3.Средства измерения вакуума

Манометры для измерения давления ниже атмосферного часто называют вакуумметрами. В вакуумной аппаратуре, используемой на металлургических заводах, наиболее широкое применение нашли деформационные, теплоэлектрические и ионизационные вакуумметры. В деформационных вакуумметрах чувствительным элементом является тонкостенная серповидная трубка Бурдона, мембрана или сильфон. При изменении перепада давлений внешнего (атмосферного) и внутреннего (соответствующего давлению в измеряемой системе) изменяется радиус кривизны трубки, прогиб мембраны или сильфона. Эти деформации обычно очень малы, поэтому, как правило, используют усиливающие устройства, увеличивающие показания стрелки. Такими усиливающими устройствами могут быть механические системы, индукционные, емкостные датчики и др. Деформационные вакуумметры позволяют измерять вакуум в интервале 101 200 — 133,3-104 Па (760 — 104 мм рт. ст.), однако наибольшей чувствительностью они обладают в области сравнительно высоких давлений и их применяют в основном для измерения давления от 101 200 до 133,3 Па (от 760 до 1 мм рт. ст.). Принцип работы теплоэлектрических вакуумметров основан на зависимости теплопроводности разреженного газа от его плотности, т. е. от количества молекул в единице объема, способных переносить тепло. Теплоэлектрические вакуумметры подразделяют на термопарные вакуумметры и вакуумметры сопротивления (рис. 1). В термопарных вакуумметрах с изменением давления изменяется температура нити накала, подогреваемой током постоянной величины. Температура нити непрерывно измеряется термопарой, спай которой припаян к нити. По величине т. э. д. с. термопары судят о давлении в лампе, соединенной с вакуумным объемом. Термопарные датчики выпускаются в стеклянном баллоне и с платиновой нитью накала или в металлическом корпусе и с танталовой или никелевой нитью накала, термопара хромель-копелевая. В датчиках вакуумметров сопротивления при изменении давления изменяется сопротивление медной или платиновой нити, по которой пропускается стабилизированный ток. Сопротивление нити измеряют по мостовой схеме и по степени разбалансировки моста судят о величине давления в лампе, соединенной с вакуумной системой. Датчики сопротивления также выпускают в стеклянных и металлических баллонах. Для измерения вакуума в пределах от 133,3 - 103 до 133,3 X 107 Па (от 103 до 107 мм рт. ст.) используют ионизационные датчики. Из них наиболее широкое распространение получила электронная ионизационная манометрическая лампа ЛМ-2 (рис. 2). В лампе имеются катод, сетка и коллектор ионов. Нагреваемый стабилизированным током катод эммитирует электроны, которые получают направленное движение к сетке.

5

На сетку подается положительный потенциал порядка 200В. Так как сетка выполнена из тонкой проволоки, электроны проскакивают через сетку, далее по мере удаления от сетки тормозятся электрическим полем и потом снова возвращаются к сетке. До попадания на сетку электроны совершают вокруг нее многократные колебания, благодаря чему увеличивается длина пробега каждого электрона. Рисунок. 1. Рисунок 1. Теплоэлектрические преобразователи для измерения давления: а — термопарный датчик ЛТ-2; 1 — стеклянный баллон; 2 — нить накала; 3 — термопара; б — датчик сопротив­ления Ml-6; 1 — защитный колпачок (в нерабочем состоянии); 2 — металлический корпус; 3 — рабочая нить При колебательном движении вокруг сетки электроны встречают молекулы газа и ионизируют их. Положительные ионы улавливаются коллектором, выполненным в виде металлического цилиндра, к которому приложен отрицательный потенциал 25В. Количество ионов, попадающих на коллектор, при постоянном токе эмиссии зависит от плотности газа. Измеряя силу ионного тока, можно судить о давлении в лампе и в системе, к которой присоединена лампа. Рисунок. 1. Рисунок 2. Схематическое изображение конструкции ионизационной лампы ЛМ-2 для измерения вакуума: 1 — катод; 2 — сетка; 3 — коллектор Недостатком электронных ионизационных датчиков для измерения вакуума является низкая стойкость раскаленного катода, который при повышении давления до 1,333 Па (102 мм рт. ст.) сгорает в течение нескольких минут. Поэтому в последнее время стали выпускать ионизационные лампы ЛМ-3 с иридиевым катодом, покрытым окисью иттрия. Применение воздухостойкого иридиевого катода позволяет измерить давление в диапазоне от ГЗЗ.З• 102 до 133,3-107 Па (от 102 до 107 мм рт. ст.) при удовлетворительном сроке службы датчика для измерения давления. Помимо рассмотренных конструкций датчиков вакуумметров, имеется и много других, но в силу тех или иных особенностей они не получили широкого применения в промышленных установках.

Источник: http://emchezgia.ru/vakuumnaya/5.2_izmereniya_vakuuma_vakuuometry.php МЧ-ЗГИА.РУ ©

6

7

4.Тепловой метод измерения вакуума.Термопарный преобразователь.

Термопарный вакуумметр предназначен для измерения давлений в диапазоне 10⁵ ... 10⁴ Па (10³ ...10³ мм рт.ст.). Термопарные вакуумметры содержат в своем обозначении букву Т, например ВТ-2А, ВТ-3 и т.д. (буква В обозначает вакуумметр, а цифра ― порядковый номер разработки вакуумметра). Конструктивно вакуумметр выполнен в виде двух частей: манометрического преобразователя и измерительного блока. Манометрический преобразователь соединен с вакуумной системой с помощью трубопровода, а с измерительным блоком посредством электрического кабеля.

Термопарный вакуумметр ― прибор косвенного действия о величине давления судят по температуре нити накала преобразователя, помещенной в газ.

Конструктивно манометрический преобразователь представляет собой баллон, внутри которого натянута нить накала и находится термопара, контактирующая с этой нитью. Для нагрева нити через нее пропускают электрический ток.

Измерительный блок содержит источник питания нити накала и приборы для измерения тока накала и термоЭДС. По величине термоЭДС судят о температуре нити накала.

Принцип действия манометрического преобразователя основан на зависимости теплопередачи через газ от его давления. В области давлений, при которых средняя длина свободного пробега молекул газа меньше поперечных размеров баллона преобразователя, теплопроводность газа прямо пропорциональна давлению, а температура нити накала обратно пропорциональна давлению газа из-за охлаждающего действия газа на нить. Баланс мощности для нити накала

где Q_мет ― мощность теплоотвода вдоль металла нити к ее держателям; Q_л ― мощность, отводимая лучеиспусканием; Q_г ― мощность, передаваемая за счет теплопроводности газа.

Преобразователь используется при давлениях, когда наиболее существен вклад последней составляющей Q_г балансе мощности,

При измерении давления совершенно не обязательно измерять температуру нити накала в градусах. Обычно используют градуировочные кривые, связывающие давление газа с термоЭДС и электрическим режимом нити накала. 8

Узнать температуру нити можно, используя характеристику термопары хромель-копель, которая применяется в преобразователе типа ПМТ-2:

Температура спая термопары, °С	10	20	50	100	150
ТермоЭДС, мВ	0,646	1,303	3,350	6,898	10,624