Розділ 1 Вимірювання низьких тисків

1. Загальні відомості

Стан розрідження газу (вакуум) у відкачуваному об’ємі можна кількісно оцінювати абсолютним тиском, тобто силою, що діє на одиницю поверхні вимірювального елемента. Тоді поняття вакуум набуває змісту звичайної фізичної величини, яку можна вимірювати в одиницях тиску.

Кількісною характеристикою вакууму також може служити різниця між атмосферним та абсолютним тиском всередині відкачуваного об’єму. Але при цьому під вакуумом слід розуміти деяку розрідженість порівняно з атмосферним тиском.

На практиці користуються і першою і другою характеристиками вакууму, і їх вибір визначається характером процесу, що вивчається. В тому випадку, коли хід процесу не пов’язаний з зовнішнім (атмосферним) тиском (наприклад, відкачування електровакуумного приладу), слід вимірювати абсолютний тиск всередині відкачуваного об’єму. Якщо ж стан системи визначається різницею між атмосферним ра та абсолютним тиском р_аб в її середині (наприклад, процеси, які відбуваються в деяких типах вакуумних насосів), для їх характеристики зручно користуватися різницею тисків р_а - р_аб, бо сила, яка діє на робочий елемент системи, буде залежати від різниці між атмосферним та абсолютним тиском.

1.2. Класифікація методів та приладів для вимірювання загальних тисків

Прилади для вимірювання тиску газу, нижчого за атмосферний, називаються вакуумметрами. Більшість вакуумметрів складається з двох елементів: манометричного перетворювача сигналу тиску в електричний сигнал та вимірювального блоку. Вживається також термін “манометр”, який застосовується до манометричного перетворювача тиску.

Саме поняття “тиск газу” для вакуумної техніки втратило свій сенс, через те що майже немає таких процесів у вакуумній техніці, які визначалися б тиском газу, як зусиллям на одиницю поверхні. Більш важливими характеристиками газового середовища в вакуумній техніці є густина ρ або молекулярна концентрація газу n. ρ=nkT

Молекулярна концентрація газу визначає теплопередачу, сорбційно-десорбційні процеси, вплив газу на елементи приладів та інші явища, які спостерігаються у вакуумі.

Область тисків, яка використовується у вакуумній техніці – 10³ – 10^-14 мм рт. ст. Вимірювання тисків в такому широкому діапазоні не може бути забезпечено одним приладом. На практиці для вимірювання тиску розріджених газів застосовуються різні типи манометрів, які відрізняються за принципом дії та класом точності.

За методом вимірювання розрізняють вакуумметри, що базуються на абсолютних та непрямих вимірюваннях тисків. До першої групи відносять вакуумметри, які вимірюють тиск безпосередньо як силу, яка діє на площу чутливого елемента. Це рідинні, компресійні та деформаційні вакуумметри, які

відрізняються незалежністю показів від роду газу. Найменший тиск, який можна вимірювати вакуумметрами цієї групи, складає 10^-6 – 10^-7 мм рт. ст. До другої групи відносять вакуумметри, принцип дії яких базується на використанні залежності певних фізичних процесів від тиску. Такі вакуумметри вимірюють фізичні величини, зв’язані з тиском певними функціональними залежностями (струм, напруга, Е.Р.С., частота і т. ін.). Це теплові, радіометричні, в’язкісні та іонізаційні вакуумметри. Покази цих вакуумметрів залежать від роду газу. Діапазон вимірів та вид градуювальної характеристики встановлюють за результатами їх градуювання по відповідному газу за допомогою зразкового вимірювання.

Метричні характеристики промислових вакуумметрів, як правило, наводять для повітря або азоту. При вимірюванні тисків інших газів необхідно використовувати вказані в довідниковій літературі перевідні коефіцієнти або проводити градуювання вакуумметра по робочому газу. Шкали вакуумметрів градуюють в одиницях тиску, в відносних одиницях або в одиницях фізичної величини, зв’язаної з тиском певною функціональною залежністю. Вигляд цієї залежності вказується градуювальною характеристикою або чутливістю (сталою) вакуумметра з лінійною градуювальною характеристикою. Деякі прилади цієї групи дозволяють вимірювати тиски до 10^-14 мм рт. ст.

На рис. 1.1 показано діапазони робочих тисків, що вимірюються вакуумметрами різних типів.

Рис. 1.1. Діапазони робочих тисків, вимірюваних вакуумметрами різних типів