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 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


Для измерения низких давлений применяют абсолютные и относительные манометры. Постоянную абсолютного манометра вычисляют исходя из его размеров. Он непосредственно измеряет давление в системе. Работа относительного манометра основана на изменении какого-либо параметра остаточного газа при изменении давления.


Чтобы измерить давление относительным манометром, его необходимо заранее проградуировать, определяя давление по абсолютному манометру или расчетным путем.


Механические манометры измеряют разность давлений газа с противоположных сторон мембраны, сильфона или трубчатой пружины, подвергающихся упругой деформации. Манометр для измерения разности между атмосферным и измеряемым давлением обычно называют вакуумметром. Манометры для измерения небольших разрежений, при которых давление отличается от атмосферного не более чем на 30 мм вод. ст., называют тягомерами. Если остаточное давление сильно отличается от атмосферного (—1 мм рт. ст.), то с одной стороны мембраны или сильфона искусственно создается давление 10-4 — 10-5 мм рт. ст., которым можно пренебречь в сравнении с измеряемым давлением, и по шкале манометра непосредственно отсчитывается остаточное давление в системе.

Таким способом можно измерить давление до 10-2 мм рт. ст. Манометры с трубчатой пружиной Бурдона. Манометры с трубчатой пружиной широко применяют в технике благодаря их механической прочности и удобству в эксплуатации. Прибор состоит из полой пружинящей трубки эллиптического или овального сечения, согнутой по дуге (рис. 461). Один конец трубки запаян, а другой присоединен к вакуумной системе. Угол закручивания трубки изменяется в зависимости от давления в системе. Манометром можно измерять как избыточное давление выше атмосферного, так и ниже атмосферного. В последнем случае его называют вакуумметром. Деления шкалы указывают разность между атмосферным давлением и давлением во внутренней полости пружины.

Введем следующие обозначения (рис. 462):

угол aob = ?. После деформации имеем новые значения причем

Тогда

'

тогда откуда изменение угла закручивания

 

т. е. чем меньше малая ось эллипса b

и больше первоначальный угол закручивания у, тем чувствительнее манометр. Отсюда также видно, что применение круглой пружины не дает никакого эффекта, так как у нее Δb = 0. Обычно отношение осей эллипса для вакуумметров принимают от 5 до 10. Материалом пружины чаще всего служит латунь. Максимальная температура окружающей среды не должна быть выше 40° С. Обычно трубчатые манометры в случае спокойной нагрузки работают в пределах средней трети шкалы. Недостатком манометра является упругое последействие, которое проявляется в запаздывании возвращения стрелки в исходное положение. Для присоединения вакуумметров диаметр соединительных трубок следует выбирать не менее 8—10 мм при минимальной длине для уменьшения сопротивлений.

 


 

 

Если в вакуумной системе происходит конденсация пара, то соединительная линия не должна иметь перегибов и должна располагаться с наклоном для стекания жидкости в аппарат.


В мембранном манометре основным рабочим элементом является плоская или гофрированная мембрана. Мембрана изгибается под действием разности давлений, и ее деформация с помощью передаточного механизма передается стрелке. Недостаток манометра — малый прогиб мембраны (максимум 1,5—2 мм). Однако манометр широко применяют, так как он менее чувствителен к толчкам и тряске и менее подвержен засорению, чем манометр Бурдона.

На рис. 463 показан мембранный манометр с электрическим выносным указателем, позволяющим производить дистанционьый отсчет и запись давлений. Манометр может работать в вакуумных установках с автоматическим управлением. Диапазон измеряемых давлений от 0,1 мм рт. ст. до атмосферного. Прогиб мембраны через систему рычагов передается на катушку, расположенную между полюсами электромагнита, питаемого переменным током. Во время поворота катушки в ней индуцируется э. д. с, которая передаемся на усилитель и затем измеряется стрелочным прибором.

При использовании мембранной коробки вместо одиночной мембраны чувствительность прибора возрастает, так как увеличивается деформация мембраны. Если вместо мембранной коробки применить сильфон, то можно значительно расширить предел измеряемых давлений. Следует отметить, что по сравнению с жидкостными мембранные манометры более чувствительны, удобны для отсчета и надежны в работе. Результаты измерений не зависят от рода остаточных газов. Манометр с двумя жестко связанными мембранами (двухбаллонный) позволяет измерять и регистрировать давления от 0,1 до 400 мм рт. ст. с точностью ±5%. Над одной мембраной поддерживается давление 1O-3 — 1O-8 мм рт. ст. (эталонный вакуум), на другую мембрану действует измеряемое давление.

 Перемещение всей системы под действием разности давлений измеряется механотронным микрометром, показания которого отсчитываются по микроамперметру. Максимальное перемещение подвижной системы —0,5 мм.

Мембранные измерительные приборы ГДР (Хохвакуум Дрезден) с прямым или дистанционным измерением работают независимо от атмосферного давления и предназначены для измерения давлений от атмосферного до 1 мм рт. ст.

Mембранный манометр CG3 фирмы Эдварде (Англия) предназначен для измерения давлений от 0 до 20, от 0 до 40, от 0 до 100 и от 0 760 мм рт. ст. Измерительная часть манометра непосредственно связана с откачиваемым объемом, поэтому он непригоден для измерения давлений при большой влажности или в сильно загрязненных системах. Манометр устроен так: после откачки запаянный анероид, связанный механически со стрелкой манометра, помещают внутри камеры, непосредственно соединенной с вакуумной системой.

Диаметр шкалы 76 мм. Мембранные манометры фирмы Лейбольд (ФРГ) измеряют давления от 400 до 1 мм рт. ст., пружинные манометры Бурдона — от 760 до 20 мм рт. ст.Показания мембранных манометров не зависят от атмосферного давления.

 


U-образные манометры. Действие этих манометров основано на изменении разности уровней жидкости в сообщающихся сосудах в зависимости от давления газов над поверхностью жидкости в этих сосудах. Простейший U-образный манометр представляет собой изогнутую трубку, заполненную до половины высоты рабочей жидкостью. Трубка одним концом сообщается с атмосферой, а другим с измеряемой средой. Полученные результаты при температуре t следует привести к 0° С для ртути (или к 4° С для воды). Температурные поправки для ртути могут быть определены по графикам рис. 464 и 465. Если рабочей жидкостью служит вода или спирт, то отсчет показаний производится по нижней точке мениска, а если ртуть, то отсчет производится по верхней точке. Целесообразно также использовать в качестве рабочей жидкости борвольфрамокислый кадмий (плотность 3,28 г/см3), поглощающий мало газов. При необходимости более точных измерений нужно также учитывать и коэффициент линейного расширения шкалы. При измерении ртутным манометром следует учитыват ь влияние капиллярных сил и выбирать диаметр трубки не менее 8—10 мм. При этом наименьшая разность уровней, которая еще может быть измерена достаточно точно, составляет ~10 мм рт. ст.

Для измерения давлений порядка 200 мм рт. ст. и ниже пользуются укороченным жидкостным манометром с закрытым концом (рис. 466). Для предохранения от резкого удара ртути о запаянный конец при впуске воздуха в манометр участок трубки в месте изгиба на некоторой длине может выполняться в виде узкого капилляра, создающего сопротивление движению ртути. В таких манометрах нежелательно применять жидкости, растворяющие в себе газы, а если это необходимо, то следует присоединять манометр к системе после достижения в ней достаточного вакуума.

Для измерения давлений порядка десятых долей мм рт. ст. можно применять U-образный манометр, наполненный жидкостью с низкой упругостью пара и малой вязкостью, например бутилфталатом или бутилсебацинатом. В этом случае один конец U-образной трубки присоединяют к системе,  в которой измеряется давление, а другой конец (сравнительное колено) соединяют с непрерывно работающим, вакуумным насосом.

Давление в сравнительном колене пренебрежимо мало по сравнению с измеряемым давлением, и разность уровней в коленах манометра дает непосредственное значение давления в системе в миллиметрах столба бутилфталата (или другой жидкости). Применение бутилфталата повышает точность отсчета по сравнению с ртутным U-образным манометром в 12,9 раза.

В чашечном манометре вместо одного из колен применен широкий сосуд, на поверхность которого действует атмосферное давление (рис. 467). Опускание уровня ртути в широком сосуде весьма незначительно и им можно пренебречь при технических измерениях или ввести соответствующую поправку и производить отсчет только одной величины по трубке 4. При небольших диаметрах измерительной трубки в показания чашечного ртутного манометра необходимо вносить поправку на капиллярность по графику, приведенному на рис. 468.

Микроманометр — прибор для измерения малых давлений или незначительных разностей давлений до нескольких десятков мм вод. ст. Для повышения точности отсчета в таких приборах измерительную трубку располагают наклонно, а иногда применяют специальное оптическое устройство. При присоединении наклонной трубки манометра (рис. 469) к вакуумной системе рабочая жидкость поднимается по вертикали на высоту h1, а в 

широком сосуде опустится на h2, при этом hx = n sin?, где n— величина отсчета по длине трубки манометра; а — угол наклона трубки. Исходя из равенства объемов рабочей жидкости, переместившейся из одного колена в другое, можем записать 

или

Тогда действительное значение вакуума в миллиметрах столба рабочей жидкости

 

Если пренебречь поправкой, то получим h = n*sinα

 


 

Чем меньше угол наклона, тем чувствительнее манометр, однако менее 10° угол наклона не делают из-за возможных ошибок. Шкалу микроманометров обычно градуируют непосредственно в мм вод. ст. Заливаемой жидкостью чаще всего служит этиловый спирт с плотностью 0,81 г/см3 при 20 0С.

К этому типу манометров можно отнести и ртутный манометр Рэлея. Прибор поворачивают таким образом, чтобы стрелки указателей доходили до уровня ртути. Тогда давление будет пропорционально углу поворота, который измеряется отклонением светового луча зеркальцем (рис. 470). Прибор можно применять для измерения давлений от 1,5 до 10~3 мм рт. ст. Различные варианты этого метода описаны Дэшманом.

Кольцевые весы являются надежным в эксплуатации прибором. Они не только непосредственно измеряют давление, но и производят запись его на ленточной диаграмме и могут снабжаться электропередатчиком для передачи показаний прибора на расстояние. В таком приборе полая трубка свернута в замкнутое кольцо, которое может свободно качаться, опираясь на ребро призмы, проходящее через центр кольца перпендикулярно его плоскости (рис. 471). Трубка до половины заполнена рабочей жидкостью, в верхней ее части имеется перегородка.


Рис. 471. Схема действия кольцевого тягомера: 1 — кольцевая трубка; 2 — перекладина; 3 — подушка; 4 — перегородка; 5,6 — гибкие соединительные трубки; 7 — груз; 8 — стрелка

 

По обеим сторонам перегородки расположены гибкие трубки, присоединенные к объемам с давлениями р, и р2. В нижней части кольца укреплен груз. Если p1 = р2, то жидкость находится на одинаковом уровне в левой и правой части кольца. В случае, если имеется разность давлений, уровни рабочей жидкости смещаются и кольцо поворачивается на некоторый угол. При этом уравнение моментов имеет вид

 

где M — масса движущейся системы; а — расстояние центра тяжести системы от точки опоры; ф — угол поворота кольцевой трубки; h — высота столба жидкости; R' — средний радиус кольца; F—площадь поперечного сечения кольца; р — плотность рабочей жидкости.

 


 

Так как величина

где ?p — измеряемая разность давлений, то откуда


т. е. угол поворота кольца пропорционален Δр.

Кольцевые весы с водяным заполнением имеют предел измерения до 150 мм вод. ст., с ртутным заполнением — до 2500 мм вод. ст. Погрешность измерений ±1—2% от верхнего предела шкалы. Максимальное абсолютное давление, измеряемое прибором, около 150 мм рт. ст.

Поплавковый манометр (рис. 472) является одновременно показывающим и самопишущим прибором. С его помощью можно измерять вакуум от 90 до 100%. Поплавок, находящийся в одном из колен манометра, связаь с указывающей стрелкой и пером, регистрирующим давление. В качестве рабочей жидкости используют воду, ртуть или масло.

Колокольные манометры регистрируют изменение давления в пространстве под колоколом, погруженным в жидкость, в результате его подъема или опускания (рис. 473). Приборы снабжены приспособлениями для регистрации давлений и телепередатчиками. Манометр обычно заполняют трансформаторным или другим маслом 127). Компрессионные манометры. Компрессионный манометр Маклеода наиболее распространенный абсолютный манометр, по которому производят градуировку относительных манометров в присутствии сухого воздуха или любого другого газа, далекого от точки конденсации. Манометр показан на рис. 474. Его обычно изготовляют из стекла, а рабочей жидкостью служит ртуть. Перед началом измерений уровень ртути должен находиться ниже сечения 1—1 (рис. 475); трубка 1 и капилляр 3 соединены с вакуумной системой, имеющей давление рх. Объем V шара и капилляра выше сечения 1'—1' для данного манометра является постоянной известной величиной. При проведении измерения уровень ртути постепенно повышается, при этом в объеме V отсекается и сжимается порция газа. Ртуть одновременно поднимается в капиллярах 2 (измерительном) и 3 (сравнительном). Давление над поверхностью ртути в сравнительном капилляре 3 равно рх, а давление р в измерительном капилляре значительно больше рх из-за сжатия газа. Благодаря этому образуется разность уровней ртути в капиллярах, причем влиянием капиллярных сил можно пренебречь, так как ртуть поднимается в двух одинаковых капиллярах. Если в вакуумной системе отсутствуют легко конденсируемые пары, то сжатие газа происходит по закону Бойля-Мариотта, т. е.

где vu р — объем и давление газа над поверхностью ртути в измерительном запаянном капилляре.

 

Для определения давления рх пользуются одним из двух методов. Метод квадратичной шкалы состоит в том, что уровень ртути в сравнительном капилляре устанавливается у запаянного конца измерительного капилляра (см. рис. 475, б). Если обозначить известный заранее объем капилляра на длине 1 мм через v', а разность уровней ртути в капиллярах через h, то

С другой стороны,

Тогда

Если пренебречь слагаемым рх, которое несравнимо меньше величины h, то получим

 

 

Второй метод — метод линейной шкалы (см. рис. 475, а) заключается в том, что уровень ртути в запаянном капилляре доводят до определенной отметки, на которой обозначен объем части запаянного капилляра выше этой отметки v, тогда

 откуда

 

или снова пренебрегая слагаемым рх по сравнению с h, получим

Для поднятия и опускания ртути применяют различные устройства. Наиболее удобно применение тройного крана, который позволяет соединять ртутный баллон или с атмосферой или с вакуумной линией (см. рис. 475,  Основные недостатки манометра: периодичность измерения (не более одного измерения в минуту), невозможность измерять давление паров, а также присутствие ртути.

Прибор непригоден для дистанционного измерения и для автоматического управления. Показанный на рис. 474 манометр МакЛеода фирмы Эдварде (Англия) имеет диапазон измерений от 4•1O-2 до 10-6 мм рт. ст. Высота прибора 89 см, масса 5,9 кг.

Диапазон давлений, измеряемых манометром, зависит от относительных размеров шара и капилляра. Чем больше объем шара и меньше диаметр капилляра, тем меньшие давления можно измерить манометром.

Обычно диаметр капилляра 0,8 мм, объем шара ~250 см3. Объем шара манометра, показанного на рис. 474, измеряющего давления до 10-6 мм рт. ст., составляет 400 см3. При этом точность измерений ±10%. В капилляре с диаметром меньше 0,5 мм возможно застревание столбика ртути.

Для расширения диапазона измеряемых давлений применяют манометр с тремя капиллярами, напаянными один на другой (см. рис. 475, г). При давлении порядка 10"6 мм рт. ст. ртуть может полностью заполнить запаянный капилляр и прилипнуть к его верхнему концу. Во избежание ошибок манометр перед употреблением следует хорошо промыть хромовой смесью (H2SO4 + CrO3), дистиллированной водой и просушить в вакууме или дополнительно промыть спиртом. Ртуть для заполнения манометра должна быть химически чистой и профильтрованной в вакууме. При использовании резиновых шлангов следует предварительно прокипятить их в слабом щелочном растворе, промыть дистиллированной водой и просушить.

В некоторых конструкциях ртуть была заменена специальным маслом с низкой упругостью пара. Однако такое масло растворяет газы, и поэтому оно должно быть изолировано от наружного воздуха. Испытание различных органических жидкостей показало, что наиболее удовлетворительные результаты в отношении стекания жидкости из капилляра дает бутилфталат, а также, по-видимому, силиконовые масла. Наиболее устойчивая работа масляного манометра наблюдалась при давлениях от 10-6 до 10-3 мм рт. ст. Фирма Лейбольд (ФРГ) выпускает ртутные манометры Мак-Леода, работающие при давлениях от 10-1 до 10-5 мм рт. ст.

Применяют также поворотные компрессионные манометры, так называемые вакустаты. В поворотном манометре резервуар всегда находится в вакууме, который подлежит измерению, и этот же вакуум используется для передвижения ртути. Вакустат имеет меньшую степень сжатия и больший диаметр капилляра, чем  обычный компрессионный манометр, поэтому он измеряет давления не ниже 10-3 мм рт. ст.


 

Вакустаты фирмы Эдварде: 1В2 с пределами измерений от 10 до 0,01 мм рт. ст. и 2В2 — от 1 до 10~3 мм рт. ст., 1Е2 — от 10 до 0,01 мм рт. ст., 2Е2 — от 1 до 10~3 мм рт. ст. — отличаются по конструкции, но принцип действия у них один.

Для измерений нужно поворачивать манометр вокруг своей оси на 90°. На рис. 476 показан вакустат фирмы Эдварде с пределами измерений от 1 до 10~3 мм рт. ст. (модель 2G), предназначенный для установки в стеклянной системе.

Компрессионный манометр Камерер, выпускаемый в ФРГ, включает два манометра: компрессионный манометр Мак-Леода и дополнительно встроенный укороченный U-образный манометр. Такой манометр фирмы Лейбольд имеет пределы измерений от 80 до 10-4 мм рт. ст. (рис. 477).

На рис. 478 показан вакускоп фирмы Лейбольд (ФРГ) с пределами измерений от 35 до 0,05 мм рт. ст., присоединяемый к системе с помощью конического шлифа. Он может быть повернут вокруг своей оси на 180°. Прибор очень удобен для измерения форвакуума. Если давление выше 2 мм рт. ст., то оно может быть измерено по U-образной трубке при правом положении манометра (см. рис. 478). Для измерения более низких давлений манометр поворачивается на 180 (левое положение на рис. 478) и происходит сжатие порции газа в капилляре. В качестве рабочей жидкости применяют ртуть. Таким образом, вакускоп представляет собой комбинацию U-образного и компрессионного манометра. Прибор измеряет общее давление в системе.


Тонкая металлическая мембрана емкостного манометра, прогибающаяся под действием разности давлений, является одной из обкладок электрического конденсатора. В качестве второй обкладки используют металлический диск, который можно установить на различном расстоянии от мембраны.

При действии на мембрану разности давлений расстояние между мембраной и диском изменяется, а следовательно, меняется емкость конденсатора, которая может быть непосредственно измерена. Прибор требует предварительной градуировки и измеряет давления до 0,2 мм рт. ст. с точностью до 0,005 мм рт. ст.



Присоединенная к вакуумной системе разрядная трубка служит индикатором достигнутой степени разрежения. Хотя давление по ней нельзя определить точно, для практических целей она весьма удобна, так как дает возможность быстро оценить степень вакуума.

Разрядная трубка (рис. 480) из тугоплавкого стекла имеет два металлических электрода в виде пластин из платины, никеля или коррозионностойкой стали, к которым приложена большая разность потенциалов. При давлении от 1 до 20 мм рт. ст. между электродами возникает разряд в виде широкой светящейся полосы, которая постепенно сужается в узкий шнур, а затем свечение прекращается. При давлении ~1 мм рт. ст. светящаяся полоса расширяется до стенок трубки, а затем при более низких давлениях характер разряда в разных частях трубки меняется по-разному (рис. 481). При давлении меньше 10-2 мм рт. ст. свечение прекращается. Если нет разрядной трубки, то свечение в стеклянной системе можно возбудить индукционной катушкой Тесла или высокочастотным генератором. В зависимости от рода газа меняется и цвет разряда (табл. 108). Качественное определение давления в системе можно производить прибором, называемым сканаскопом. В трубке размещен флуоресцирующий экран, и интенсивность его свечения служит показателем давления в системе. Для воздуха разряд возникает и прекращается при давлениях соответственно 0,6 и 3•1O-2 мм рт. ст.

 

Принцип действия теплоэлектрических манометров основан на изменении теплопроводности газа в зависимости от давления в области весьма низких давлений. Мерой давления является изменение температуры нити накала, на которую подается постоянная электрическая мощность. Нить помещена в специальный баллон, соединенный с вакуумной системой. Тепло от нагретой нити передается к стенкам баллона теплопроводностью, причем скорость отвода тепла от нити при давлениях меньше 1 мм рт. ст. зависит от давления внутри баллона. При постоянной подводимой электрической мощности температура нити будет тем выше, чем меньше теплопроводность среды, т. е. чем меньше давление в баллоне. Изменение температуры регистрируется термопарой или термометром сопротивления. Полученные электрические величины можно непосредственно измерить. Их также можно использовать для автоматического управления, для дистанционного измерения и для непрерывной записи значений давления самопишущим прибором.

Увеличением тока накала нити и применением дополнительных устройств пределы измерения теплоэлектрическими манометрами могут быть расширены в область давлений, превышающих 1 мм рт. ст., и, по некоторым данным, доведены до 50—60 мм рт. ст. Нижний предел измеряемого давления 1*10-8 мм рт. ст., при более низких давлениях теплопроводность газа очень мала и тепло передается излучением от нити к стенкам баллона. Так как теплопроводность зависит от молекулярной массы газа, то градуировку манометра производят отдельно по каждому газу.

При необходимости точных измерений температура баллона лампы должна быть постоянной; если это условие нельзя выполнить, то следует включить в электрическую цепь для компенсации влияния колебаний температуры баллона вторую балластную лампу, находящуюся в тех же условиях.

Манометр сопротивления (манометр Пирани). В этом манометре изменение теплопроводности газа вызывает изменение электрического сопротивления нити накала, которое меняется в зависимости от температуры. Изменение сопротивления регистрируется мостиком Уитстона. Материалом нити диаметром ~0,03 мм обычно служит вольфрам или платина. Нить должна, располагаться на одинаковом расстоянии от стенок баллона.

На рис. 482 приведена мостовая электрическая схема манометра сопротивления. Компенсатором служит манометрическая балластная лампа, откачанная до давления ниже 10-3 мм рт. ст. и запаянная. В одну ветвь моста включена измерительная лампа, в другую — балластная. Обе лампы должны находиться в одинаковых условиях. Другие две ветви моста состоят из сопротивлений R1 и R2, мало зависящих от температуры. Система уравновешивается при наиболее высоком вакууме, при этом стрелка гальванометра G устанавливается на нуль. При изменении давления изменяется сопротивление нити измерительной лампы, равновесие нарушается и стрелка гальванометра отклоняется в зависимости от давления в лампе.

Отечественной промышленностью выпускается блокировочный вакуумметр сопротивления ВСБ-1 с датчиком давления МТ-6, а также комбинированный вакуумметр ВИМС-1-3 с этим же датчиком. Диапазон измерений манометрическим теплоэлектрическим преобразователем МТ-6 составляет 10-2 — 30 мм рт. ст.

Схема датчика МТ-6 дана на рис. 483. Прибор можно использовать для автоматической сигнализации о достижении заданного уровня давления в системе. Габаритные размеры измерительной установки ВСБ-Г. 390 X 260 X 240 мм. Масса 14 кг. К вакуумной установке преобразователь МТ-6 присоединен с помощью грибкового уплотнения Ду-20. Манометрический преобразователь МТ-6 представляет собой баллон из коррозионностойкой стали, внутри которого натянута вольфрамовая нить накала длиной 80 мм и диаметром 10 мкм. При работе прибора температура нити поддерживается постоянной, равной 220° С. При этом сопротивление нити составляет 116,5 Ом.

Преобразователь включен в одно из плеч мостика сопротивлений. К одной из диагоналей мостика подключен генератор переменного тока, а к другой— усилитель, который при изменении давления в системе управляет выходным напряжением генератора таким образом, что равновесие мостика восстанавливается. Сигнал, подаваемый генератором, регистрируется стрелочным прибором. В диапазоне давлений от 10-2 до 30 мм рт. ст. ток накала нити меняется от 4 до 52 мА, напряжение— от 0,5 до 6 В.

Недостатком датчиков МТ-6 с вольфрамовыми нитями является их нестойкость в присутствии агрессивных газов и паров воды. В связи с этим к вакуумметрам ВСБ-1 разработаны датчики MT-14, которые могут работать в присутствии влаги и агрессивных газов. Для автоматизированных вакуумных систем созданы релейные блоки PBT-I, которые работают с датчиками МТ-6 или MT-14. Они могут сигнализировать по двум независимым каналам о достижении давления в пределах от 10-2 до 10 мм рт. ст. Можно также подключить внешний вольтметр для измерения давления.

Вакуумметр сопротивления дистанционный ВСД-1 предназначен для определения давления воздуха и других газов в диапазоне от 30 до ~10~3 мм рт. ст. Он работает с преобразователем MT-15. Регистрирующий блок вакуумметра имеет искробезопасный выход, что обеспечивает нормальную работу преобразователя MT-15 в установках и помещениях со взрывоопасными смесями.

Кроме комбинированного вакуумметра ВИМС-1-3 разработаны комбинированные блокировочные вакуумметры ВАБ-2М и ВТМБ-1 для измерения давлений от 30 до 1 - 1O-6 мм рт. ст. и управления автоматизированными вакуумными системами. Они работают с манометрическими преобразователями МТ-6. Вакуумметр ВАБ-2М двухканальный. Вакуумметр ВТМБ-1 многоточечный, многоканальный с автоматическим переключением датчиков (с МТ-6 на ММ-22 для высокого вакуума) позволяет производить запись давлений во всем диапазоне измерений.

С преобразователем МТ-6 работает также вакуумное реле РВ-3, подающее сигнал при достижении заданного давления в пределах от 30 до 1 *10-8 мм рт. ст. Фирма Эдварде (Англия) выпускает манометры сопротивления различных типов. Манометры Пирани — модели 8-1 и 8-2—имеют диапазон измерений от 10 до 10-3 мм рт. ст. (8-1) и от 1 до 10~4 мм рт. ст. (8-2); модель В5 — от 0,5 до 10_8мм рт. ст., модель 9—от 500 до 10-8 мм рт. ст. (четыре диапазона).

Переключение с одного диапазона на другой автоматическое. Выпускают также комбинированные манометры: манометр Пирани с манометром Пеннинга (модель 4, диапазон измерений от 3 до 10-6 мм рт. ст.), ионизационный манометр с манометром Пирани (модель 1, диапазон измерений от 0,5 до 5*10-8 (рис. 484).


 

Рис. 485. Принципиальная схема и градуировочная кривая термисторного вакуумметра: Rт — чувствительный полупроводниковый элемент; Rтк — температурный компенсатор; r1 r2, r3 — термисторы, выполненные из манганиновой проволоки

Применяют также и термисторный манометр. В таком манометре термисторное сопротивление включается в мостовую схему, питаемую напряжением, стабилизированным с помощью газоразрядной лампы. Высокий температурный коэффициент сопротивления термисторов является важной предпосылкой использования их в качестве датчиков, чувствительных к изменению условий теплообмена.

Градуировочная кривая термисторного манометра сопротивления приведена на рис. 485. Здесь в качестве измерителя и компенсатора использованы бусинковые термисторы диаметром 0,5 мм с проволочным токовводом. Фирма Лейбольд (ФРГ) выпускает вакуумметры Термотрон I (диапазон измерений от 0,5 до 1 10-3 мм рт. ст.),

Термотрон I(от 70 до 5*10-3 мм рт. ст.), Термотрон III (от 800 до 10-2 мм рт. ст.) и Термотрон IV (от 1 до 1 • 10-8 мм рт. ст.). Датчики к приборам изготовляют из стекла, металла и литьевой смолы. На рис. 486 приведена принципиальная электрическая схема вакуумметра Термотрон II. В качестве чувствительного элемента в датчике применен бусинковый термистор, включенный в одно из плеч моста (рис. 487). Для уменьшения влияния температуры корпуса датчика на показания прибора в противоположное плечо моста включены термокомпенсационный термистор R2 и подгоночное сопротивление R3.

 


 В измерительном баллоне термопарного манометра (рис. 488) кроме нити накала размещена термопара, припаянная своим спаем к нити. При неизменном токе накала с изменением давления меняются температура нити и соответственно термо-электродвижущая сила, создаваемая термопарой.

 
 
 
 

Отечественная промышленность выпускает манометрические датчики (лампы) ЛТ-2, ЛТ-4М и МТ-8 со следующими техническими характеристиками:

Баллон датчика ЛТ-2 изготовлен из молибденового стекла, подогреватель — из платиновой проволоки, термопара — из хромель-монеля. Датчик ЛТ-4М в металлическом корпусе, подогреватель изготовлен из танталовой или никелевой проволоки, термопара хромель-алюмелевая. Рабочее положение датчиков вертикальное, цоколем вверх. Датчик МТ-8 снабжен фланцем с металлическим уплотнителем и предназначен для эксплуатации в металлических прогреваемых до 400 0С вакуумных установках. Датчики показаны на рис. 489.


 

Для измерения и питания применяют вакуумметры ВТ-2А (термопарный), ВТ-3 (термопарный), ВИТ-IA и ВИТ-2 (ионизационно-термопарные). Если требуется определить давление различных газов, то с точностью до ±20% можно пользоваться градуировочной кривой, полученной для воздуха. Для этого умножают значения, найденные по граду ировочной кривой, на коэффициент q [151:

 

Результаты градуировки термопарных манометров по водяному пару приведены в работе. На рис. 490 приведена схема измерительной установки.

 

Метод заключается в том, что измеряется давление сухого воздуха, уравновешивающее измеряемое давление водяного пара. При закрытом кране 9 поступающий через натекатель 3 водяной пар прогибает мембрану 6. Напускаемый через натекатель 2 сухой воздух возвращает мембрану в исходное положение. Градуировочные кривые даны на рис. 491 и 492.

 


 


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.


 Если в разреженном газе создать поток электронов, то произойдет ионизация газа, и между двумя электродами, к которым подведено электрическое напряжение, возникнет ионный ток. Сила ионного тока при прочих равных условиях пропорциональна плотности газа, а, следовательно, при определенной температуре пропорциональна его давлению. Так как вероятность ионизации молекулы газа мало зависит от скорости ее теплового движения, более правильно считать, что манометр измеряет не давление, а концентрацию внутри прибора.

Прибор, работающий по этому принципу, состоит из датчика, соединенного с вакуумной системой, и отдельного блока электрического питания и измерения. Показания прибора зависят от рода газа и требуется предварительная градуировка по каждому газу.

Для достижения нужной степени ионизации газа необходимо создать достаточный поток электронов. Эта задача по-разному решена в ионизационных манометрах различных типов. Все манометры делят на три основные группы: электронные с горячим катодом, радиоактивные или радиоизотопные и магнитные электроразрядные с холодным катодом.

Электронный ионизационный манометр. В этом манометре электроны, выделяемые накаленным катодом, ускоряются с помощью специального электрода с положительным потенциалом. Положительные ионы отводятся коллектором ионов, имеющим отрицательный потенциал по отношению к катоду.

Если ускоряющее напряжение превышает ионизационный потенциал данного газа и остается постоянным, то электронный ток Iе в приборе будет постоянным, и тогда ионный ток  пропорционален давлению газа, так как

 

где J— чувствительность ионизационного манометра, зависящая от параметров прибора и рода газа.

Градуировочные кривые одного из манометров приведены на рис. 498. Образующийся ионный ток весьма мал (порядка 10-8 мА) и требует специального усиления.

Измерительную систему обычно используют в одном из двух вариантов (рис. 499). Первый вариант: анод является ускорителем электронов и имеет положительный потенциал, сетка — коллектор ионов — имеет отрицательный потенциал по отношению к катоду. Второй вариант: сетка служит ускорителем электронов и имеет положительный потенциал, а анод является коллектором ионов с отрицательным потенциалом. Манометр, работающий с положительным напряжением на сетке, более чувствителен, так как здесь электроны совершают колебания около сетки и проходят значительно больший путь, чем в первой схеме. Как видно из рис. 500, электроны, вылетающие из накаленного катода 1, пролетают сквозь витки сетки 2 и отталкиваются отрицательно заряженным коллектором 3. Прежде чем они попадут на сетку, они совершают колебательные движения, благодаря чему увеличивается число ионизированных молекул газа.

 

 


 

При давлениях ниже 10-7 мм рт. ст. ионный ток весьма мал, а ускоряющий электрод под влиянием бомбардировки электронами испускает мягкие рентгеновские лучи. Попадая на коллектор, они вызывают эмиссию электронов, которые при движении к ускоряющему электроду создают в цепи коллектора ток того же направления, что и ионный ток. Это явление затемняет основной эффект и препятствует измерению очень низких давлений. Для измерения давлений ниже 10-7 мм рт. ст. предложен манометр с обращенным расположением электродов (рис. 501), в котором два вольфрамовых катода помещены вне ускоряющего электрода: Коллектор в виде тонкой вольфрамовой проволоки находится внутри ускоряющего электрода, имеющего форму спирали из молибденовой проволоки. Манометр с обращенными электродами надежно измеряет давления до 10-10 мм рт. ст.

Прежде чем приступить к измерению ионизационным манометром, необходимо прогреть сетку и анод, а также стеклянный баллон манометра.

Кроме того, надо стремиться к увеличению пропускной способности соединительной трубки между датчиком манометра и объемом, в котором измеряется давление, так как это снижает ошибки из-за десорбции газа.

Давления выше 10-3 мм рт. ст. обычно не удается измерить электронным ионизационным манометром, так как при увеличении давления в манометре возрастает сила ионного тока и накаленная нить катода быстро перегорает. Одновременно материал катода окисляется кислородом воздуха. При внезапном повышении давления возникающий между анодом и катодом разряд расплавляет катод.

Ионизационно-термопарный вакуумметр ВИТ-1А измеряет давления с помощью датчика ЛМ-2. Диапазон давлений, измеряемых этим прибором, от 2- 10-1 до 5*10-8 мм рт. ст. Ионизационная часть прибора измеряет давле ния от 1 • 10-4 до 5• 10-8 мм рт. ст. Прибор Может работать также с датчиками (ионизационными преобразователями) ЛМ-3 и ЛМ-3-2. С этими же датчиками работает и вакуумметр ВИТ-2; пределы измерения его ионизационной частью от 1 • 10-4 до 5-10-8 мм рт. ст.

 

 

Преобразователи ЛМ-2, ЛМ-3 и ЛМ-3-2 являются ионизационными преобразователями триодного типа с внешним коллектором. Преобразователь ЛМ-2 представляет собой закрытую стеклянную конструкцию с U-об-разным вольфрамовым катодом. Срок службы преобразователя не менее 100 ч1 при работе в области давлений не выше 1 • 10~3 мм рт. ст. Ионизационный преобразователь ЛМ-3 является модификацией преобразователя ЛМ-2. Вместо вольфрамового катода в нем применен иридиевый воздухостойкий катод с покрытием из окиси иттрия. Благодаря высокой стойкости иридиевого катода к кислороду и другим химически активным веществам вакуумметр ВИТ-2 с преобразователем ЛМ-3 измеряет давления воздуха и других газов до 1•1O-2 мм рт. ст. Срок службы преобразователя при давлении 1 • 10-2 мм рт. ст. не менее 100 ч. Рабочая температура иридиевого катода— около 1300° С.

Ионизационный преобразователь ЛМ-3-2 открытого типа. В преобразователе возможно применение как иридиевого катода с покрытием из окиси
иттрия, так и вольфрамового катода.

 

 

 Конструкция катодного узла преобразователя ЛМ-3-2 обеспечивает быструю смену перегоревшего катода. Преобразователь ЛМ-3-2 допускает прогрев внешней печью до 400° С (рис. 502). 

Преобразователи ЛМ-2 и ЛМ-3 рекомендуется применять как в металлических, так и в стеклянных непрогреваемых вакуумных установках; преобразователь ЛМ-3-2 — в металлических прогреваемых высоковакуумных установках. Технические характеристики преобразователей приведены ниже:

 

Автоматический блокировочный вакуумметр ВАБ-1 предназначен для измерения давлений 1*10-3 — 10-7 мм рт. ст. и вакуумной блокировки.

Датчиком служит манометр ЛМ-2. Переключение четырех поддиапазонов автоматическое. ВАБ-1 имеет выход для записи давления на стандартных электронных самопишущих приборах. В любой точке диапазона давлений 1•1O-4 —  1*1O-7 мм рт. ст. осуществляется двухточечная рабочая блокировка и сигнализация. В диапазоне 1*10-3 — 1O-4 мм рт. ст. предусмотрена одноточечная аварийная блокировка, подающая сигнал во внешнюю цепь и отключающая питание цепи накала датчика ЛМ-2.

Универсальный комбинированный вакуумметр ВИТ-3 работает с термопарными датчиками или с ионизационными — ЛМ-2, ЛМ-3-2 и МИ-10. Диапазон измерения от 0,8 до 10-7 мм рт. ст. Прибор имеет линейную и логарифмическую шкалу, что делает его пригодным для авторегистрации. Для установок, где наличие местных электрических или магнитных полей или излучений исключает применение типовых вакуумметр ических средств, созданы ионизационные вакуумметры, устойчивые к помехам. Разработан устойчивый к помехам вакуумметр с пределами измерения 10-2—10-6 мм рт. ст., создается прибор с нижним порогом измеряемых давлений 10-8 мм рт. ст.

Для измерения сверхвысокого вакуума в небольших конденсационных насосах предложен ионизационный датчик с уменьшенной мощностью накала [48]. В датчике (рис. 503) использована сетка лампы ЛМ-2, катодом служит вольфрамовая проволока диаметром 20 мкм, длиной 9 мм. Датчик пригоден для измерения давлений до 10-10 мм рт. ст., постоянная датчика по воздуху 6,2*10-4 А/мм рт. ст. при напряжении на сетке 225 В, на коллекторе— 25 В и токе эмиссии 2•1O-4 А.

В ионизационном вакуумметре ВИ-12 применены датчики с обращенным расположением электродов. Различие между схемой обычного датчика ЛМ-2 и датчика с обращенным расположением электродов ясно из рис. 504. Датчики (манометрические преобразователи) МИ-12 и МИ-12-8 выполнены соответственно в стеклянной колбе и на фланце с металлическим уплотнением.

Диапазон измерений вакуумметром ВИ-12 от 10-5 до 10-10 мм рт. ст. Его используют преимущественно в лабораторных условиях. Предусмотрен прогрев анода пропусканием тока, а также прогрев анода и коллектора электронной бомбардировкой. Вакуумметр ВИ-12 снабжен блокировкой, разрывающей цепь катода преобразователя при токе, превышающем в 1,5 раза максимальный ток установленного диапазона. Предусмотрена возможность подключения самопишущего потенциометра для записи давления. Преобразователь допускает прогрев в печи при 400° С. Габаритные размеры преобразователя: наружный диаметр 90 мм, длина колбы со штенгелем 190 мм, масса 0,6 кг.


Преобразователь МИ-12-8 смонтирован на коваровом цоколе, который герметично приварен к фланцу из коррозионностойкой стали.

 

 

Конструкция преобразователя обеспечивает быструю замену перегоревшего катода. Преобразователь МИ-12-8 допускает прогрев в печи при 400° С. Он присоединен к вакуумной системе фланцем Ду 50 с применением металлической прокладки.

 


 

Радиоизотопный или радиоактивный манометр не имеет накаленного катода, благодаря чему устранена опасность повреждения манометра при возрастании давления. Источником ионизации может являться ?-, ?- или ?-излучение. Радиоактивное вещество расположено в приборе таким образом, что поток ионизирующих частиц строго постоянен. Однако этот поток чрезвычайно слаб и соответственно возникающий в приборе ионный ток требует весьма большого усиления. Наилучшая ионизация достигается при использовании веществ, излучающих ос-частицы. Датчик манометра состоит из ионизационной камеры с двумя электродами, на которых поддерживается напряжение 30—40 В (рис. 505). Радиоактивное вещество наносится тонким слоем вблизи впускного патрубка манометра. При использовании в качестве источника излучения сплава золота с радием, содержащего 0,2 мг чистого радия, можно вести измерения в области давлений от 10 до 10-3 мм рт. ст., причем в этой области получается в основном линейная зависимость между давлением и ионным током. Начиная от давления порядка нескольких мм рт. ст. линейная зависимость нарушается. Более низкие давления не удается измерять из-за необходимости очень сильного усиления ионного тока.

Чувствительность манометра для любого газа может быть определена по полуэмпирической формуле

где Кг — чувствительность по данному газу; Кв — чувствительность по воздуху; M — масса киломоля; U1 — потенциал ионизации. 1

Радиоактивный вакуумметр ВР-3 работает с радиоактивным ионизационным датчиком МР-2 (рис. 506). Датчик МР-2 представляет собой металлическую вакуумную камеру, внутри которой расположен цилиндрический анод.

На внутреннюю поверхность анода нанесена гидроокись радиоактивного плутония-239. Гидроокись плутония закрыта алюминиевой фольгой, задерживающей побочные продукты распада и свободно пропускающей  β-частицы с энергией 3,3 мэв. На оси анода расположен стержневой коллектор ионов. Молекулы остаточного газа ионизируются  β--частицами.

Электроны перемещаются к аноду, а положительные ионы собираются коллектором, образуя в его цепи ионный ток, пропорциональный давлению. Датчик МР-2 имеет линейную зависимость ионного тока от давления воздуха в диапазоне 100—5*10-3 мм рт. ст. Средняя чувствительность его 1,62*10-10 А/мм рт. ст.

Верхний предел измеряемого давления обусловлен полной потерей энергии  β-частицами из-за большого числа столкновений при давлениях выше 100 мм рт. ст. Ионный ток при этом становится максимальным и не зависит от дальнейшего увеличения давления. Нижний предел измеряемых давлений ограничен фоновым током в цепи коллектора, вызываемым вторичной эмиссией электронов из коллектора в результате бомбардировки β-частицами.

Радиоизотопный вакуумметр ВР-4 предназначен для измерения давления газов от 760 до 10-4 мм рт. ст. Вакуумметр включает в себя измерительную установку с выносным каскадом и датчик — радиоизотопный преобразователь МР-8. Весь диапазон измеряемых давлений подразделен на шесть поддиапазонов, переключаемых вручную или автоматически. Используемый в манометрическом преобразователе МР-8 в качестве радиоактивного вещества плутоний-238 не имеет проникающих излучений. Преобразователь присоединен к вакуумной системе с помощью грибкового уплотнения Ду 20 или фланца.


Между холодными электродами, к которым приложено электрическое напряжение, образуется тлеющий газовый разряд, и величина разрядного тока служит мерой давления. Пределы измерения 1—10-7 мм рт. ст. Чтобы поддержать самостоятельный газовый разряд при давлениях ниже 1O-3 мм рт. ст., необходимо увеличить путь электрона между катодом и анодом, что достигается наложением дополнительного магнитного поля. Если магнитное поле приложено перпендикулярно плоскости катода, то электрон движется по спирали, длина его пути значительно возрастет, а следовательно, возрастет степень ионизации газа внутри манометра, благодаря чему газовый разряд может сохраняться вплоть до 10-7 мм рт. ст.

Одновременно для увеличения ионизации применяют систему из двух плоских катодов или полый катод с поверхностями, имеющими большую вторичную эмиссию. Разрядный ток манометра после усиления. можно непосредственно измерить или использовать для работы автоматических устройств.

Разрядная трубка — датчик прибора (рис. 507) — имеет катод-коллектор 3 из двух параллельных пластин, к которым подведено электрическое напряжение. Анод выполнен в виде рамки или кольца 1, расположенного посередине между пластинами катода. Разрядная трубка помещена между полюсами сильного постоянного магнита 2, при этом магнитное поле перпендикулярно плоскости катодных пластин. Кольцевая форма анода заставляет электрон, движущийся по спирали под влиянием магнитного поля, совершать, кроме того, колебательные движения между катодами. Пролетая внутрь анодного кольца, электрон тормозится противоположной катодной пластиной, направляется обратно к аноду и таким образом многократно колеблется около плоскости анодного кольца.

Преимущество магнитного электроразрядного манометра состоит в том, что он не имеет накаленного катода. Благодаря этому он более надежен в эксплуатации, чем ионизационный манометр, и менее чувствителен к повышению давления по сравнению с манометром с горячим катодом. Важно и то, что его можно применять в качестве реле для автоматического управления процессами, происходящими в вакуумной системе. 

Магнитный блокировочный вакуумметр ВМБ-2 предназначен для измерения давлений 5*1O-5 — 1 мм рт. ст. и работает с датчиком ММ-8 (рис. 508). В датчике ММ-8 для фокусирования пучка заряженных частиц имеется дополнительный секционированный катод (коллектор), благодаря чему возможно измерение давления до 1 мм рт. ст. Постоянный магнит имеет в зазоре напряженность 850 э.

Магнитный блокировочный вакуумметр ВМБ-ЗА состоит из измерительной установки и магнитного электроразрядного манометрического преобразователя ММ-13М-4 (рис. 509) или ММ-13М-4А. В неразборном корпусе датчика ММ-13М-4, изготовленном из коррозионностойкой стали, размещены два анода 1 и 2 из вольфрамовой проволоки диаметром 0,5 мм. Аноды разделены перегородкой с небольшим отверстием и имеют общий катод 3. Большая разрядная камера с прогреваемым анодом 1 работает при давлениях ниже 1 X X 10-4 мм рт. ст. Камера с анодом 2 имеет устойчивый разряд в области высоких давлений. Напряженность общего магнитного поля датчика 450 э. Основное отличие преобразователя ММ-13М-4А от ММ-13М-4 в том, что конструкция первого разборная; это позволяет производить чистку деталей и корпуса преобразователя.

Показания преобразователей зависят от рода газа, поэтому требуется специальная градуировка преобразователей по данному газу. Вакуумметр ВМБ-ЗА имеет выход для подключения внешнего измерительного прибора или самопишущего электронного потенциометра для автоматической регистрации показаний. Манометрические преобразователи присоединяются к вакуумной системе фланцем Ду 20.


 

 

Магнитные электроразрядные блокировочные вакуумметры ВМБ-4, ВМБ-5 и ВМ-5 предназначены для измерения давления газов в металлических вакуумных установках и для автоматической сигнализации о достижении заданного давления. Каждый вакуумметр состоит из измерительной установки и разборного магнитного электроразрядного манометрического преобразователя ММ-15 магнетронного типа (рис. 510). Электроны в центральной зоне под воздействием электрического и магнитного полей закручиваются вокруг катода, благодаря чему увеличивается вероятность ионизации молекул остаточного газа. Образующиеся ионы попадают на катод и вызывают вторичную эмиссию электронов.

Корпус 1 датчика является анодом. В корпус на отдельном фланце 2 с изолятором 3 из фторопласта вставлен катод 4, представляющий собой рамку с двумя экранами. На катод подается постоянное напряжение 2 кВ.

Снаружи на корпус надет постоянный магнит 5 с напряженностью 450 э. Габаритные размеры преобразователя: высота 157 мм, диаметр 70 мм. Масса 1,4 кг. Технические характеристики вакуумметров ВМБ-4, ВМБ-5 и ВМ-5 приведены в табл. 109.


 

Взамен вакуумметров типа ВМБ-2 и ВМБ-4 разработан прибор ВМЭБ-1 с самоочищающимся датчиком ММ-28. Диапазон измеряемых давлений от 10-5 до 1 мм рт. ст.; вакуумметр имеет два канала автоматической сигнализации об уровне давления. Назначение прибора — контроль вакуума в системах с паромасляными средствами откачки. Схема самоочищающегося датчика дана на рис. 511. Датчик имеет два анодных кольца, на которые в противофазе подается переменное напряжение 2 кВ. В каждый момент времени одно кольцо является анодом, другое подвергается интенсивной ионной бомбардировке.

Чувствительность магнитных электроразрядных манометров при понижении измеряемого давления ухудшается из-за наличия фоновых токов. Хобсон и Редхед экранировали катод вспомогательным электродом (рис. 512). Цилиндрический катод 1 закрыт с обеих сторон и имеет в основаниях отверстия, через которые проходит анод 2. Между основаниями катода и анода находятся два коротких полых цилиндра (втулки), соединенных с вспомогательным катодом 3. На анод подается напряжение до 6 кВ, система находится в аксиальном магнитном поле 2 кэ. При такой конфигурации электродов из тока, проходящего через прибор, исключается ток автоэлектронной эмиссии. Ток фотоэмиссии, возникающий вследствие рентгеновского излучения, пропорционален давлению. Такие манометры называют инверсо-магнетронными.

Инверсо-магнетронный вакуумметр ВИМ-1 предназначен для измерения давлений в диапазоне от 1 • 10~4 до 1 • 10-12 мм рт. ст. и работает с инверсо-магнетронным датчиком ММ-14С (рис. 513).

Электродная система датчика состоит из катода 1, проволочного анода 3 и заземленного экрана 2 с втулками, прикрывающими края торцовых пластин катода. На анод датчика подается постоянное напряжение 6 кВ.

Вдоль оси электродной системы накладывается магнитное поле напряженностью 1800—2000 э. Электроны, эмитируемые катодом, перемещаются по гипоциклоиде и ионизируют молекулы газа. Положительные ионы двигаются практически без закручивания и попадают в основном на катод, создавая в его цепи ионный ток, пропорциональный давлению. Втулки экрана, прикрывающие края торцовых пластин катода, предотвращают возникновение автоэлектронной эмиссии с катода. Длительный прогрев в печи при температуре до 400° С можно производить без съема магнитов.

Инверсо-магнетронный вакуумметр ВИМ-2 предназначен для измерения давления газов от 1 • 10-4 до 1 • 10-13мм рт. ст. Вакуумметр работает с инверсномагнетронным преобразователем MM-14М (рис. 514). Преобразователь ММ-14М имеет линейную зависимость разрядного тока от давления в указанном диапазоне.


 

Рис. 513. Схема датчика ММ-14С: 1 — катод; 2 — экран; 3 — анод; 4 — магнит; 5 — стеклянная колба

Преобразователь изготовляют из коррозионностойкой стали и керамики. Его присоединяют к вакуумной системе с помощью фланца с медным уплотнителем. Он допускает прогрев в печи до 550° С; электродная система преобразователя прогревается электронной бомбардировкой.


 

Вакуумметр имеет выходы для подключения самописца и осциллографа. Потребляемая вакуумметром мощность 120 Вт. Габаритные размеры измерительной установки 380 x 273 x 240 мм, преобразователя ММ-14М— 142 X 122x92 мм. Масса измерительной установки 22 кг, преобразователя ММ-14М — 2,3 кг.



Комбинированный вакуумметр ВИМС-1-3 предназначен для измерения давления газов от 30 до 10-6 мм рт. ст. В комплект вакуумметра входят инверсо-магнетронный манометрический преобразователь ММ-22 с диапазоном измерения 1O-6 — 10-2 мм рт. ст. и манометрический теплоэлектрический преобразователь МТ-6 с диапазоном измерения 1O-2 — 30 мм рт. ст.

Вакуумметром ВИМС-1-3 можно периодически измерять давление в одной точке вакуумной установки с помощью инверсо-магнетронного и в трех точках — с помощью теплоэлектрических преобразователей.

 Габаритные размеры измерительной установки 250 X 240x230 мм, масса 8 кг. Потребляемая мощность не более 140 Вт. Параметры датчика ММ-22: диапазон измерения 1O-6— 10-2 мм рт. ст., диаметр 90 мм, высота 70 мм, масса 0,9 кг.

Приборы для измерения парциальных давлений. Для определения парциальных давлений какого-либо газа, присутствующего в вакуумной системе в смеси с другими газами, обычно регистрируется изменение каких-либо вторичных эффектов, зависящих от природы данного газа и от его концентрации. В некоторых случаях применяют обычные методы газового анализа смеси. Однако чем ниже давление, тем труднее использовать эти методы, в связи с чем для измерения парциальных давлений созданы специальные вакуумметры, в которых использован метод масс-спектрометрического анализа.

В масс-спектрометрических приборах анализируемый газ ионизируется. Образовавшиеся положительные ионы разделяются по массовым числам M = m/е (отношение массы иона к его заряду). Для однозарядных ионов массовые числа совпадают с их молекулярными массами.

Основные характеристики масс-спектрометрических приборов: разрешающая способность р = M/ΔM, т. е. отношение массового числа к наименьшему различаемому изменению массового числа ΔM; диапазон анализируемых масс; чувствительность к заданному компоненту смеси (отношение ионного тока к соответствующему ему парциальному давлению). Диапазон измеряемых, давлений обычно от 10-3 до 10-12 мм рт. ст.

 



Масс-спектрометрическйе приборы по принципу действия классифицируют следующим образом: масс-спектрометры с секторным полем; циклоидные; резонансные радиочастотные, или омегатроны; импульсные по времени пролета, или хронотроны; квадрупольные, или фильтры масс; панорамные анализаторы парциальных давлений, или фарвитроны.

Масс-спектрометрия — это метод определения массовых чисел посредством разделения ионов, имеющих разное отношение массы к заряду при прохождении ими электрического и магнитного полей. Прибор, показанный на рис. 515, работает по принципу обычного масс-спектрометра для измерения парциальных давлений  Пучок ионов отклоняется на 90°, и при этом происходит разделение этих ионов по массам.

Коллектором ионов служит десятикаскадный умножитель с коэффициентом усиления 100000000 —10000000. Чувствительность прибора такова, что возможна регистрация давлений 10-12 — 10-13 мм рт. ст., а при охлаждении умножителя — до 10-15 мм рт. ст. Благодаря применению умножителя спектр масс можно проходить с большой скоростью и воспроизводить его на экране осциллографа с разверткой до 1,5 мкм •c. В этом спектрометре разделение ионов производится секторным магнитным полем. Прибор такого типа наиболее подходит для работы в сверхвысоковакуумных установках. Ионный ток на коллекторе при оптимальном электронном токе источника или чувствительность прибора E в А/мм рт. ст. составляет для такого прибора 10-5 А/мм рт. ст., максимальное измеряемое давление 10-4 мм рт . ст., разрешающая способность 100.

 

В циклоидном масс-спектрометре ионы перемещаются под действием секторного магнитного и периодического постоянного электрического поля. Прибор имеет двойную фокусировку (рис. 516). Диапазон измеряемых давлений от 10-6 до 10-12 мм рт. ст., E = 5*10-4 А/мм рт. ст., разрешающая способность 80.


 

Масс-спектрометр по времени пролета (хронотрон). Хронотрон работает только с электрическим полем без применения магнитного поля. Через сетки, соединенные с клеммами высокочастотного генератора, проходят только те ионы, скорость которых находится в определенном фазовом соотношении с высокочастотным напряжением. На выходе системы находится сетка с тормозящим потенциалом, -своего рода энергетический фильтр, который пропускает на коллектор ионы с определенной скоростью. В то же время скорость связана с массой иона соотношением

 

Применяя три ступени, удавалось  измерить массы от 2 до 250 и давления от 5- 10-4 до 10-7 мм рт. ст. Выпускаемые отечественной промышленностью хронотроны МСХ-2М и МСХ-ЗА предназначены для исследования состава газов в высоком вакууме.

Они регистрируют быстроту изменения состава. Их разрешающая способность не менее 20, диапазон анализируемых масс от 1 до 250, рабочий диапазон давлений 1•1O-5 — 1*10-9 мм рт. ст.

В импульсных масс-спектрометрах ионы разделяются по массам в результате различной скорости движения по инерции ионов разных масс в пространстве анализатора, свободном от электрических и магнитных полей. Пучки ионов получают импульсной ионизацией электронным лучом или подачей импульса напряжения на диафрагму при постоянном электронном потоке. Масс-спектрометр МСХ-ЗА позволяет анализировать состав газа в высоком и сверхвысоком вакууме при быстро протекающих процессах с регистрацией спектра масс посредством фото- и киносъемки.

Прибор можно использовать для изучения физико-химических процессов в плазменных установках, для исследования электрического разряда в высоком вакууме и т. п. Как видно из схемы, показанной на рис. 517, анализируемый газ ионизируется интенсивным потоком электронов и удерживается в накопительной части ионного источника системой эквипотенциальных сеток. Под действием выталкивающего импульса ионный пучок формируется в пакет. Кинетическая энергия всех ионов в пакете одинакова. Время движения ионов в пространстве дрейфа от источника до приемника зависит от массы ионов

 

где т — масса иона; eU — энергия иона; L — длина, пространства дрейфа. В результате этого ионы разных масс достигают приемника ионов поочередно. Приемником ионов служит электронный умножитель, откуда сигнал поступает на вход усилителя и далее на вход осциллографического устройства. Синхронизируя частоту регистрации сигналов на экране электроннолучевой трубки с частотой следования выталкивающих импульсов, получают развертку спектра масс.

Техническая характеристика масс-спектрометра МСХ-ЗА

Диапазон рабочих давлений прибора в мм рт. ст. 1 • 10-6  —  1 • 10-9

Диапазон регистрируемых масс в а. е. м. . . . 1—250

Разрешающая способность ......... Не менее 30

Коэффициент усиления при полосе пропускаемых частот от 10 кГц до 10 МГц ..... 2- 10Б

Температура нагрева для обезгаживания камеры

дрейфа в 0C ............... До 500

Температура нагрева для обезгаживания электронного умножителя в °С  350

 Габаритные размеры в мм:

радиотехнической стойки  600X 520X1200

датчика ................ 220X164X 990

Масса в кг:

радиотехнической стойки........ 250

датчика................ 5

 

Омегатронные измерители парциальных давлений. Омегатрон — наиболее подходящий прибор для измерения парциальных давлений в области высокого и сверхвысокого вакуума. В камере, давление в которой не должно превышать 10-5 мм рт. ст., приложены перпендикулярно одно другому постоянное магнитное поле H и переменное электрическое поле E частотой f.

Тонкий электронный луч, параллельный направлению магнитного поля, ионизирует молекулы газа, присутствующие в камере. Образующиеся ионы под действием перекрещивающихся полей описывают вокруг электронного луча спиральные траектории, плоскость которых перпендикулярна H

 

 Из этих ионов только частицы с зарядом е и массой т, частота которого равна частоте приложенного электрического поля, движутся по расходящимся спиралям, приводящим их на расположенный на определенном расстоянии от электронного луча коллектор 1. Эти резонансные ионы отдают свой заряд коллектору, который недоступен для ионов с массой, отличной от т, так что измерение ионного тока, собираемого коллектором 1 есть измерение парциального давления частиц с массой т из пробы газа низкого давления в приборе. Таким образом, в омегатроне ионы разделяются соответственно их массам.

Измеритель парциальных давлений ИПДО-1 отечественного производства предназначен для определения состава остаточных газов в высоковакуумных системах при давлениях от 1•10-5 до 3-10"10 мм рт. ст. в диапазоне массовых чисел от 2 до 100. Прибор состоит из измерительной установки и омегатронного датчика РМО-4С. Малые размеры датчика (рис. 519) и легкость его обезгаживания позволяют применять прибор ИПДО-1 для анализа газов/

 

Разрешающая способность прибора обратно пропорциональна массовому числу и величине высокочастотного напряжения.Датчик прибора непосредственно присоединен к испытуемому объему вакуумной системы. Он представляет собой стеклянную колбу с системой электродов. Электронный луч, движущийся от термокатода 1 через отверстия в улавливающих пластинах 2 на коллектор электронов 6, ионизирует газ в пространстве, образованном улавливающими пластинами 2 и высокочастотными пластинами 3. Образовавшиеся ионы под воздействием высокочастотного электрического поля между пластинами 3 и постоянного магнитного поля (H = 3000 э) движутся по окружности в плоскости, перпендикулярной к направлению напряженности магнитного поля. Ионы с частотой вращения, совпадающей с частотой высокочастотного напряжения, получают дополнительную энергию, раскручиваются по спирали и попадают на пластину коллектора 4 ионов, расположенную поперек их движения. Ионы других массовых чисел затормаживаются и рекомбинируют на улавливающих пластинах 2.

Верхний предел измеряемых датчиком давлений определяется рассеянием резонансных ионов вследствие столкновения с другими ионами или молекулами при давлениях выше 1•1O-5 мм рт. ст. Нижний предел измеряемых давлений (3•1O-10 мм рт. ст.) определяется фоновыми токами в цепи коллектора ионов.

Прибор ИПДО-1 позволяет измерять парциальные давления легких газов с погрешностью ±10% от содержания компонента. Для нормальной работы прибора омегатронная лампа должна обезгаживаться прогревом в электрической печи при 400° С. Электродную систему омегатронной лампы рекомендуется прогревать токами высокой частоты при 800° С. При работе с омегатроном недопустимо присутствие паров органических веществ в высоковакуумной системе.

Спектр масс прибора ИПДО-1 показан на рис. 520. Разработан также омегатронный измеритель ИПДО-2 [34], Квадрупольные масс-спектрометры или фильтры 'масс. Фильтр масс, так же как хронотрон и фарвитрон, пригоден для измерений при давлениях порядка 10~4 мм рт. ст. и при более высоких. Эти приборы можно применять для контроля процессов в высоком и среднем вакууме. Фильтр масс можно применять для контроля состава газов в вакуумных плавильных печах, в установках для напыления тонких пленок и т. п.

Электрический фильтр масс ЭФМ-1 отечественного производства представляет собой масс-спектрометр, в котором ионы разделяются по массам в поле электрического квадруполя, образованного четырьмя параллельными стержнями круглого сечения. Анализируемый газ ионизируется в ионном источнике с продольной ионизацией (рис. 521). Ионы направляются вдоль оси электрического квадруполя. Они входят в анализатор через круглую диафрагму, расположенную по оси квадруполя.


 

На стержни, образующие квадруполь и соединенные попарно, подается напряжение

 


Проходя вдоль анализатора, ионы совершают колебания под действием высокочастотного электрического поля, причем амплитуда колебаний зависит от удельной массы иона и напряжений на стержнях. При определенном выборе параметров квадруполя через анализатор одновременно могут пройти .ионы только одной массы, амплитуда колебаний которых меньше радиуса поля. Амплитуда колебаний ионов других масс при этом нарастает, и они теряют заряд на стержнях. Масса ионов, проходящих через анализатор, определяется формулой

 

где г0 — радиус поля.

Для развертки спектра масс изменяют напряжения на стержнях анализатора, причем отношение постоянной составляющей напряжения к амплитуде высокочастотной составляющей неизменно для всего диапазона масс.

Прибор состоит из двух датчиков и измерительной стойки. Датчик монтируют в корпусе из коррозионностойкой стали; питающие напряжения подводятся через металлокерамические вводы.

 

 

Достоинства прибора: наличие линейной шкалы масс с равномерным разрешением пиков через deltaМ = 1, а также прочность конструкции датчика, что позволяет использовать прибор в промышленных условиях.

 

Техническая характеристика прибора ЭФМ-1

Диапазон рабочих давлений в мм рт. ст. . . 1•1O-3 — 1*10-8

Диапазон массовых чисел анализируемых газов в а. е. м.............. 1—50 и 12—100

 Разрешающая способность ......... 50

Время записи полного спектра масс в мин. 3

 

Квадрупольный масс-спектрометр имеет равномерное разрешение пиков ионных токов во всем диапазоне масс анализируемых газов. Удобен для анализа состава газов в крупных высоковакуумных установках. Менее других чувствителен к присутствию паров масел, проникающих из откачной системы.

 Разработан монополярный электрический фильтр масс АПДМ-1, работающий при давлениях от 10~3 до 10-13 мм рт. ст. в промышленных и лабораторных условиях. Он представляет собой 1/4 часть квадруполь-ного масс-спектрометра.

 

Панорамный анализатор парциальных давлений (фарвитрон). Масс-спектрометр фарвитрон работает при наличии электростатических полей без внешнего магнитного поля. Фарвитрон имеет меньшую разрешающую способность и меньшую чувствительность, чем омегатрон, но он дает возможность одновременно наблюдать весь спектр масс, в то время как омегатрон измеряет парциальные давления газов только поочередно. Спектр масс в диапазоне от 2 до 250 регистрируется осциллографом.

 

 

 С помощью прибора можно исследовать полный состав газовой смеси, а также наблюдать и анализировать быстро меняющиеся процессы. В фар-витроне ионы различных масс разделяются благодаря резонансу, когда частота напряжения, приложенного к измерительной трубке, совпадает с частотой колебаний ионов определенного типа.

 На рис. 522 показаны система электродов измерительной трубки (а) и распределение потенциалов в ней (б). Электронный ток эмитируется вольфрамовым катодом К, а интенсивность его регулируется электродом W. Исследуемый газ ионизируется внутри электрода А. Образовавшиеся ионы ускоряются потенциалом, имеющим приблизительно параболическое распределение (см. рис. 522, б), и колеблются некоторое время вдоль оси трубки между электродами А и S. Обозначим через С постоянную прибора, а через U — максимальную разность потенциалов. Тогда выражение для частоты колебаний / ионов с зарядом е и массой т можно записать

 

Ионы разделяются по массам при наложении небольшого радиочастотного напряжения на постоянное напряжение электрода А. В результате скорость ионов, находящихся в фазе и колеблющихся с частотой приложенного напряжения, в течение каждого периода колебаний несколько увели-

чивается, и их движение в направлении сигнального электрода ускоряется. Чтобы получить спектр масс, частоту переменного напряжения, приложенного к электроду А, изменяют в интервале частот, соответствующих частотам колебаний однозарядных ионов с массами от 2 до 250. Благодаря этому частота колебаний ионов каждого типа совпадает с частотой приложенного переменного напряжения лишь один раз.

Фарвитрон предназначен для измерения давлений в диапазоне 1-10-4 — 1*1O-9 мм рт. ст. Нижний предел измеряемых давлений определяется уровнем шумов, а верхний ограничен влиянием пространственного заряда в измерительной трубке и уменьшением средней длины свободного пробега.

Этот принцип измерения не может обеспечить количественный анализ газовой смеси из-за наличия пространственного заряда. Регистрируются главным образом наиболее распространенные компоненты. Мало распространенные компоненты обнаруживаются, если их парциальное давление составляет по крайней мере 5% полного давления. Невозможно поэтому получить кривые, выражающие точное соотношение между высотой пика и парциальным давлением.

J

 

Панорамный анализатор парциальных давлений АПДП-2 отечественного производства имеет малогабаритный датчик (рис. 523), не требующий наличия магнита. Он удобен для анализа газов в малых вакуумных объемах, в частности в электровакуумных приборах. Спектр масс регистрируется на экране электроннолучевой трубки. Размер изображения 130x70 мм. На рис. 524 показан спектр масс, записанный прибором.

Техническая характеристика прибора АПДП-2

Диапазон массовых чисел анализируемых газов в а. е. м................. 2—200

Диапазон рабочих давлений в мм рт. ст. 10-6 — 10-9

Разрешающая способность на уровне 10% высоты пика................... 15—20

Максимальный ионизирующий электронный ток в мА .................. 1

 Энергия ионизирующих электронов в эВ 100

Максимальное напряжение в разделяющей системе в кВ -............... 1,5

 

 

Разработан также панорамный измеритель парциальных давлений ИПДЧ-1. Трансформатор давления. Фирма Лейбольд (ФРГ) выпускает преобразователь или трансформатор давления для измерения парциальных давлений компонентов газовой смеси до 10 мм рт. ст. Измеритель парциального давления присоединяют к измеряемой системе через натекатель. При переходе смеси из области с относительно высоким давлением в область, доступную для измерения масс-спектрометром, состав газовой смеси меняется незначительно. Такой трансформатор давления с фарвитроном показан на рис. 525. Поскольку размеры фарвитрона малы и он может работать при повышенных температурах, можно нагревать всю систему. В печь помещен натекатель с переменным сечением, который является вакуумным сопротивлением, ионизационный манометр и фарвитрон. Установлено, что прогрев до 150° С достаточен, чтобы практически устранить адсорбцию.

Тензиметр применяют для измерения давлений от атмосферного до 0,1 мм рт. ст. В основе работы прибора— зависимость точки кипения жидкости от давления. Если сосуд с кипящей жидкостью соединить с вакуумной системой, в которой измеряют давление, то температура кипения будет однозначной функцией давления над уровнем жидкости. Такая закономерность сохраняется для углеводородов до давления 0,1 мм рт. ст. Кипящая жидкость находится на дне кипятильника, помещенного внутри электрического нагревателя. Толстая кварцевая оболочка вокруг нагревателя исключает перегрев наружной поверхности прибора. Конденсатор снабжен водяной рубашкой (рис. 526). Прибор присоединен к вакуумной системе. Температура кипящей жидкости фиксируется термопарой. Прибор прост, недорог и достаточно чувствителен.


 

 


 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   

 

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 102 гостей на сайте

Нов боков адс адаптивный

=
Рейтинг@Mail.ru