Как сделать измерительный прибор газа давление. Манометр с одновитковой трубчатой пружиной. Поплавковые дифференциальные манометры

Манометры – это приборы, которые служат для измерения давления. Поскольку они находят применение во многих процессах, то трудно представить себе современный технологический цикл, в котором бы они не использовались. Сфера их применения достаточно широка: от измерения давления в котельных, до газопроводов, в которых постоянное давление – это один из залогов непрерывной работы.

В этом смысле есть два варианта. Экспресс-объем газа в расчете на единицу времени в реальных условиях потока. Какие типы расходомеров требуют компенсации давления и температуры? Анализируя различные типы расходомеров, можно заключить некоторые типичные комбинации. Необходимо сначала утверждать, что большинство пользователей должны измерять нормализованный объемный поток или массовый расход, и что очень редко приходится измерять объем в условиях потока. При этом наиболее типичными комбинациями являются.

Объемный счетчик с компенсацией давления и температуры. Эти расходомеры определяют расход газа. Эта скорость, умноженная на секцию потока, определяет объемный расход в условиях газового потока. Компенсация может производиться с фиксированными значениями, если давление и температура стабильны в пределах желаемых скоростей ошибок или могут потребоваться конкретные счетчики. Эти расходомеры требуют компенсации давления и температуры, с фиксированными значениями, если давление и температура стабильны в пределах желаемых скоростей ошибок или с конкретными счетчиками.

Манометр на сегодняшний день является самым распространённым прибором, для измерения давления. Принцип его работы основан на уравновешивании давления силой мембраны.

Класс точности манометра измеряется по шкале, от 0,2 и выше, причём — чем меньше значение, тем точнее прибор. Манометры различаются на несколько видов:

Если отсчитывать давление от точки абсолютного нуля, то нужен прибор, который может справиться с этим заданием. Таким прибором является манометр абсолютного давления.

Абсолютное давление и температура: общая ошибка. Однако распространенная ошибка заключается в том, чтобы выразить их как относительные, в частности с давлением. Чтобы уточнить это, мы остановимся на разнице между абсолютным и манометрическим давлением.

Большинство манометров измеряют избыточное давление на атмосферное давление, известное как манометрическое давление, и выполняется. Абсолютное давление можно определить двумя способами. Использование датчика абсолютного давления. Использование манометрического датчика давления и добавление атмосферного давления. Чтобы принять решение о том, использовать ли абсолютные или манометрические датчики давления, необходимо проанализировать ошибку, возникающую в результате использования манометрического датчика давления.

Отдельная история с атмосферным давлением. Его измеряют с помощью барометра. Разность давлений в разных средах измеряют дифференциальными манометрами, или дифманометрами. Для измерения положительного и отрицательного давления существуют мановакууметры. Значения давлений, близких между собой измеряют микроманометрами.

Виды манометров

Эта ошибка возникает из-за рассмотрения атмосферного давления как постоянной, когда на самом деле это переменная. Есть два типичных источника ошибок. Рассмотрим постоянное атмосферное давление и равную атмосфере. Эта ошибка будет больше, чем высота этой местности. При давлении ниже 7 бар для компенсации расхода газа под давлением требуется датчик абсолютного давления. Выше этого значения может использоваться манометрический датчик давления, к которому добавляется среднее атмосферное давление местности, в которой выполняется измерение.

Манометры разделяются на: рабочие, общетехнические и общепромышленные.

Это самая распространённая группа измерительных приборов. С их помощью измеряется разница давлений давление газов и жидкостей, а также избыточное и вакуумное давление пара, газов и жидкостей. Такие манометры максимально приспособлены для работы на промышленном оборудовании. Точность их измерения колеблется от 1 до 1,5; 2,5.

Основная характеристика газов заключается в том, что их молекулы очень разделены и движутся очень свободно. Когда они сталкиваются с стенами судна, которые они занимают, они оказывают силу, то есть оказывают давление. Давление, оказываемое газом во всех точках контейнера, содержащего его, практически одинаково, поскольку, поскольку его плотность очень низкая, между двумя точками должна быть очень большая разница в высоте, чтобы обвинить изменение давление.

Это давление атмосферного воздуха на поверхность земли. Твердые вещества создают давление только в одном направлении, вниз. Жидкости создают давление со всех сторон и вниз. Газы генерируют давление во всем целом из-за свойства, которое характеризует их, чтобы занять весь объем контейнера, который их содержит.

Общетехнические манометры успешно работают в котельных, газопроводах и системах теплообеспечения. Манометры бывают как стрелочные, так и цифровые. На цифровых манометрах информация о давлении отображается на электронном табло. Область применения таких манометров достаточно широка – от простого манометра в индивидуальной котельной, до манометра на промышленном газопроводе.

Мы живем на дне океана. Атмосфера, подобная воде большого океана, оказывает давление. Воздух более сжат на уровне моря, чем на больших высотах. 99% земной атмосферы находится ниже высоты 30 км. Атмосфера представляет собой смесь газов, окружающих Землю, и, следовательно, оказывает давление на ее поверхность.

Измерение атмосферного давления

Торричелли заполнен ртутью тонкой трубкой из стекла длиной 1 метр и примерно 1 см 2 секции, закрытой одним из концов. Он одним пальцем закрыл отверстие для свободного конца и перевернул его вверх дном в ведро, заполненное ртутью. Когда палец был удален, уровень ртути трубы упал на высоту 760 мм над поверхностью ртути кюветы. Верхний конец трубки был пуст.

Манометры образцовые

Такие манометры измеряют давление жидкостей или газа с повышенной точностью. Данные приборы позволяют измерять давление в очень точных цифрах класса. У пружинных манометров это: 0,16; 0,25, а у грузопоршневых – 0,05; 0, 2. Точность измерения этим манометрам придаёт особая ”чистая” обработка и подгонка шестерён и рабочих поверхностей.

Атмосферное давление становится ясным на свободной поверхности ртути, таким образом, уровень всегда достигает одной и той же высоты. Атмосферное давление воздействует на ртуть в желобе и удерживает колонку, содержащуюся внутри трубки, и препятствует ее дальнейшему падению. Затем было установлено, что давление в точке А и давление в точке В идентичны.

Приборы для измерения давления

Атмосфера определяется как давление, которое при 0 ° С будет оказывать вес колонны ртути 76 см высоты и 1 см2 разреза на ее основании. В этом эксперименте высота, при которой поступает ртуть, не зависит от диаметра трубки, ее длины и наклона. Барометры: атмосферное давление измеряется устройством, называемым барометром, который может представлять собой ртуть или анороид. Мерные могут быть ведра или сифона. Барометры Кубеты, по сути, аналогичны аппарату, используемому Торричелли для его эксперимента, но они имеют встроенную шкалу.

Манометры электроконтактные

Электроконтактные манометры контролируют пороговые значения давлений, а также сигнализируют о них. Такие манометры измеряют избыточное давление газов и жидкостей.

В их работу входит также отслеживание и управление электрической цепью через определённые отрезки времени. Соединение манометра и головного механизма осуществляется посредством контактной группы. В виду того, что избыточное давление несёт в себе определённую опасность, выпускаются и взрывозащищённые манометры.

Милибар: Единица атмосферного давления, эквивалентная тысячной части бара, использование которого является международным. Как правило, указано, что произведение объемного давления для заданной массы газа является постоянным при условии, что температура не изменяется. То есть: закон Бойля применим к идеальным газам. Идеальный газ - это тот, в котором можно пренебречь разрушительным эффектом сил между молекулами и конечным размером отдельных молекул.

Напомним, что давление или давление атмосферы отражает силу на единицу площади, создаваемую воздухом на планетарной поверхности. Это физическая величина, которая указывает, как сила проецируется перпендикулярно каждой единице поверхности. В ряде отраслей промышленности и в области он обычно работает в условиях вакуума. Для этого требуется вакуумметр для измерения и контроля значений.

Манометры специальные

Специальные манометры служат для измерения определённого типа газа: аммиака, ацетилена, кислорода, водорода. Область применения таких манометров достаточно широка.

Такие приборы измеряют давление только одного вид газа. Для отличия, на корпусе манометра ставится определенная литера, сам он окрашивается в специальный цвет, а шкала его указывает значение газа. Манометры, для измерения давления аммиака окрашиваются в ярко-жёлтый цвет,

Вакуометры имеют датчики, которые могут точно измерять точность с точностью до класса газа. Эти устройства также отличаются своей стабильностью и сниженной зависимостью от температуры. В частности, что делает вакуумный манометр, это измерение того, как давление падает в определенной среде. Двигатели, например, работают, когда они аспирируют и сжимают газы. Когда происходит утечка, производительность падает. Вот почему важно обеспечить отсутствие утечек: для поддержания производительности. Датчик с его измерениями отражает любые утечки.

На корпусе его обозначена буква ”А”. Классы точности у таких манометров те же, что и у общетехнических.

Манометры самопишущие

Такие манометры не только измеряют давление, но и записывают его показания на диаграммной бумаге. Могут записывать до трёх значений одновременно. Используются как в энергетике, так и в промышленности.

Важно отметить, что существуют различные виды вакуумных манометров. Существуют вакуумные манометры, которые подключены к манометру для синхронизации бабочек, когда в двигателе имеется несколько карбюраторов. Многие и разнообразные, как мы уже упоминали, являются типами вакуумных датчиков, которые существуют. Маклеод. - Это характеризуется тем, что он очень точен, когда можно «рассчитать» давление, меньшее, чем давление атмосферы. -Это работает, сжимая соответствующий образец газа с ртутью. В настоящее время мы не можем игнорировать то, что абсолютные вакуумные датчики используются для выполнения длинного списка функций.

Манометры судовые

На кораблях и подводных лодках используются судовые манометры. Они измеряют давление жидкостей (как избыточное, так и вакуумное). Также они измеряют давление газов и пара. Выпускают их в специальном влаго- и пылезащищённом корпусе.

Манометры железнодорожные

В отличие от судовых манометров манометры железнодорожные измеряют избыточное и вакуумное давление на суше, а точнее, на железнодорожном транспорте.

В моторных мастерских мы сталкиваемся с тем, что вакуумный датчик становится фундаментальной частью повседневной работы его профессионалов. И благодаря этому устройству они могут обнаружить проблемы, которые могут вызвать трудности для водителей транспортных средств.

Выбор постоянной времени затухания

Мы все знаем важность окружающей среды на рабочем месте, в школах, детских садах и т.д. личная производительность связана с качеством воздуха на рабочем месте. Внутри есть новая инфракрасная измерительная система, которая работает по принципу двухлучевого фотометра. За исключением замены батареи, газовый счетчик не требует никакого обслуживания. Датчик этого газового счетчика откалиброван для воспламеняющихся газов в воздухе. Он имеет загрузчик статического заряда. Обнаружение себя из опасных зон Углекислый газ снижает общее благосостояние, а значит и способность выполнять. В следующей ссылке вы найдете обзор, где вы найдете необходимый вам счетчик газа. Этот измеритель качества воздуха идеально подходит для специалистов по отоплению, воздуху и климатологии, использующих это устройство для измерения качества воздуха в помещении для оценки систем воздуха в школах, офисах, фабриках или больницах. Мы разработали новый метод измерения, который мы приводим здесь для анализа качества воздуха: инфракрасный источник управляется кратковременным импульсом излучения, который минимизирует потребление энергии. Пироэлектрический детектор, который был спроектирован и адаптирован, позволяет анализировать импульс как в импульсном, так и в обычном режиме работы прерывателя. В этой ссылке у вас есть обзор, из которого вы можете найти любой тип счетчика, который вам нужен. Тревога С помощью этого газового счетчика вы можете сохранить измеренные значения, и вы можете передавать и оценивать их на своем компьютере. Для этого требуется возможность регистрации дополнительных данных и дополнительного программного обеспечения. Данные, хранящиеся на устройстве, могут быть переданы на компьютер или ноутбук в любое время для последующей оценки. Кроме того, счетчик сохраняет данные при превышении предельного значения. В идеале носите газовый счетчик в качестве личной защиты, прикрепленной к телу, прикрепленной к ремню. Его можно использовать, например, при прохождении каналов и в химической промышленности. В этой ссылке у вас есть обзор, из которого вы можете найти любой тип газового счетчика, который вам нужен. Текущие значения измерения, а также измеренные значения, записанные в памяти, могут отображаться в виде графического изображения на цветном дисплее. Это позволяет портативному детектору газа быстро классифицировать колебания концентрации чувствительных газов быстро с течением времени. Тревога слышима и видима. Кроме того, цвет буквы на экране меняется на красный. Все предупреждения и измеренные значения хранятся каждую минуту во внутренней памяти портативного детектора газа. Размер памяти достаточно велик, чтобы восстановить данные, хранящиеся в течение года.

  • Рекомендуется вентилировать пространство.
  • Необходимо проветрить пространство.
  • Технические данные Описание Код заказа Поддержка Аксессуары.
При подключении только одного из впускных отверстий давления относительное избыточное давление или отрицательное давление также могут быть измерены относительно окружающей атмосферы.

Датчики и преобразователи

Эти приборы не измеряют, а преобразовывают давление в сигнал. Такие сигналы могут быть любого вида, от электрического, до пневматического. Преобразуется сигнал различными методами. Такие датчики измеряют вакуумное, избыточное, абсолютное, дифференциальное и гидростатическое давление. А так же существуют преобразователи измерительный разности давлений . Эти преобразователи давления отличаются частотным диапазоном, точностью, пределом диапазона и массой. Датчики ДМ5007 оснащены цифровым табло. Они отличаются высокой точностью измерения и надёжностью.

В датчиках Сапфир-22МПС для измерения давления применяется тензопреобразователь, меняющий своё сопротивление при деформации чувствительного элемента от воздействия давления. Такой датчик оснащён цифровым индикатором.

Сигнал, поступивший от тензопреобазователя, перекодируется на выходе в унифицированный электрический сигнал. Датчик Сапфир-22МПС оборудован системой термокомпенсации и микропроцессорной обработки сигнала. Это позволяет повысить точность измерений, упрощает установку ноля, диапазона измерения и пределов измерений внутри поддиапазонов. Такие преобразователи широко применяются в системах управления техпроцессами, на объектах газовой промышленности и атомной энергетики.

Манометрический термометр

Такой прибор работает благодаря зависимости между температурой и давлением измеряемой среды. Такие манометры используются для измерения температуры жидкости или газа в замкнутой системе. Манометрические термометры делятся на конденсационные и газовые.

Конденсационные термометры маркируются ТКП

Электроконтактные манометрические термометры оснащены стрелками, которые задают пороги срабатывания. Когда достигается верхний или нижний порог срабатывания, сигнальная группа замыкается. Такие манометры также называют сигнальными.

Http-equiv="Content-Type" />

Приборы для измерения давления

Шешин Е.П. Основы вакуумной техники: Учебное пособие. - М.: МФТИ, 2001. - 124 с.

Неотъемлемой частью любой вакуумной системы является аппаратура для измерения давления разрежённого газа. Область давления, используемая в современной вакуумной технике, 10 5 – 10 -12 Па. Измерение давлений в таком широком диапазоне, естественно, не может быть обеспечено одним прибором. В практике измерения давления разрежённых газов применяются различные типы преобразователей, отличающиеся по принципу действия и классу точности.
Приборы для измерения общих давлений в вакуумной технике называются вакуумметрами и обычно состоят из двух частей - манометрического преобразователя и измерительной установки. По методу измерения вакуумметры могут быть разделены на абсолютные и относительные. Показания абсолютных приборов не зависят от вида газа и могут быть заранее рассчитаны.
Эти манометры измеряют давление, как силу ударов молекул о поверхность. При малых давлениях непосредственное измерение силы давления невозможно из-за её малости. В приборах для относительных измерений используют зависимость параметров некоторых физических процессов, протекающих в вакууме, от давления. Эти приборы нуждаются в градуировке по образцовым приборам. Вакуумметры измеряют давление газов, присутствующих в вакуумной системе. На рис. 3.1. показаны диапазоны рабочих давлений различных типов вакуумметров.

3.1. Абсолютные вакуумметры

Гидростатический U-образный вакуумметр, внешний вид которого показан на рис. 3.2, представляет собой стеклянную U‑образную трубку, заполненную ртутью или какой-либо другой жидкостью с низкой упругостью пара, например вакуумным маслом. Оба колена трубки соединены между собой трёхходовым стеклянным краном. В положении крана, изображённом на рисунке, оба колена сообщаются между собой. Правое колено соединяется со вспомогательным насосом, создающим разрежение 10–1 –1 Па.

гидростатичесие

__деформационные___

_____тепловые_______

__компрессионные___

_______радиоизотопные_______

_электронные ионизационные_

_________магнитные электроразрядные___________

Рис. 3.1. Рабочие диапазон давлений, измеряемые вакуумметрами

В процессе измерения это давление принимается равным нулю. При повороте рукоятки крана на 180˚оба колена разобщаются между собой, а левое колено сообщается с сосудом, в котором необходимо измерить давление. Давление рассчитывается по формуле

где r - плотность рабочей жидкости; g - ускорение свободного падения для данной местности; h - разность уровней рабочей жидкости в обоих коленах вакуумметра.
Диапазон давлений, измеряемых ртутным вакуумметром 102 – 105 Па (1–100 торр), масляным - 1–5×103 Па (0,01–50 торр).
Компрессионный вакуумметр Мак-Леода схематично представлен на рис. 3.3. Компрессионным назван потому, что в нём осуществляется сжатие (компрессия) газа в запаянном капилляре. Основными элементами вакуумметра являются запаянный капилляр К 1 с сосудом V 1 , суммарный объём которых до точки a в процессе градуировки определяется с большой точностью, и сравнительный капилляр К 2, диаметр которого так же, как и запаянного капилляра, должен быть постоянен по всей длине и равен диаметру запаянного капилляра.

Рис. 3.2. U-образный
манометр

Рис. 3.3. Компрессионный
манометр

Чтобы произвести измерение, понижают уровень ртути в вакуумметре ниже точки а . При этом измерительный капилляр К 1 сообщается с системой, в которой необходимо измерить давление. При последующем повышении уровня ртути в вакуумметре порция газа, равная суммарному объёму измерительного капилляра К 1 и сосуда V 1, при давлении, равном давлению газа в системе, будет отсечена и сжата в запаянном капилляре. По закону Бойля–Мариотта произведение давления определённой порции газа на объём, им занимаемый, есть величина постоянная:

Начальный объём V 1 известен, конечный объём V 2 нетрудно рассчитать по известному диаметру капилляра K1, а давление P 2 определяется разностью уровней ртути h в измерительном K 1 и сравнительном К 2 капиллярах. Тогда по формуле (3.2.) легко рассчитывается искомое давление в вакуумной системе Р 1.
Деформационные вакуумметры в качестве чувствительного элемента имеют герметичную упругую перегородку, способную деформироваться под действием приложенной к ней разности давлений. Наибольшее распространение получили вакуумметры типа МВП, устройство которых схематично показано на рис. 3.4. Упругим чувствительным элементом является трубка эллиптического сечения, свёрнутая в спираль. Трубка под действием атмосферного давления при откачке внутренней полости скручивается за счёт разных радиусов кривизны, а следовательно, площадей наружной и внутренней поверхности трубки. Один конец трубки с помощью штуцера присоединяется к вакуумной системе, другой, запаянный, конец трубки через систему рычагов соединён со стрелкой прибора. Угол закручивания упругого элемента и соответственно угол поворота стрелки пропорциональны разности давлений внутри и снаружи упругого элемента.
Деформационный вакуумметр обладает целым рядом преимуществ: удобства в работе с вакуумметром, непосредственность отсчёта, безынерционность. Наряду с этим ему присущ существенный недостаток: зависимость показаний вакуумметра от барометрического давления. Область давления, измеряемых деформационным вакуумметром, - 5·10 2 – 105 Па (~ 3–750 торр). Кроме описанного, известны и другие типы деформационных вакуумметров, например мембранные, которые выпускаются для различных диапазонов измеряемых давлений.

Рис. 3.4. Деформационный вакуумметр:
1 - труба эллиптического сечения;
2 - стрелка; 3 - зубчатый сектор;
4 - присоединительный штуцер.

3 .2. Тепловые вакуумметры

Действие тепловых вакуумметров основано на зависимости теплопроводности газа от давления. Основными элементами любого теплоэлектрического манометрического преобразователя являются нить накала (с постоянной температурой и большой теплоемкостью) и корпус прибора. При постоянной электрической мощности, подведённой к нити Q эл., температура нити зависит от давления. В стационарном состоянии при установившейся температуре нити имеет место баланс мощностей:

, (3.3)

где Q к - мощность теплоотвода по конструктивным элементам манометра; Q м - мощность, отводимая от нити соударяющимися с ней молекулами; Q л - мощность, отводимая лучеиспусканием.
Поскольку с ростом давления коэффициент теплопроводности газа увеличивается, то и увеличиваются Q м. Следовательно, при Q эл = const равновесная температура нити возрастает при понижении давления (если l 0 >> d ).Поэтому в тепловом манометре измеряется температура нити и результаты измерений градуируются в единицах давления.
На рис. 3.5, 3.6 представлены конструкции наиболее распространённых типов тепловых манометров и схемы их включения. Преобразователи в зависимости от способа измерения температуры делятся на термопарные и преобразователи сопротивления.

Рис. 3.5. Манометрический преобразователь сопротивления ПМТ-6:
а) конструкция; б) схема измерения
1 - корпус; 2 - нить накала

Корпус преобразователя ПМТ-6 (рис. 3.5а) изготавливается из нержавеющей стали, нить накала - из вольфрамовой проволоки диаметром 10 мкм и длиной 80 мм. Манометр работает в режиме постоянной температуры нити, равной 220 ºС. При этом сопротивление нити составляет 116,5 Ом. Манометр включен в одно из плеч моста (рис. 3.5б). Изменение сигнала, свидетельствующее об изменении давления, регистрируется стрелочным прибором. При изменении давления от 10–2 до 30 торр ток накала нити изменяется от 4 до 52 мА, а напряжение от 0,5 до 6 В.
В диапазоне давлений от 1 до 10-3 торр наиболее широко применяются термопарные манометры (рис. 3.6).
Нить накала в этом манометре выполняет только функцию источника тепла. Лампа работает в режиме постоянного тока накала, который регулируется перестройкой балластного резистора. Давление оценивается по ЭДС. термопары (рис. 3.7). Ток накала составляет 110–135 мА и подбирается таким образом, чтобы стрелка милливольтметра точно совпадала с сотым делением шкалы.


Рис 3.6. Термопарный манометрический преобразователь ПМТ-2 :
а) конструкция; б) схема измерения.
1 - корпус; 2 - нить накала; 3 - термопара; 4 - ввод питания

При давлении ниже 10–3 торр показания манометра достигают асимптотического предела 10 мВ (100 делений). При этих давлениях теплоотвод по газу пренебрежимо мал, и вся подводимая мощность расходуется на излучение (~ 63%) и теплоотвод по вводам (~ 37%).

Рис. 3.7. Градуировочная кривая термопарного манометра ПМТ-2

Верхний предел термопарных манометров определяется двумя явлениями: 1) при высоком давлении нарушается условие , и теплопроводимость газа перестает зависеть от давления; 2) при высоком давлении интенсивный молекулярный теплоотвод сильно снижает температуру нити, уменьшает разность температур нити накала и корпуса и приводит к потере чувствительности.
При токе около 120 мА лампа ПМТ-2 имеет верхний предел по давлению примерно 10–1торр. Для борьбы с потерей чувствительности при высоком давлении достаточно увеличить температуру нити, т.е. повысить ток накала. При токе 250–300 мА лампа ПМТ-2 может измерять давления в диапазоне 10–1 –1 торр. Для этого диапазона точное значение тока накала подбирают при атмосферном давлении, т.е. производится привязка градуировочной кривой к правому верхнему асимптотическому пределу манометра. Датчики тепловых вакуумметров не боятся прорыва атмосферы и имеют практически неограниченный срок службы.


3.3. Электронные ионизационные вакуумметры

Принцип действия электронного преобразователя основан на прямой пропорциональности между давлением и ионным током, образовавшимся в результате ионизации термоэлектронами остаточных газов.
Существуют две схемы электронного преобразователя: с внутренним и внешним коллектором. Основными элементами электронного ионизационного манометрического преобразователя являются прямонакальный , анод-сетка и коллектор ионов. Катод может располагаться как в центре сетки-анода, например, в преобразователях ПМИ-3-2 и ПМТ‑2 (рис. 3.8а), так и с внешней стороны, например, в преобразователе ПМИ-12-8 и ИМ‑12 (рис. 3.8б). В первом случае коллектор охватывает анод; во втором - коллектор располагается по оси преобразователя.

Рис. 3.7. Конструктивные схемы электронных ионизационных
преобразователей:
а) с внешним коллектором (ПМИ-2; ПМИ-3-2);
б) с внутренним коллектором (ИМ-12; ПМИ-12-8);
1 - коллектор; 2 - сетка-анод; 3 - прямонакальный катод
Электрические потенциалы электродов таковы, что создают для электронов ускоряющую разность потенциалов в пространстве между анодом и катодом и замедляющую разность потенциалов в пространстве между анодом и коллектором ионов, причём замедляющая разность потенциалов по величине больше ускоряющей разности потенциалов. Обычно коллектор имеет нулевой потенциал, анод – высокий положительный, катод – небольшой положительный потенциал. Питание манометрического преобразователя осуществляется измерительным блоком вакуумметра.
Электронный ионизационный манометрический преобразователь действует следующим образом. Накаленный прямым пропусканием тока катод испускает электроны. Электроны ускоряются в пространстве между катодом и анодом. Большинство электронов пролетает анод-сетку, попадая в замедляющее электрическое поле. Поскольку замедляющая разность потенциалов больше ускоряющей разности потенциалов, электроны, не долетая до коллектора ионов, изменяют направление движения. Затем, приобретая скорость в направлении к аноду, электроны вновь пролетают анод-сетку, тормозятся около катода и вновь направляются к аноду. Таким образом, электроны совершают колебательные движения около анода.
На своём пути электроны производят ионизацию газа. Положительные ионы, образовавшиеся в пространстве между анодом и коллектором ионов, притягиваются последним. При постоянном токе электронной эмиссии (Эмиссионный ток в рассматриваемых вакуумметрах устанавливается на уровне 5 мА.) постоянном числе электронов, колеблющихся около анода, количество актов ионизации, т.е. количество образующихся ионов, будет пропорциональным концентрации молекул газа в пространстве, т.е. давлению. Таким образом, ионный ток коллектора служит мерой давления газа. Электронный преобразователь имеет неодинаковую чувствительность к различным газам, так как эффективность ионизации зависит от рода газа.
Если преобразователь был проградуирован по воздуху, а применяется для измерения давления других газов, то необходимо учитывать относительную чувствительность R , которая представлена в таблице 3.1.
При этом давление газа определяется как

. (3.4)

Таблица 3.1
Относительная чувствительность преобразователей


Газ

Ионизационные манометры обладают откачивающим действием. Для ламп ПМИ-2 быстрота ионной откачки составляет примерно 0,01 л/с. Верхний предел электронного манометра (10–2торр) связан быстрым распылением вольфрамового катода. Кроме того, при высоком давлении нарушается линейная зависимость тока от давления, когда средняя длина свободного пробега электрона в объёме прибора становится меньше расстояния между электронами. Увеличение верхнего предела измерения можно достичь за счёт применения специальных воздухостойких иридиевых катодов, а также за счёт уменьшения расстояния между электродами.
Нижний предел измерения определяется фоновыми токами в цепи коллектора. Фоновые токи возникают либо в результате мягкого рентгеновского излучения анодной сетки, либо, как следствие, автоэлектронной эмиссии коллектора и ультрафиолетового излучения накального катода, сопровождающихся уходом с коллектора фотоэлектронов. Рентгеновское излучение анодной сетки является результатом её бомбардировки электронами. Автоэлектронная эмиссия коллектора появляется под действием разности потенциалов 200–300 В между коллектором и анодной сеткой. В лампе ПМИ-2 цилиндрический коллектор захватывает почти все рентгеновское излучение сетки, по этому нижний предел измерения манометров с внешним коллектором типа ПМИ-2 составляет 10–7 торр.
Фоновые токи имеют одинаковое направление с ионными токами и оказывают одинаковое воздействие на измерительные приборы. Для уменьшения фоновых токов был предложен преобразователь с осевым коллектором (рис. 3.8б), где катод и коллектор поменялись местами, что значительно уменьшило телесный угол, в котором рентгеновское излучение сетки попадает на коллектор, что расширило нижний предел измерения до 10–10 торр.
Для точного измерения низкого давления необходимо производить обезгаживание анода, которое производится пропусканием через него электрического тока. Обезгаживание преобразователей следует производить при низком давлении в системе за 20–40 мин до измерения давления. В обезгаживании преобразователя при высоких давлениях нет необходимости, так как в этом случае относительная ошибка, вызванная сорбционно-десорбционными явлениями, обычно невелика. Более того, обезгаживание и, как правило, нагрев при высоких давлениях повышают интенсивность химических процессов на электродах, что ведёт к ускоренному выходу из строя преобразователя. В связи с этим следует считать неправильной практику начала обезгаживания сразу после включения преобразователя, когда в установке ещё не достигнут высокий вакуум.
Измерения давления с помощью манометрических преобразователей открытого типа, электронная система которых расположена непосредственно в откачиваемом сосуде, даёт большее соответствие с истинным давлением в системе, чем при использовании преобразователей закрытого типа.
Для более точного суждения по показаниям вакуумметра о давлении в системе в области низких давлений необходимо учитывать состав газа, чтобы ввести поправку на различную чувствительность преобразователя к разным газам. Следует помнить, что такие газы, как кислород или пары воды, содержащие кислород, вызывают уменьшение тока эмиссии, отравляя катод. Наоборот, пары углеводородов вызывают резкое увеличение тока эмиссии. Поэтому непосредственно перед измерением всегда проверяют ток эмиссии.

3.4. Магнитные газоразрядные вакуумметры

Принцип действия магнитных преобразователей основан на зависимости тока самостоятельного газового разряда в скрещенных магнитом и электрическом полях от давления:


Рис. 3.8. Электронные системы магнитных преобразователей:
а) ячейка Пеннинга; б) магнетронная; в) инверсно-магнетронная;
1 - катоды; 2 - аноды

Электродные системы, обеспечивающие поддержание самостоятельного газового разряда при высоком и сверхвысоком вакууме, бывают нескольких видов.
Ячейка Пеннинга (рис. 3.9) состоит из двух дисковых катодов 1 и цилиндрического анода 2; в магнетронном преобразователе (рис. 3.9б) в отличие от ячейки Пеннингв катоды соединены между собой центральным стержнем; в инверсно-магнетронном преобразователе (рис. 3.9в) центральный стержень выполняет роль анода, а наружный цилиндр становится катодом.
Все электроды находятся в постоянном магнитном поле. На анод подаётся положительное относительно катода напряжение 2–6 кВ, катод заземлён и соединяется со входом усилителя постоянного тока. Сильное магнитное поле служит для увеличения длины пути электронов и поддержания тем самым разряда и увеличения степени ионизации газа. Сила тока разряда в таких приборах является мерой давления в системе.
В последнее время инверсно-магнетронные вакуумметры приобретают всё большее распространение. В качестве примера приведём конструкцию инверсно-магнетронного преобразователя ПММ-32-1 (рис. 3.10)
Электронная система преобразователя на фланце соединения с металлическим уплотнителем с условным проходом 50 мм. Катод 1 представляет собой цилиндр с закрытыми торцами. Стержневой анод 2 проходит по оси катода через отверстия в его торцевых поверхностях. Вся электродная система в корпусе прибора помещается в осевое магнитное поле. На анод подаётся высокое напряжение. В цепь катода включается вход усилителя постоянного тока.


Рис. 3.10. Инверсно-магнетронный манометрический преобразователь ПММ-32-1:
а) конструкция преобразователя:
1 – катод; 2 – анод; 3 – присоединительный фланец;
б) траектория электронов

Под действием скрещивающихся электрического и магнитного полей свободные электроны, образовавшиеся в разрядном промежутке, движутся по замкнутым гипоциклоидам. При столкновении с молекулой газа электрон теряет часть энергии, и его траектория смещается ближе к аноду, как это показано на рис. 3.10б. Электроны попадают на анод, произведя по меньшей мере один акт ионизации газа. В таких манометрических преобразователях разряд поддерживается при давлениях до 10–12 – 10–11 Па (10–14 – 10–13 торр). Образовавшиеся в результате ионизации газа положительные ионы в силу своей большой массы практически прямолинейно движутся к катоду, являющемуся одновременно коллектором ионов. По величине ионного тока судят о концентрации молекул газа в разрядном промежутке преобразователя, т.е. о давлении газа в системе. Фоновые токи, токи автоэлектронной эмиссии в измерительной цепи катода не регистрируются, поскольку они замыкаются в цепи экран-анод.
Быстрота откачки колеблется для различных преобразователей в зависимости от рода газа и режимов работы в пределах от 10–2 до 1л/с, что значительно больше, чем для электронных. Это приводит к увеличению погрешности измерений при наличии вакуумного сопротивления между преобразователем и вакуумной камерой . Преимуществом магнитного преобразователя перед электронным является более высокая надежность а работе в связи с заменой накального катода холодным, а недостатком – нестабильности, связанные с колебаниями работы выхода электронов при загрязнении катодов. Эти нестабильности особенно заметны при работе преобразователя в вакуумных системах с парами масла, продукты разложения которого при ионной бомбардировке и масляные диэлектрические плёнки, покрывающие поверхности электродов, могут в несколько раз уменьшать чувствительность преобразователя.
Обезгаживание магниторазрядных преобразователей, так же, как и электронных, следует производить при высоком вакууме и только в том случае, если необходимо измерить давление в области высокого и сверхвысокого вакуума. Некоторое время после обезгаживания преобразователь обладает сильным откачивающим действием. Ошибка, вызванная откачивающим действием, для открытых преобразователей может достигать несколько процентов, для преобразователей закрытого типа – 20% и более. Ошибка измерения, вызванная газовыделением имеет противоположный знак и по величине обычно намного превосходит ошибку, вызванную откачивающим действием прибора.
Показания вакуумметра также зависят от состояния преобразователя и напряжённости магнитного поля. Поэтому во избежание изменения напряженности магнитного поля к преобразователям нельзя подносить ферромагнитные тела на расстояние менее 100 мм. В процессе эксплуатации необходимо периодически контролировать сопротивление утечки изоляторов, обусловливающие дополнительный фоновый ток, а также полезно контролировать напряжённость магнитного поля.



Похожие статьи