Свойства вакуума |
Особенности вакуумных систем |
контрольно-измерительная аппаратура |
Течеискатели |
Вакуумные материалы |
Уплотнители и и смазки |
Вакуумные вентили и переходники |
Запорные устройства |
Способы соединения вакуумных систем |
Общие принципы |
Подбор вакуумных насосов |
Масляные средства откачки |
Вакуумометрические приборы |
Вакуумные установки |
Сорбционные средства откачки |
Физические явления в вакууме |
Динамические и радиометрические вакуумметры |
Измерение и контроль вакуума - Контрольно-измерительная аппаратура | |||||
Cтраница 2 из 3 Рассмотрим сначала динамические вакуумметры, которые построены на двух различных вариантах переноса импульса. К этим вакуумметрам относятся так называемые вязкостные и кинетомолекулярные вакуумметры. Действие первых основано на измерении времени затухания колебательного движения поверхности в результате эффекта демпфирования после приложения импульса. В кинетомолекулярных вакуумметрах используется эффект переноса импульса от непрерывно вращающегося диска к близко расположенному неподвижному, давление определяется по крутящему моменту неподвижного диска. Первые вакуумметры этого типа описаны в работе Дэшмана. Такие динамические вакуумметры позволяли измерять давления порядка 10-4 Па. К конструкции подвески элементов вакуумметра, измеряющего такие давления, предъявляются повышенные требования: возникающие в ней силы трения и ее жесткость не должны маскировать измеряемый крутящий момент. Возможность разработки более простых, надежных к точных вакуумметров, обеспечивающих измерение более низких давлений, появилась в связи с идеей, использовать шар или диск, свободно подвешенный в магнитном поле, в качестве ротора. Впервые эта идея была выдвинута в 1946 г. , но лишь после 1962 г. она была реализована в вакуумметрах. В этой конструкции ротор удерживался в подвешенном состоянии с помощью вертикального аксиального магнитного поля, создаваемого электромагнитом. Регулировка электромагнита в соответствии с положением ротора относительно вертикальной оси осуществлялась с помощью устройства, состоящего из датчика и сервопривода. После раскрутки шара до угловой скорости 100 000 с-1 и прекращения действия внешней силы измерялось затухание скорости. Обозначим через D тангенциальную составляющую тормозящей силы, возникающей вследствие переноса импульса от ротора к молекулам газа; тогда (4.10) где I — момент инерции шара и ? — его угловая скорость (в рад/с). Интегрируя уравнение (4.10) с учетом того что (n = 2nN, где N — число оборотов ротора в 1 с, можно получить (4.11) где N0 — число оборотов в начальный момент времени t0, a N — соответственно в момент времени t. Силу торможения можно найти из рассмотрения тангенциальных скоростей молекул, ударяющихся о поверхность ротора. Экспериментально установлено, что D линейно зависит от давления, чего и следовало ожидать в соответствии с уравнением (4.7). Получено приближенное выражение [40] (4.12) где р — плотность материала ротора, а г — его радиус. Поскольку при давлениях порядка 10-3 Па для уменьшения скорости ротора на 1% требуется 1 ч или даже больше, необходимо очень точно измерять скорость. Кроме того, должно быть обеспечено термическое равновесие между элементами вакуумметра, а также должны быть устранены или скомпенсированы все посторонние поля; например, магнитное поле Земли приводит к ошибке, эквивалентной давлению 10-5 Па. В теории вязкостного вакуумметра обычно предполагается, что обмен тангенциальными импульсами молекул с поверхностью ротора протекает по идеальному механизму. Однако это предположение выполняется только для гладкого и точного металлического шара, вращающегося при умеренных скоростях. В частности, при негладкой поверхности ротора показания вакуумметра существенно зависят от рода газа Вязкостные вакууметры позволяют измерять давления вплоть до 10-7 Па, однако оптимальный диапазон измеряемых ими давлений составляет 10-2—1O-5 Па. Даже первые несовершенные вязкостные вакуумметры представляли собой прецизионные устройства, требующие относительно дорогостоящей электронной системы управления и измерения, а также установки их на виброзащитных столах. Вакуумметры с вращающимся ротором стали более практичными устройствами благодаря применению магнитной подвески (рис. 4.18). Такие вакуумметры выпускаются промышленностью, но в небольших количествах. Рис. 4.18. Датчик вязкостного вакуумметра: 1,3 — чувствительные кольца для измерения и контроля
осевого положения ротора; 2— одно из четырех колец системы поперечного
демпфирования; 4 — ротор (шарик); 5 — полый цилиндр, соединенный с
вакуумной системой; 6 — одно из четырех рабочих колец; 7 — одни из двух
постоянных магнитов.
|
= | |