Этот метод наиболее часто применяется в сверхвысоковаку-умных системах, поскольку в этих системах обычно имеется по крайней мере один чувствительный ионизационный вакуумметр. Вакуумометрический метод представляет собой простой и быстрый способ отыскания течей; его чувствительность ограничена только чувствительностью контрольно-измерительной аппаратуры. Другими словами, если требуемое предельное давление в непрерывно откачиваемой вакуумной системе соответствует рабочему диапазону вакуумметра, то с помощью этого прибора, в принципе, может быть обнаружена любая течь, способная вызывать увеличение предельного давления. Таким образом, в большинстве случаев использование этого метода вполне достаточно для проверки системы на герметичность.

Для обеспечения повышенной чувствительности в качестве пробного необходимо использовать такой газ, который при замещении воздуха обеспечивает максимальное изменение сигнала, регистрируемого вакуумметром. Как уже отмечалось в предыдущем разделе, этот эффект зависит не только от относительных чувствительностей вакуумметра по отношению к воздуху и пробному газу, но также и от быстроты их удаления из системы. Это, в свою очередь, зависит от типа используемого в системе насоса. В типичном случае малых течей, когда выполняются условия молекулярного течения, давление в системе, откачиваемой диффузионным насосом, при замещении воздуха пробным газом изменяться не будет. Этот эффект объясняется тем, что и скорость натекания газа, и быстрота его откачки в первом приближении связаны между собой как корни квадратные из молекулярной массы газа, поэтому

(8.22)

Поскольку при замещении воздуха пробным газом изменения давления не происходит, в системах, откачиваемых диффузионным насосом, для обеспечения максимального кажущегося из-

менения давления в качестве пробного используется такой газ, чувствительность вакуумметра по которому максимально отличается от чувствительности по воздуху. Согласно табл. 4.1, для вакуумметра Байярда — Альперта использование гелия в качестве пробного газа вполне удовлетворяет указанному требованию. Для этих целей могут быть использованы и другие газы, например бутан, чувствительность вакуумметра по которому относительно азота составляет 4,46. Использование бутана в качестве пробного газа приводило к наилучшим результатам по сравнению со всеми другими газами.

Для больших течей относительная быстрота откачки различных газов становится существенной, поскольку вязкость газа зависит не только от корня квадратного из его молекулярной массы, но и от квадрата диаметра молекулы б. Чем больше в соответствии с обратной квадратичной зависимостью эта величина, тем меньше вязкость:

(8.23)

Откуда следует, что вязкостьзависит от молекулярной массы слабее, чем быстрота откачки. Поэтому относительное изменение показаний вакуумметра AG/p будет более значительным для больших течей, поскольку увеличение сигнала вакуумметра, вследствие более высокой чувствительности прибора по отношению к пробному газу, становится еще большим благодаря изменению скорости откачки пробного газа.

Для вакуумных систем, в которых откачка осуществляется иным способом, эти выводы несколько изменяются. Так, при откачке с помощью ионного насоса существенным фактором является более низкая скорость откачки инертных газов по сравнению с активными газами. Например, при использовании гелия в качестве пробного газа в процессе откачки будет происходить увеличение его парциального давления, что занижает чувствительность вакуумметра по отношению к этому газу. Поэтому гелий не рекомендуется применять в качестве пробного газа для таких систем.

С другой стороны, для такого более тяжелого газа, как аргон, чувствительность по которому в 1,5 раза выше, чем по азоту, увеличение давления за счет дискриминации в процессе его откачки будет приводить к еще большему увеличению показаний вакуумметра. Поскольку быстрота откачки аргона примерно в 4 раза меньше, чем для азота, в случае малых течей, когда справедливо уравнение (8.9), получим

(8.24)

Из уравнения (8.9) следует, что величина AG принимает сравнительно большие значения, и, таким образом, для систем с ионной откачкой аргон является вполне удовлетворительным пробным газом.

Как известно, быстрота откачки вакуумных систем турбо-молекулярными насосами не зависит от рода газа. Однако от этого параметра существенно зависит степень сжатия откачиваемого газа, которая экспоненциально зависит от ^m. Например, согласно данным одной из фирм, выпускающей такие насосы, степень сжатия для азота составляет 8•1O⁸, тогда как для гелия — только 2,5*1О⁴. Это означает, что если в системе находится азот, предварительно откачанный до 1 Па, то таким насосом его давление может быть уменьшено до 10^-9 Па, а в случае гелия — лишь до 5-10^-5 Па.

Если же давление в системе значительно ниже 5- 10^-5, то гелий, просачивающийся через канал течи, будет приводить к существенному повышению давления, и в результате, несмотря на более низкую чувствительность вакуумметра по гелию, будет наблюдаться существенное изменение показаний прибора. Однако это увеличение не будет достаточным, если откачка турбомолекулярный насосом происходит при более высоком предварительном разрежении, поскольку в этом случае увеличение давления менее значительно и компенсируется более низкой чувствительностью вакуумметра по гелию.

В системах с криооткачкой использование гелия в качестве пробного газа также дает удовлетворительные результаты, поскольку он плохо откачивается криопанелью. В этом случае может возникнуть сложность при удалении гелия из системы после обнаружения течи. Поэтому в таких системах, наряду с другими инертными газами, целесообразно использовать в качестве пробных такие активные газы, как CO₂ и O₂

Изменение в показаниях вакуумметра при использовании серийного контрольно-измерительного блока может быть довольно малым по сравнению с фоновым сигналом, особенно при обдуве системы струей пробного газа. Поэтому для повышения чувствительности необходимо скомпенсировать фоновый сигнал, например, путем смещения нулевого положения стрелки прибора балансировкой электрической схемы. Однако такое редко удается при работе с серийным вакуумметром. Для этого можно использовать специальные блоки — приставки, позволяющие подавать компенсирующее напряжение навстречу измеряемому и усиливать малое изменение сигнала при попадании в вакуумметр пробного газа. На выходе подобного устройства используются, как правило, измерительные приборы с нулем в середине шкалы. В отсутствие пробного газа фоновый сигнал компенсируется до нуля; при попадании в систему пробного газа измерительный прибор дает сигнал, знак которого зависит от молекулярной массы газа (большей или меньшей mN2).

Такие вспомогательные блоки выпускаются серийно для применения в качестве течеискателей вместе с ионизационными вакуумметрами. В этих устройствах используются довольно сложные схемы, которые позволяют измерять изменение сигнала без необходимости «ручной» компенсации фонового сигнала. Они позволяют достигать чувствительности, которой соответствует полное отклонение стрелки измерительного устройства при изменении сигнала обычного вакуумметра в 0,1% от всей шкалы, однако для этого необходимо довольно медленное изменение сигнала. В оптимальных условиях с помощью такого устройства (совместно с ВБА) можно фиксировать течи со скоростью натекания 10^-12 Пам³-с^-1.