III. Экспериментальная часть.
3.1. Описание лабораторной установки.
Внешний вид установки для данной лабораторной работы приведен на рис. 7.2.
Рис. 7.2. Экспериментальная установка.
В состав лабораторной установки входят следующие компоненты:
– Компрессионный манометр;
– Механический масляный насос;
– Термопарный манометр ПМТ-4М;
– Вакуумметр ВИТ-2;
– Вентиль-натекатель.
Компрессионный манометр (1) соединяется с вакуумной системой, которая откачивается с помощью механического масляного насоса (5). К системе также подключены термопарный манометр ПМТ-2 (2) и вентиль-натекатель (3). Измерение вакуума термопарным преобразователем ПМТ-2 проводится с помощью вакуумметра ВИТ-2 (4).
Данная лабораторная установка позволяет сравнить показания компрессионного и термопарного манометров во всем диапазоне давления, в котором работают термопарные манометры. С помощью вентиля-натекателя (3) можно проводить измерения в условиях стационарных значений давления в пределах указанного диапазона, что достигается при дозированном натекании газа и одновременной откачке системы. Вентиль-натекатель позволяет вводить в систему не только воздух, но и другие газы из резиновых камер, предварительно заполняемых необходимым газом, чаще всего инертным: Ar, He, Kr; а затем присоединенных к натекателю. Таким образом, можно изучить влияние природы газа на показания термопарных манометров.
3.2. Методика измерения.
В данной работе используется укороченный манометр, где рабочая жидкость находится под давлением ниже атмосферного. В качестве рабочей жидкости используется вакуумное масло ВМ-4; при этом масло растворяет газы, в частности воздух, поэтому перед измерением необходима тщательная дегазация масла. Окончание дегазации приводит к прекращению выделения пузырей и отклонению стрелки манометра ПМТ-2.
Процесс дегазации масла происходит во времени откачки всей системы. При необходимости ввода воздуха в систему следует перекрывать зажим 11. Зажим 11 можно постепенно открывать только после откачки воздуха из установки, не допуская выбросов масла из бачка в систему.
Для проведения измерения бачок необходимо поднять в положение 8 и удерживать на таком уровне, чтобы масло в капилляре 2 дошло до отметки I , II или III. При этом уровень масла в капилляре 3 должен быть на ровном вертикальном участке. Если в системе остается слишком высокое давление, то уровень масла в капилляре 2 достигает отметки I только при переполнении капилляра 3. В противном случае, если в системе очень низкое давление, то можно сжимать газ до отметки II или III. Выбирать степень сжатия следует так, чтобы разность уровней составляла 20-50 мм. При меньшей разности уменьшается точность отсчета, а при большей – ускоряется растворение сжатого газа в масле. По этой же причине сразу после измерения бачок надо снова опустить в положение 7 и снова дегазировать масло перед последующим измерением.
Для метода линейной шкалы давление определяется по формуле:
(7.5)
Где P – давление в системе, мм рт. ст.;
V1 – объём шара, капилляра и части соединительной трубки между шаром и уровнем 12;
V2 – объем капилляра до данной метки, заполненный воздухом;
м – плотность масла, равная 0,9 г/см3;
рт – плотность ртути, равная 13,8 г/см3;
h – разница высот уровней жидкости в капиллярах 2 и 3.
Для метода квадратичной шкалы давление определяется формулой:
(7.6)
где d – внутренний диаметр капилляра.
Все величины, характерные для данного манометра, устанавливаются предварительно до соединения манометра с установкой.