1.3. Компресійний манометр

Компресійний манометр (манометр Мак-Леода) – рідинний манометр, який охоплює порівняно широкий діапазон тисків від 3 до 10^-6 мм рт. ст. Тиск газу, вимірюваний компресійним манометром, визначається так само, як і в U-подібних манометрах – за різницею рівнів в сполучених посудинах з тією лише різницею, що в одній з посудин газ піддається попередньому стисканню в деяке число N разів. В зв’язку з цим, згідно з законом Бойля-Маріотта, тиск стиснутого газу, який визначається за різницею рівнів рідини, буде в N разів

вищий за тиск в вакуумній системі. Попереднє стискання газу в компресійному манометрі дозволяє проводити вимірювання дуже низьких тисків.

Компресійний манометр (рис. 1.2) складається з вимірювального балона 2 з капіляром К1, резервуара із ртуттю 1, з’єднувального трубопроводу 3 з капіляром К2. Через уловлювач 4 манометр з’єднується з вакуумною системою. Балон 2 перед початком вимірювань з’єднується з вакуумною системою через трубку 3. З балону 1 під тиском атмосферного повітря ртуть піднімається вгору по трубці Т, від’єднує балон 2 від вакуумної системи та стискає газ в ньому до тиску, який можна безпосередньо вимірювати за різницею рівнів ртуті в закритому та порівняльному капілярах К1 та К2. Після компресії тиск вимірюється аналогічно до вимірів в звичайному ртутному манометрі з закритим коліном

.

Рис. 1.2. Компресійний манометр

Рівняння компресійного манометра на основі закону Бойля-Маріотта має вигляд

, (1.1)

де р – вимірюваний тиск; V0 – початковий об’єм газу, що стискається;h – різниця рівнів в порівняльному та закритому капілярах; -кінцевий об’єм газу після стискання; dk – діаметр капілярів. Розв’язуючи (1.1) відносно тиску р, отримаємо (1.2)

За умови, що значно менше за V₀, маємо

(1.3)

Якщо ртуть в закритому капілярі манометра завжди піднімати до одного і того ж рівня, то h1 буде величиною сталою і рівняння (1.3) можна переписати так

(1.4)

Цей метод вимірювання тиску називається методом лінійної шкали.

Для розширення границь вимірювання можна користуватися методом квадратичної шкали, при якому стискування в манометрі відбувається так, щоб ртуть в порівняльному капілярі К2 встановлювалась на одному рівні з запаяним кінцем закритого капіляра К1. При цьому h = h1. Тоді рівняння (1.3) можна записати

(1.5)

Діапазон тисків, вимірюваних компресійними манометрами складає 10^-1 – 10^-7 мм рт. ст. Складність вимірювання тисків, нижчих за 10^-5 мм рт. ст. пов’язана з непостійністю капілярної депресії ртуті (пониження рівня ртуті в капілярі порівняно з її рівнем в сполученій з капіляром широкій посудині); відкачною дією струменя ртутної пари з манометра в уловлювач; відмінністю форми кінця запаяного капіляра від форми меніска ртуті, що обмежує мінімальне значення h на рівні 5 – 10 мм. Крім того, з технологічних міркувань діаметр капілярів не може бути меншим 1 мм, а об’єм вимірювального балона визначається міцністю скла і не перевищує 1 л, що дає максимальне значення коефіцієнта компресії 2.5*10¹.

Компресійний манометр відноситься до абсолютних приладів і використовується як еталонний для градуювання інших манометрів. Його покази не залежать від роду газу.

Однак компресійним манометром не можна вимірювати тиск парів тих речовин, у яких пружність насиченої пари при температурі вимірювань менша за тиск в вимірювальному капілярі після стискання; не можна проводити неперервне вимірювання тиску. Недоліком манометра також є те, що він повинен з’єднуватися з вакуумною системою через азотний уловлювач.