ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Тепловые манометры из "Вакуумметры" Принцип действия тепловых манометров основан на зависимости теплопередачи через разреженный газ от давления. Пределы измерения различных типов тепловых манометров составляют 760- -10 мм рт. ст. [c.51] Впервые манометр, основанный на таком принципе, был предложен Пирани [22] в 1906 г. Передача тепла в этом приборе осуществляется от нагреваемой в вакууме (путем пропускания электрического тока) тонкой металлической нити к баллону, находящемуся в условиях комнатной температуры. Схема расположения элементов теплового манометра показана на рис. 3. 1. [c.51] Е — потери тепла соответственно конвекцией, теплопроводностью газа, излучением нити и теплопроводностью материала нити в вт. [c.51] Последние два вида тепловых потерь не зависят от давления. [c.51] Измерение давления тепловыми манометрами может осуществляться двумя методами. По первому методу температуру нити в процессе работы манометра поддерживают постоянной, а по второму — температуру нити изменяют. Первый метод носит название метода постоянной температуры нити, а второй — метода переменной температуры нити. [c.52] По методу постоянной температуры нити о величине давления судят по изменению мощности электрического тока, необходимой для поддержания постоянства температуры нити. Сила тока или падение напряжения на нити служит при этом мерой давления. [c.52] Во втором случае обычно поддерживают постоянной силу электрического тока, пропускаемого через нить при этом температура нити является функцией давления. [c.52] Выражение (3. 3) справедливо в области высокого вакуума, когда к . не зависит от давления. При работе манометра в широком диапазоне давлений следует учитывать, что к . есть функция давления. [c.52] Из уравнения (3. 3) видно, что зависимость / = / (Р) нелинейна. Это вносит неудобства в градуировку манометра. Работа по этому методу требует регулировки температуры нити перед каждым измерением давления. Непрерывные измерения могут быть осуществлены лишь с помощью сложных автоматических схем. В случае резкого уменьшения давления в вакуумной системе имеется опасность перегорания нити. [c.52] Из полученного выражения видно, что относительная чувствительность теплового манометра при работе по методу постоянной температуры равна отношению изменения тепловых потерь нити (путем теплопроводности газа) на единицу давления к общей мощности электрического тока, необходимой для поддержания температуры нити Г постоянной. [c.53] Зависимость Sj = f P) по уравнению (3. 6) показана в виде графика в относительных единицах (кривая 1, на рис. 3. 2). Значение из уравнения (3. 6) определяет нижний предел измерения давления и может быть подсчитано по уравнению (3. 7). При температуре нити = 500° К, баллона = 300° К, fe = = 2,88-10 вт. см -градг п kj. = 7,7-10 вт-град мм рт. ст. величина Р равна 1,03-10 мм рт. ст. [c.53] Для того чтобы относительная погрешность измерения давления была величиной постоянной, не зависящей от давления, необходимо, чтобы относительная чувствительность манометра была обратно пропорциональна давлению. [c.53] При Р С Pi относительная чувствительность остается постоянной, следовательно, точность измерения уменьшается. Физически это объясняется тем, что при Р С Pi величина тепловых потерь нити на теплопроводность через газ становится пренебрежимо мала по сравнению с тепловыми потерями нити на лучеиспускание и поэтому слабо влияет на тепловое равновесие нити. [c.54] В таких условиях, согласно формуле (3. 5), относительная чувствительность Si быстро уменьшается и измерение давления становится невозможным. [c.54] Одним из путей расширения верхнего предела измерения является увеличение В, что возможно при уменьшении размеров манометра. Тот же результат можно получить увеличением относительной чувствительности манометра, которая, как видно из формулы (3. 5), пропорциональна разности температур Т — Тд. При уменьшении температуры баллона Тд за счет увеличения чувствительности (кривая 3 на рис. 3. 2) расширяются верхний и нижний пределы измерения давления. Увеличение повышает верхний предел измерения за счет увеличения раз- 1др мм рт.ст ности — Гб, но при этом ухуд- ,дв шается нижний предел (кривая 2 на рис. 3. 2). [c.55] В области давлений, где потерями на теплопроводность и лучеиспускание нити можно пренебречь, разность Г — Гб обратно пропорциональна давлению. [c.55] Непрерывность измерения давления при работе этим методом может быть достигнута без применения сложных автоматических схем, так как поддержание постоянства электрического тока, проходящего через нить, легко обеспечивается последовательным включением большого балластного сопротивления. Требуется лишь одна регулировка прибора перед началом измерений. [c.55] При таком выборе нижний предел измерения манометра зависит только от потерь на теплопроводность материала нити, не учтенных в уравнении (3. 8). [c.56] Увеличение верхнего предела измерения давления может быть получено также повышением температуры нити. Повышение температуры нити от 100 до 600° С увеличивает верхний предел измерения с 0,5 до 3 мм рт. ст. [24]. В некоторых приборах для расширения области измеряемых давлений используется работа манометра в нескольких диапазонах давления с различными токами накала, обеспечивающими получение одинаковой максимальной температуры. [c.56] Вернуться к основной статье