В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Измерение давлений
Измерение давлений - Вязкостные манометры
Измерение и контроль вакуума - Контрольно-измерительная аппаратура
Оглавление
Измерение давлений
Механические манометры
Мембранные манометры
Жидкостные манометры
Емкостные манометры
Разрядные трубки
Теплоэлектрические приборы
Термопарные манометры
Вязкостные манометры
Ионизационные манометры
Радиоизотопный ионизационный манометр
Магнитнный электроразрядный манометр
Масс-спектрометры
Все страницы

Действие вязкостных манометров основано на явлении зависимости вязкости газа от давления при низких давлениях. Пределы измеряемых давлений 2•1O-2—5•1O-5 мм рт. ст.

В баллон манометра (рис. 493, а) вставлена стеклянная трубка с впаянным в нее железным стержнем, которая может поворачиваться под дейстствием расположенного снаружи постоянного магнита и возбуждать колебания кварцевой нити. Амплитуду колебаний измеряют оптическим устройством путем проектирования на шкалу увеличенного изображения кварцевой нити.В манометре (рис. 493, б) тонкий стеклянный диск, подвешенный на нити, совершает крутильные колебания между двумя неподвижными горизонтальными пластинками. Верхний конец нити соединен с якорем из мягкого железа, поворачивающимся под действием внешнего магнита. Уменьшение амплитуды колебаний наблюдают через оптическую трубу, против которой на колеблющейся нити прикреплено специальное зеркальце.   

В области от атмосферного давления до давления порядка нескольких миллиметров ртутного столба вязкость газа почти не зависит от давления и затухание колебаний остается постоянным. При давлениях ниже —1 мм рт. ст. затухание колебаний замедляется, и в высоком вакууме оно чрезвычайно медленное. Манометр требует специальной градуировки; показания его зависят от рода газа.

Преимущества вязкостных манометров: сравнительно простая конструкция, а также отсутствие металлических деталей, благодаря чему можно измерять давление газов, вызывающих коррозию или поглощаемых металлами. Эти манометры можно применять при исследовании свойств различных газов. Широкое применение их ограничено из-за чувствительности прибора к сотрясениям.

На рис. 494 показан молекулярный манометр или манометр с вращающимся диском, впервые предложенный Ленгмюром. В стеклянный баллон помещен тонкий алюминиевый диск 1 на стальном или вольфрамовом валу. При измерении давления химически активных газов диск и вал делают из платины. Диск приводится в движение вращающимся магнитным полем большой частоты. Вблизи диска подвешен на нити другой диск 2 (например, из слюды толщиной 0,0025 мм). При вращении металлического диска благодаря наличию газа определенной вязкости создается момент сил. Диск, подвешенный на нити, закручивается, при этом угол закручивания пропорционален давлению газа.

Чувствительность манометра можно повышать увеличением частоты вращения диска, при этом нижний предел измеряемого давления может быть доведен до 10-7 мм рт. ст. Частота вращения диска может меняться от нескольких оборотов до 10 000 об/мин и более.

Прибор «Рева» (фирма Пфейфер, ФРГ) работает по принципу измерения вязкости газа с применением колеблющегося устройства, которое представляет собой металлическую ленту, помещенную в поле постоянного магнита. Прибор применяют для непрерывного измерения давления газовой среды с температурой до 90° С. Действие прибора основано на изменении электродвижущей силы, индуктируемой в металлической нити в зависимости от вязкости газа (т. е. от давления), в котором колеблется нить. Частота колебаний нити 225 Гц. Датчик прибора представляет собой латунную трубку, разделенную поперечной перегородкой на две полости. В перегородку впаяны стеклянные вводы. Полость датчика, в которой находятся нить и магнит, соединена с вакуумной системой, а во второй негерметичной полости размещены сопротивления R'l, R'2, R'3 (рис. 495). Чтобы избежать ошибок из-за конденсации пара, присутствующего в измеряемом газе, датчик нагревается до 90° С (±1°С) с помощью специального нагревательного элемента в виде спир али, надеваемой на алюминиевый цилиндр.

При изменении давления в вакуумной системе, а значит при изменении степени торможения колеблющейся нити, индуктируемая в нити э. д. с. изменяется эквивалентно изменению сопротивления плеча моста, в которое включена нить. Прибор устроен таким образом, что при уменьшении давления снижается подводимое к измерительному мосту напряжение, и тем самым обеспечивается электрическая компенсация. Амплитуда колебания нити (около 0,1 мм) постоянна при изменении давления в системе.


 

 

Вследствие постоянства амплитуды влияние внутреннего трения нити на частоту колебаний минимально. Недостатком прибора является зависимость его показаний от рода газа.Термомолекулярный манометр, называемый также радиометрическим или манометром Кнудсена, основан на явлении переноса кинетической энергии молекулами газа от горячей поверхности к холодной при условии, что расстояние между этими поверхностями значительно меньше длины Л среднего свободного пробега.

 

 

Если легкая пластинка подвешена на тонкой нити внутри баллона с температурой T и подвержена с одной стороны ударам молекул, отражающихся от более нагретой поверхности с температурой T11, а с другой — молекул отражающихся от стенок-баллона, то эта пластинка получит односторонний избыток количества движения. При расположении нагревателей у краев-пластинки с противоположных сторон (рис. 496) избыток количества движения приводит к возникновению крутящего момента, нить закручивается: и пластина поворачивается на угол р.

Сила отталкивания между подвешенной пластинкой и нагревателем при условии, что расстояние между ними меньше средней длины свободного пробега молекул газа, выражается формулой

Как видно из уравнения, сила пропорциональна давлению газа и не зависит от молекулярной массы; таким образом, термомолекулярный манометр является абсолютным манометром. В отличие от манометров других

типов он может также измерять давление паров, не конденсирующихся при температуре в баллоне манометра. В действительности, однако, не происходит полного обмена энергией между молекулами газа и поверхностью пластин, и в формулу следует ввести поправочный множитель, зависящий от значения коэффициента аккомодации.

Диапазон измеряемых манометром давлений от 10-2 до 10-7 мм рт. ст., при этом наилучшие результаты получены при давлениях 10-3 — 10-5 мм рт. ст. При измерении давлений, больших 10-3 мм- рт. ст., прибор требует градуировки.

При наличии градуировочной кривой можно измерять давление до 0,2 мм рт. ст. На рис. 497 показан усовершенствованный манометр для измерения давлений до 10-6 мм рт. ст. Подвижная часть манометра представляет собой квадратную рамку из алюминиевой фольги толщиной 0,006 мм, подвешенную на тонкой вольфрамовой нити. Нагревателями являются две нихромовые спирали. Весь узел заключен в латунный корпус с водяной рубашкой, поддерживающей постоянную температуру стенок.


Так как термомолекулярные приборы имеют большой период колебаний подвижной системы (~10 с), а затухание из-за трения о воздух отсутствует, то их обычно снабжают соленоидом или постоянным магнитом для успокоения рамки; при этом рамка должна быть металлической. Магнитное поле пронизывает рамку и возбуждает в ней вихревые токи. 

Максимальная разность температур между нагревателями и рамкой не превышает нескольких сотен градусов, чтобы избежать большого газовыделения металлических частей прибора. Чувствительность манометра зависит от точности подвешивания рамки и от максимальной разности температур.

Недостаток прибора — чувствительность к малейшим сотрясениям. Необходима установка его на хороших амортизаторах и гибкое соединение с вибрирующей частью вакуумной системы. Прибор также непригоден для дистанционного измерения и как датчик для автоматического управления вакуумом.



 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

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