликає під дією зубчастого механізму 3 поворот індикаційної стрілки проти напряму руху годинникової стрілки. Число n поділок шкали, де зупиниться стрілка, покаже різницю між атмосферним тиском і тиском всередині трубки, тобто тиск у вакуумній системі буде: = - n. Шкала таких манометрів поградуйована у відносних одиницях. Якщо у вакуумній системі тиск буде рівним атмосферному, то стрілка буде вказувати на нульову поділку.

Ч

Рис.14.2

Рис.14.3

утливим елементом може бути тонка пружна мембрана або сильфон, що виконує таку ж функцію, як і мембрана. У мембранному манометрі (рис. 14.3) мембрана 1 герметично ділить об’єм манометра на дві частини, одна з яких приєднується до вакуумної системи, а в другій створено опорний постійний низький тиск: = Торр. З метою збільшення чутливості і зменшення впливу коливань зовнішньої температури мембрану виготовляють з гофрами 2. Для здійснення вимірювань використовують ємнісний збалансований міст Уітсона, одним з плеч якого буде ємність між мембраною і нерухомою пластиною-електродом 3, відділеним від корпуса манометра (другий електрод), герметизованим ізолятором 4.

Трубчасті деформаційні манометри мають низьку чутливість, ними можна вимірювати тиски, не нижчі ~ 7 Торр, тоді як мембранними вимірюються тиски в межах 760 … Торр. Слід також відмітити такі позитивні якості мембранних манометрів на відміну від трубчатих, як незалежність вимірів від атмосферного тиску і від роду газу.