ЭМИ - Лекции / ЭМИ_Лекции- Вакуумная теника-1,2-2013

«Методы измерения вакуума. Средства создания и измерения вакуума»

Методы измерения вакуума

Рассмотрим схему вакуумного стенда (Рис. 1), который предназначен для создания вакуума в рабочем объеме 5. В этом объеме находится рабочее тело представляющее собой воздух. Стенд создает в камере 5 условия с низким давлением (P << B = 760 мм рт. ст.) и температурой 290 К.

Рис. 1. Схема вакуумного стенда

1–термопарный и ионизационный датчики вакуума, 2 – механический вакуумный насос, 3 – диффузионный насос, 4 – азотная ловушка, 5 – рабочий объем

Вакуумом называется давление, которое имеет величину меньшую по сравнению с атмосферным давлением B = 760 мм рт. ст .

P < B. (1)

Единицы измерения

1 Па = 1 Н/м² = 10^-5 бар = 0.98 10⁵ кгс/см² ,

1 мм рт. ст . = 130 Па,

1 Па = 7.6 10^-3 мм рт. ст . = 10^-2 мм рт. ст .

Уровни вакуума:

низкий - P >10^-3 мм рт. ст.,

средний - 10^-3 мм рт. ст. >P >10^-6 мм рт. ст.,

высокий - 10^-6 мм рт. ст.>P >10^-9 мм рт. ст.

Вакуумметр термопарный ПМТ-2

Рис. 2. Схема термопарного вакууметра ПМТ-2

1 – нить, 2 – термопара, 3 – корпус, 4 – токоподводы, mV – милливольтметр, mA – миллиамперметр, А,В - электроды термопары, Рр.г. – давление разреженного газа.

Конструкция манометрического преобразователя ПМТ-2 представлена на рис. 2. ТЭДС, развиваемая термопарой 2, обусловлена температурой Т_н нити 1. Если ток I_н в нити 1 поддерживается постоянным, то Т_н и термоЭДС E_AB термопарного преобразователя устанавливаются на постоянном уровне. Эти значения определяется теплопроводностью разреженного газа λ. Теплопроводность являются однозначно связанной величиной с давлением разреженного газа Р_РГ.

При понижении Р_РГ величина λ уменьшается в соответствии с зависимостью

λ = kP_РГ. (2)

Температура Т_н увеличивается, так как справедлива зависимость

Q = l λ(T_н - Т_комн) = const. (3)

Рост T_н вызывает увеличение ТЭДС термопары, E_AB(Т_н,Т₀), укрепленной на нити.

Метод измерения Р_РГ состоит в том, что:

1) создают контакт между нитью датчика и рабочим объемом,

2) устанавливают заданный ток в нити 1,

3) измеряют термоЭДС E_AB(Т_н,Т₀),

давление Р_РГ вычисляют по измеренной термоЭДС и известному расчетному уравнению метода (градуировочная зависимость)

Р_РГ = f(E_AB). (4)

Вакууметр ионизационный ПМИ-2

Рис. 3. Ионизационный вакуумметр (лампа)

1 – электрод для ионного тока, 2 - корпус, 3 – коллектор ионов, 4 – анодная сетка, 5 – катод

При измерении давления газа Р_РГ с помощью ионизационного манометрического преобразователя ПМИ-2 используется зависимость ионного тока от давления I_и = f(Р_РГ), которая является известной при заданных постоянных значениях напряжения питания U_а и тока эмиссии I_э .

Рис. 4. Схема измерения вакуума с помощью

датчика ПМИ – 2

1 – цепь коллектора ионного тока, 2 - корпус, 3 – коллектор ионов, 4 – анодная сетка, 5 – катод, mA – миллиамперметр анодной цепи, Г – гальванометр цепи коллектора.

Накаленный вольфрамовый катод 5, который имеет потенциал U_к = 5 В, эмитирует электроны в газ. Эти электроны перемещаются под действием поля, которое создается анодом. Последний имеет положительный потенциал U_а = 205 В. В итоге возникает анодный ток I_э или ток эмиссии.

Электроны ионизируют газ в пространстве между сеткой и коллектором. Образующиеся положительные ионы создают ионный ток I_и , идущий к отрицательно заряженному коллектору 3. Последний имеет отрицательный потенциал U_{коллект} = - 45 В. При постоянном токе эмиссии электронов (I_э = 0.5 мА) и постоянном ускоряющем напряжении число образующихся ионов является пропорциональным количеству молекул газа в межэлектродном пространстве. Количество молекул связано пропорциональной зависимостью с давлением газа Р_РГ. Ионный ток является небольшим (I_и = 10^-4…10^-9 А). Он измеряется стрелочным гальванометром Г. Величину вакуума Р_РГ определяют по измеренному току I_и и известному расчетному уравнению метода (градуировочная зависимость)

Р_РГ = f(I_и). (5)

Средства создания вакуумных условий в рабочей среде

Таблица 1

Типы насосов для получения низкого, высокого и сверхвысокого вакуумов

		Вакуум
№	низкий	высокий	сверхвысокий
1	Пластинчато –роторные	Пароструйные диффузионные	Магниторазрядные
2	Пластинчато – статорные	Турбомолекулярные	Криоконденсационные
3	Пароструйные эжекторные	Гетероионные	Орбитронные

Таблица 2

Типы вакуумных насосов, заданные в задаче № 2

		Вакуум
№ в журнале	низкий	высокий	сверхвысокий
1	1	1	1
2	2	2	2
3	3	3	1
4	1	2	3
5	2	3	1
6	3	1	2
7	3	2	1
8	1	3	2
9	2	1	3
10	1	2	1
11	2	1	2
12	3	2	3
13	2	3	2
14	3	1	3
15	1	3	1
16	2	2	1