7.1.4. Косвенные методы, основанные на изменении физических свойств измеряемой среды

Для определения давления находят также применение методы, ос­нованные на зависимости от давления различных физических свойств жидкостей и газов и протекающих в них процессах.

При этом были использованы результаты исследований влияния давления на плотность и вязкость, диэлектрическую проницаемость, скорость распространения ультразвука, теплопроводность и другие свойства измеряемой среды.

В области высоких и средних давлений указанные методы широкого распространения не получили в связи с их относительной сложностью и

трудоемкостью по сравнению с другими методами (применение манга­нинового манометра сопротивления в области высоких давлений, пря­мые методы

измерений в области средних давлений).

В области вакуумных измерений указанные методы применяются практически повсеместно. Зависимость теплопроводности разреженно­го газа от давления используется в тепловых и термопарных маномет­рах; зависимость тока положительных ионов от измеряемого давле­ния — в ионизационных манометрах. Используется также зависимость от давления вязкости газа, кинетической энергии молекул, концентра­ции молекул и пр.

Наибольшее распространение в вакуумной технике (около 70 %) получили термопарные и ионизационные манометры.

Термопарный манометр (рис. 16, а) так же, как и тепловой, основан на зависимости теплопроводности разреженного газа от давления. Мано­метр содержит стеклянную или металлическую колбу 3, в которой поме­щены нагреватель 1 к впаянная в него термопара 2. Нагреватель питается от источника переменного тока, и его температура, а следовательно, и температура термопары, определяется теплоотдачей в окружающий раз­реженный газ. Чем меньше давление газа, тем меньше его теплопровод­ность и тем больше температура, а следовательно, ЭДС на выходе термо­пары, которая и является мерой измеряемого давления. Шкала прибора 4 для измерения ЭДС градуируется, как правило, в единицах давления. Данный принцип наиболее эффективен при давлениях от 0,1 до 100 Па. При давлениях, меньших 0,1 Па, все большая доля тепла передается излу­чением, а при давлениях, больших 100 Па, увеличение теплопроводности газа резко замедляется. В обоих случаях существенно уменьшается чув­ствительность прибора. Погрешность измерений составляет 10—30 %. На градуировочную характеристику существенно влияет состав газа. Поэтому для уточнения показаний термопарного манометра необходима индивидуальная градуировка.

Принцип действия ио­низационного манометра основан на зависимости от давления тока положитель­ных ионов, образованных в результате ионизации раз­реженного газа. Ионизация газа осуществляется элект­ронами, ускоряемыми электрическим или магнит­ным полями, а также по­средством излучения ра­диоизотопов. При одном и том же количестве электро­нов, пролетающих через газ, или постоянной мощ­ности излучения степень ионизации газа пропорцио­нальна концентрации его молекул, т. е. измеряемо­му давлению

Рис. 16. Термопарный манометр

В простейшем случае наиболее употребим ионизационный манометр с го­рячим катодом (рис. 16 ,б), содержащий стеклянную колбу 2, в которую впаяны анод 1 и катод 3. Благодаря разогреву катода источником постоянного тока 4, его по­верхность испускает электроны, которые разгоняются напряжением U_а между катодом и анодом и ионизируют находящийся между ними газ. Сила тока положительных ионов, измеряемая гальванометром 5, является мерой измеряемого давления

p=k ·i⁺/i^-; (26)

где k — постоянная, зависящая от конструкции прибора и состава газа. Для увеличения степени ионизации между катодом и анодом поме­щена сетка, на которую подается напряжение, сообщающее дополнитель­ное ускорение потоку электронов. Манометры этого типа охватывают диапазон от 10^-7 до 1 Па, дополняя диапазон измерений термопарного манометра. Погрешности измерений составляют также 10—30 %.