2 • 104 Па (150 торр).
Вакуумметр Боденштейна можно использовать в сильно агрессивной среде, так как газы в нем приходят в соприкосновениe только с кварцем. Он выдерживает также нагревание до 500 °С без заметного изменения положения нулевой точки. Однако при использовании таких вакуумметров необходимо обеспечить надежное крепление прибора, исключающее какие-либо сотрясения. Диапазон измеряемого давления вакуумметрами Боденштейна составляет 103 - 105 Па (10-760 торр).
Боденштейн Макс (1871-1942) - немецкий химик, исследовал кинетику газовых химических реакций.
Ложечковый вакуумметр (рис. 247,б) состоит из сосуда 3, пустотелой кварцевой ложечки 4, имеющей на конце острие 5, выполняющее функции стрелки, и указателя нулевого положения 6. Этот прибор является чувствительным датчиком, его соединяют через трубку 2 со стандартным вакуумметром. Перед измерением давления сосуд 3 откачивают так, чтобы оставшийся в нем воздух имел меньшее давление, чем давление в измеряемой системе. Затем трубку 1 соединяют с этой системой. Ложечка из-за разности давлений изгибается, и острие 5 отклоняется от указателя нулевого положения 6. После этого в сосуд 3 осторожно впускают воздух и следят за положением острия 5. При совпадении его с указателем нулевого положения 6 закрывают кран на трубке 2 и отмечают значение давления, показываемого вакуумметром, присоединенным к трубке 2.
Толщина стенки ложечки составляет 0,5 - 0,8 мм, а диаметр острия 5 1,5 - 2,0 мм при длине 150 - 200 мм. Если к сосуду 3 присоединить микроскоп с окуляром, имеющим шкалу, и прокалибровать отклонения острия по стандартному вакуумметру, то надобность в отдельном вакуумметре отпадает.
Тепловые вакуумметры. Тепловые вакуумметры применяют для измерения значений среднего вакуума в интервале от 1 до 10 Па. Их действие основано на линейной зависимости теплопроводности газов от давления. Несмотря на некоторые недостатки тепловых вакуумметров - зависимости показаний от состава газа и температуры окружающей среды, инерционности погрешности измерений, достигающей 10 - 40%, - они успешно конкурируют с ртутными вакуумметрами, так как в них не используется ртуть. Что касается погрешности измерений, то она самая маленькая среди электронных вакуумметров. Например, у ионизационных и магнитных электроразрядных вакуумметров погрешность составляет соответственно 30 - 50% и 60%.
Рис. 248. Манометр Пирани со свободно подвешенной нитью (а) и с натянутой нитью накаливания (б): а: 1 - колба; 2 - нить накаливания; 3 - трубка; А - миллиамперметр; Б1 и Б2 - постоянные источники тока с напряжением соответственно 4 и 20 В; R1 и R2 - реостаты с сопротивлением 25 Ом
Наиболее известен среди тепловых вакуумметров - вакуумметр Пирани.
Прибор представляет собой стеклянный баллон 1 (рис. 248,а) диаметром 12-15 мм, в котором свободно подвешена платиновая нить 2 диаметром 0,06 мм и длиной 70 мм. Стеклянный баллон с такой подвеской укрепляют только вертикально. В других конструкциях (рис. 248,б) нить 4 растягивают в баллоне при помощи пружин 2. В этом случае баллон 1 может занимать любое положение. Баллон соединяют через трубку 3 с прибором, давление в котором надо измерить.
Если проволоку нагреть электрическим током, то окружающий ее газ (в зависимости от давления) понизит температуру нити за счет теплопроводности, в результате изменится и электропроводность проволоки. Мерой давления будет служить значение силы тока, необходимой для поддержания свечения нити. (Баллон с нитью затемняют чехлом или закрашивают в черный цвет, оставляя окно для наблюдения за свечением нити.)
Установлено, что достаточно изменения силы тока всего на ±5%, чтобы яркость свечения накаленной нити изменилась на 50%. Температуру нити определяют визуально по яркости накаливания или при помощи термопары, приваренной к центру нити.
Калибруют манометр Пирани по ртутному манометру для каждого газа отдельно. Для этого его соединяют через трубку 3 с вакуумной системой, в которой вакуум несколько больше рабочего, например 104 Па (100 торр). Затем при помощи реостата R1 устанавливают ток, при котором нить начинает светиться (около 450 °С). Ток, протекающий через миллиамперметр А, компенсируется встречным током от батареи Б2, регулируемым реостатом R2. Положение ручки реостата R2 фиксируют и в дальнейшем не изменяют. При уменьшении давления ток, необходимый для поддержания свечения нити на прежнем уровне, падает, и нить гаснет, схема разбалансируется и стрелка миллиамперметра (50 - 100 мА) отклоняется. Это отклонение и является мерой давления газа в баллоне 1. Восстанавливают свечение нити реостатом R1.
Наибольшая чувствительность манометра Пирани лежит области 10 - 4 • 103 Па (0,07 - 30 торр), где сила тока линейно зависит от логарифма давления газа.