3. Опис технологічного процесу та галузі впровадження

Вакуумні вимірювання - це вимірювання фізичних величин, які характеризують вакуум як розріджений стан газу і визначають собою хід процесів отримання, підтримання і зміни цього стану.

Найбільш часто застосовуємою кількісною характеристикою вакууму є абсолютний тиск розрідженого газу. Початком відліку абсолютного тиску служить тиск, рівний "абсолютного нуля". Останнє поняття є умовним, тому що при відкачуванні об'єкта, ще задовго до досягнення 'абсолютного нуля "саме поняття тиск втрачає сенс через порушення умов статистичної рівноваги молекул. Практично ж за "абсолютний нуль" у кожному конкретному випадку приймають такий тиск, значенням якого можна знехтувати при "порівнянні з абс

Від абсолютного тиску слід відрізнити так званий надлишковий тиск, початком відліку якого служить атмосферний тиск - абсолютний тиск атмосферного повітря. Співвідношення між надлишковим (Ризб) абсолютним (Рабс) і атмосферним _(Ратм) тиском має вигляд:

_{(Ризб=Рабс-Ратм) (1)}

У техніці в якості кількісної характеристики вакууму іноді застосовують не величину абсолютного тиску, а різницю(Рвак)між атмосферним тиском і абсолютним тиском в об'єкті, яку називають вакуум або розрідження: _{(Рвак=Ратм-Рабс)} (2)

Ця величина придатна лише для оцінки так званого грубого вакууму. Методи та засоби вимірювання грубого вакууму в подальшому викладі не розглядаються.

Найбільш часто застосовується у вакуумній техніці одиниця тиску - міліметр ртутного стовпа (мм рт. ст.) – це тиск газу, врівноважуєме

гідростатичним тиском стовпа ртуті заввишки 1 мм при 0°С і нормальному прискоренні вільного падіння = 9,80665 м/с². У зарубіжній літературі цю одиницю часто називають Торр.

У Міжнародній системі одиниць (СО) використовується одиниця тиску, яка називається паскаль (Па). 1 паскаль - це тиск, який чинить сила в 1 ньютон (Н), рівномірно розподілена по нормальній до неї поверхні площею 1 м². 1Па = 1 Н/м² = 0,0075 мм рт. ст.

Зворотне співвідношення: 1 мм рт. ст. = 133,322 Па.

Таким чином, наприклад, тиск 750 мм рт. ст. рівний тиску 10⁵ Па (або 100 кПа).

Коли хід процесів у вакуумі залежить від роду газів, що знаходяться в системі, необхідно знати не тільки повний (сумарний) тиск газів у вакуумній системі, але й їх склад, тоді вимірюють парціальні тиски всіх газів в системі. При визначенні характеристик всіляких засобів відкачування, при випробуванні різних вакуумних об'єктів на герметичність, а також при контролі технологічних процесів і проведенні низки наукових експериментів у вакуумних установках велике значення мають вимірювання кількості газу, відкаченого з вакуумного об'єкта (що надходить в об'єкт), або що проходить через поперечний переріз трубопроводу за одиницю часу. Ця кількість газу, яку у вакуумній техніці прийнято вимірювати в особливих одиницях - у відтворі тиску газу на займаний ним об'єм _(pv), називають потоком газу_(Q): Q=

Для вимірювання повних абсолютних тисків у вакуумних системах зазвичай застосовують такі методи:

1. Гідростатичний. Вимірювальний тиск врівноважується гідростатичним тиском стовпа рідини (наприклад, ртуті), і потім вимірюється висота стовпа рідини із застосуванням для цього різних способів. Для вимірювання дуже малих тисків застосовується попереднє стиснення газу в певне число разів.

2. Механічний. Вимірювальний тиск впливає на який-небудь пружний елемент (мембрану, сільфон, трубку Бурдон), деформація якого служить критерієм тиску і вимірюється оптичним або електричним методом. При іншому способі вимірювання, пружний елемент примусово повертається у вихідне положення; в останньому випадку критерієм тиску служить компенсуюча сила або яка-небудь інша величина, пов'язана з силою функціональною залежністю, «наприклад» напруга, сила струму).

3. Тепловий. Використовується залежність теплопровідності розрідженого газу від його тиску. Для цього нагріваємий електричним струмом провідник поміщається в трубку, що вводиться в об'єкт, в якому необхідно виміряти тиск, з дотриманням заходів, що забезпечують вакуумну щільність. У цьому випадку, молекули газу здійснюють перенесення тепла від провідника на стінки трубки. При постійній силі струму розжарювання критерієм тиску служить температура провідника (точніше, яка-небудь інша величина, пов'язана з температурою функціональною залежністю). При постійній же температурі провідника значення тиску визначається за силою струму розжарювання або падінням напруги на провіднику.

4. Іонізаційний. Прискореними термоелектроннами або радіоактивними частинками відбувається іонізація газу, тиск якого необхідно виміряти. Сила струму утворених позитивних іонів на колектор, що знаходиться під негативним потенціалом щодо всіх інших електродів, в широких межах пропорційна тиску (точніше, концентрації молекул газу).

5. Магніторозрядний. Електродна система, що знаходиться в магнітному полі і що складається з холодного катода і анода, на який подано висока напруга, міститься у вакуумний об'єкт, де необхідно виміряти тиск. Показником тиску (концентрації молекул) служить сила розрядного струму. У деяких окремих випадках вдається досягти лінійної залежності сили розрядного струму від тиску (концентрації молекул).

6. Вакуумметри низького абсолютного тиску, що застосовуються для управління різними технологічними процесами, повинні

забезпечувати вимірювання в досить широкому діапазоні (при цьому часто буває необхідно вимірювати значення тиску декількох порядків в межах однієї шкали приладу), забезпечувати можливості дистанційного управління, подачу певних команд при заданих значеннях тиску, мати вихід на ЕОМ (АСУ ТП), володіти високою надійністю та довговічністю. Вимоги до погрішностей досить суперечливі; з одного боку, технологам часто буває достатньо знати тільки порядок значення тиску, а з іншого боку, застосування АСУ ТП для управління відкачуванням вимагає чіткої узгодженості роботи всіх елементів системи, отже, велика розбіжність в показаннях приладів, встановлених на послідовних ступенях одного процесу відкачування, може привести до істотного порушення нормальної роботи всієї системи з наслідками, що випливають звідси наслідками.

4. Найбільш жорсткі вимоги до точності вимірювання низьких абсолютних тисків пред'являє космічна техніка, де, як стверджують фахівці, необхідно знати тиск з похибками не більше десятих часток відсотка (у діапазоні тиску вище 10^-3 мм рт. ст 10^-1 Па).

5. Теплові методи. Рівняння вимірювання тепловими вакуумметроми може бути отримано з умови рівноваги між тепловою енергію _W, що виділяється при пропущенні по провіднику електричного струму, і втратами тепла, зумовленими: 1) теплопровідність газу, молекули якого переносять тепло від нагрітого провідника на стінки балона ; 2) теплопровідністю вводів, до яких приєднаний провідник ( ); 3) випромінюванням тепла в навколишній простір_{( )}: _{W=Wm + Wb + Wu}

Анализируемьій розчин