14. 3. Рідинні манометри

Тиски в межах 1… 760 Торр можна вимірювати дуже простими манометрами такими, як барометрична трубка. Щоб визначити тиск у вакуумній системі, необхідно спочатку визначити атмосферний тиск допоміжним манометром, а потім встановити різницю h між рівнями рідини (рис. 14.4, а). Різниця тисків атмосферного і у вакуумній системі дорівнює

, (14.1)

де g – прискорення земного тяжіння; – густина рідини: якщо рідиною буде ртуть, то тиск отримаємо безпосередньо в одиницях Торр.

Очевидно, що виміри такого манометра залежать від атмосферного тиску. Щоб позбавитися такої залежності, використовують укорочений U – подібний манометр (рис.14.4, б), один з кінців якого заварений. Якщо такий манометр наповнити ртуттю і приварити до вакуумної системи, то тиск у ній буде визначатися різницею рівнів h за формулою

Торр. (14.2)

Чутливість такого манометра можна підвищити у 1 , якщо одне з колін зробити похилим (рис. 14.4, в). Якщо ж використати не ртуть, а масло, питома вага якого у 15 разів менша ніж у ртуті, то чутливість зросте у 15 разів.

Рис. 14.4

До позитивних якостей таких манометрів відноситься можливість безперервних вимірювань і конструктивна простота, а до негативних – крихкість скла і громіздськість.

14. 4. Компресійний манометр Мак-Леода

Серед рідинних манометрів особливо цікавим є манометр Мак-Леода (рис. 14.5), оскільки він часто використовується як еталонний. Манометр працює за законом Бойля – Маріотта. Газ вакуумної камери з низьким тиском , що вимірюється, ізотермічно стискають до високого тиску за допомогою ртуті, а потім вимірюють різницю рівнів зрівноваженого стану.

Конструктивно він виготовлений зі скла, складається з трубки 1, через яку підводиться ртуть до балона 2, з відомим об’ємом , що зверху має капілярну трубку 3 (трубку стискання), діаметром , верхній кінець якої заварений. Трубка 1 має відгалуження, що складаються з трубки порівняння 4, розміщеної паралельно до трубки стискання і такого ж діаметра, та трубки 5, яка з’єднує манометр з вакуумною системою. На трубку стискання нанесена позначка L , а на трубку порівняння – позначка K.

Вимірювання тиску починають завжди зі сполучення об’єму балона з вакуумною системою через трубку 5, тобто спочатку ртуть повинна знаходитися нижче місця з’єднання балона і трубки 5. Потім знизу поступово вводять ртуть тим чи іншим способом з резервуару (на рисунку не показано), де вона постійно знаходиться, поки рівень ртуті не досягне позначки L . Газ, що знаходився у балоні, мав такий же тиск , що і газ вакуумної системи, який необхідно визначити, але після стискання його тиск зросте до величини а об’єм зменшиться до . Тепер відповідно до закону Бойля – Маріотта можна записати, що

. (14.3)

Очевидно, що різниця тисків зрівноважується тиском стовпчика ртуті висотою h. Якщо тиски виразити в міліметрах ртутного стовпчика, тобто в одиницях Торр, то

- = h, (14.4)

тобто

= + h. (14.5)

Оскільки << h, то нехтуючи величиною у виразі для , отримаємо, що

. (14.6)

Відношення об’ємів V / , що легко визначається через геометричні розміри манометра, називають мірою стискання.

Рис. 14.5

Тепер тиск газа вакуумної системи можна знайти звичайним обчисленням.