В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Гидростатические и компрессионные манометры
Измерение и контроль вакуума - Контрольно-измерительная аппаратура
Гидростатические манометры относятся к приборам абсолютного типа, так как измеряют непосредственно давление. Манометр представляет собой U-образную трубку с жидкостью. Один конец трубки соединен с измеряемым давлением Pизм, другой — с эталонным давлением Рк, равным атмосфере или условному нулю (высокий вакуум) в зависимости от того, открыт или закрыт этот конец.
 
При открытом конце условие равновесия ртути в двух коленах имеет вид Pизм=h+Pк, где h -столба ртути. Отсюда
 
 
Неудобство манометра с открытым концом — обратная зависимость Ратм от h и связь показаний с переменным атмосферным давлением. При закрытом конце условие равновесия имеет вид Ратм = h +Рупр, где Рупр — упругость паров ртути; следовательно,

Ратм ≈ h 

У манометра с закрытым концом размер трубки может быть меньше 760 мм. Для повышения чувствительности и снижения нижнего предела применяют ртуть вместо масла (выигрыш равен отношению плотностей) и наклон колена под углом φ к вертикали (выигрыш 1/cosφ).

Уровень ртути измеряют с помощью катетометра с точностью до 0,01 мм. Точность измерений давления гидростатическими манометрами ограничена не измерением уровня ртути, а неопределенностью самого уровня из-за менисков и трудностью наблюдения уровня через стеклянные стенки трубки. Нижний предел измерений порядка 10-1 тор, погрешность около 0,1 тор.

Компрессионные манометры измеряют низкие давления по высоте уровня ртути, причем давление предварительно повышается сжатием в точно известном отношении. До измерения уровень ртути понижен, и стеклянная система манометра заполнена газом при измеряемом давлении (рис. 36). В процессе измерения уровень ртути с помощью вспомогательного устройства поднимается, отделяет колбу с капилляром (общий объем У), сжимая в ней газ.


 
Количество отсеченного газа равно РизмУ- Когда подъем прекращен, образуется разность уровней ртути в измерительном и сравнительном капиллярах h, характеризующая давление сжатого газа в незаполненной части капилляра:
 
 
 
 
Обозначая v незаполненный малый объем измерительного капилляра и используя условие РтмУ= Pcmv, получаем

где V/v — коэффициент компрессии манометра.

Существует два метода использования компрессионного манометра. При измерении методом линейной шкалы поднятие ртути прекращают, когда уровень ее в измерительном капилляре достигнет фиксированной отметки на расстоянии h1 от его верха. Тогда
 
 
  где d — диаметр капилляра:
 
 
 
При измерении методом квадратичной шкалы подъем прекращают, когда ртуть в сравнительном капилляре достигнет верха измерительного капилляра. В этом случае h одновременно служит мерой незаполненного объема:
 

Нижний предел манометра определяется его коэффициентом компрессии и тем ниже, чем больше объем колбы V и чем меньше v. Величина V ограничена разрушающим стекло весом ртути (при V=0,5 л вес ртути 6,8 кГ). Уменьшение v менее 0,1 см3 ограничено мениском, капиллярными явлениями и т. д. Отсюда при h=1 мм получаем нижний предел компрессионного манометра порядка 5-10-5 тор.

Компрессионный манометр
допускает расчетную градуировку и является единственным манометром с этим свойством при давлениях до 10-5 тор. Он применяется в основном для калибровки косвенных манометров. Однако компрессионному манометру присуща погрешность, обусловленная откачивающим действием потока пара ртути, который истекает из манометра и понижает в нем давление. По аналогии с теорией диффузионного насоса имеем
 
 
 
Здесь Рман — давление газа в манометре; Ррт — давление паров ртути; L, r — длина и радиус трубки манометра; М, а — молекулярный вес и диаметр молекулы газа и ртути. Для воздуха при 18° С в манометре диаметром 2 см ошибка составляет 13%. При понижении температуры манометра ошибка уменьшается до единиц процента при 2—5° С из-за ослабления диффузии и уменьшения Ррт.

Важная особенность компрессионного манометра состоит в том, что он автоматически исключает из показаний парциальное давление паров Рп конденсирующихся при сжатии. Действительно, пусть в исследуемой установке давление равно Ризм = Рг + Рп причем Рп<Рупр, т. е. в установке содержится пар, далекий от насыщения. Однако при сжатии пар насыщается, и равновесие поднятой ртути подчинено уравнению

 
Отсюда можно вычислить по показаниям манометра h исходное парциальное давление газа:


но невозможно определить исходное давление пара. Для измерения Рг нужно знать упругость пара, входящего в состав исследуемой газовой смеси.
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 136 гостей на сайте
=
Рейтинг@Mail.ru