Виморожуючі пастки
У вакуумних системах часто застосовуються допоміжні пристрої одержання НВВ шляхом виморожування газів при допомозі пасток із охолоджуючими засобами (холодоагентами). В якості охолоджуючих засобів використовується тверда вуглекислота, розмішана в ацетоні, спирті або ефірі, зріджені гази, як правило рідкий азот. Принцип дії таких пасток полягає в значному зростанні коефіцієнта прилипання залишкових газів і відповідно їх адсорбції на холодних поверхнях виморожуючих пасток.
Рис. 3. Виморожуюча пастка.
Виморожуючі пастки можуть мати різні конструкції. На рис. 3 показана одна із можливих. Застосування виморожуючих пасток дозволяє понизити тиск у НВВ камері майже на половину порядку. Вони використовуються у складі другої високо чи надвисоковакуумної ступені одержання вакууму.
4. Техніка для вимірювання тиску розріджених газів (вакууметри)
Прилади для вимірювання тиску газу нижчого за атмосферний називаються вакууметрами. Більшість вакууметрів складається з двох елементів: манометричного перетворювача сигналу тиску у електричний сигнал і вимірювального блоку.
За принципом дії вакууметри можна звести у наступні класи:
Рідинні (безпосередньо вимірюють тиск);
Компресійні (дія грунтується на законах ізотермічного стиску ідеального газу);
Деформаційні (використовують у якості чутливого елемента мембрану, деформація котрої служить мірою тиску);
Теплові (використовують залежність теплопровідності газу від тиску, поділяються на термопарні і вакууметри опору);
Іонізаційні (використовується іонізація газу, діляться в свою чергу на:
а) електророзрядні, принцип дії котрих грунтується на залежності параметрів електричного розряду в розрідженому газі від тиску;
б) електронні іонізаційні, іонізація газів в котрих здійснюється потоком електронів, що прискорюються електричним полем.
В даній лабораторній роботі використовуються два типа вакууметрів: термопарний (тиск до 10-3 мм рт.ст.) та іонізаційний (для вищого вакууму).
Вакуумметр термопарний
У термопарних манометрах зміна температури нагрітої нитки оцінюється за допомогою термопари. Вакуумметр (рис.4) - це скляний чи металевий корпус, в котрому на двох вводах змонтований нагрівник, на двох інших вводах кріпиться термопара, виготовлена з хромель-копеля чи хромель-алюмеля. Термопара з’єднана з нагрівником, котрий нагрівається струмом, що можна регулювати реостатом і вимірювати міліамперметром. Спай термопари, що гріється нагрівачем, є джерелом термоЕРС, значення котрої показує мілівольтметр.
Рис. 4. Схема термопарного манометра.
При атмосферному тиску, при заданом робочому струмі нагрівника для даної конкретної лампи, стрілка вольтметра стоїть біля нуля. З курсу молекулярної фізики відомо, що в щільному газі теплопровідність не залежить від тиску.
λа=(1/3) ρuλСV,
де λа – коефіцієнт теплопровідності; ρ – густина газу; u – швидкість молекул; λ – середня довжина вільного пробігу молекул; СV – питома теплоємність газу при постійному об’ємі. Це справедливо до того часу, поки довжина вільного пробігу не стає порівнювана з характерними розмірами термопарного перетворювача.
При пониженні тиску зменшується теплопровідність газу, відповідно росте температура нагрівника і збільшується термоЕРС. Точність вимірювання тиску термопарним вакууметром суттєво залежить від правильного підбору струму розжарення нагрівника. Як правило, калібровка термопарної лампи (установка струму нагрівника) підбирається таким чином, щоб стрілка мілівольтметра точно співпала з останньою поділкою шкали. При цих умовах, згідно градуювальної кривої термопарного манометричного перетворювача, можна за показами мілівольтметра визначити тиск у вакуумній системі.
Термопарні манометри застосовуються для вимірювання тисків від 1 мм рт.ст. до 10-4 мм рт.ст.