Класифікація методів і приладів для виміру загальних тисків
Область тисків, яка використовується у сучасній вакуумній техніці, 105 - 10-12Па. Вимірювання тисків у такому широкому діапазоні, звісно, не може бути забезпечено одним приладом. У практиці вимірювання тиску розріджених газів застосовуються різні типи перетворювачів, що відрізняються за принципом дії та класу точності.
 |
Рис. 3.1 Діапазони робочих тисків вакуумметрів
Прилади для вимірювання загальних тисків у вакуумній техніці називаються вакуумметрами. Вони за звичай складаються із двох частин - манометричного перетворювача й вимірювального приладу. За методом вимірювання вакуумметри можуть бути розділені на абсолютні й відносні. Показники абсолютних приладів не залежать від роду газу й можуть бути заздалегідь розраховані. У приладах для відносних вимірювань використовують залежність параметрів деяких фізичних процесів, що протікають у вакуумі, від тиску. Вони потребують градуіровки за зразковими приладами. Вакуумметри вимірюють загальний тиск газів, які присутні у вакуумній системі. На рис. 3.1 показані діапазони робочих тисків різних типів вакуумметрів.
ТИПИ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ
Механічні перетворювачі
Трубка Бурдона (рис. 4.1)- манометр у вигляді спіральної трубки 2, що скручується під дією атмосферного тиску у випадку відкачки внутрішньої порожнини за рахунок різних радіусів кривизни, а отже, і площ зовнішньої й внутрішньої поверхонь трубки.
Рис. 4.1 Трубка Бурдона
Підрахуємо сили F1 й F2, які діють на зовнішню і внутрішню поверхні:
; 
де ратм – атмосферний тиск; р – тиск у трубці; А1 й А2 – площі зовнішньої й внутрішньої поверхонь.
Вимірювальне рівняння зв’язує між собою переміщення кінця трубки х і різницю тисків ратм – р співвідношенням:
де С – жорсткість трубки.
Манометр вимірює тиски в межах 105-103Па. Вимірювання тисків нижче 103Па утруднено тим, що трубка при малій твердості повинна бути досить міцною, щоб витримувати атмосферний тиск. Погрішність вимірювання дорівнює 5% й обмежена пружною післядією трубки - повільним повертанням трубки у вихідне положення після пружної деформації.
До вакуумної системи манометр підключається через штуцер 4. Реєстрація переміщення спіральної трубки зазвичай важільно-стрілочна, коли кінець спіральної трубки зв’язаний через зубчастий сектор 3 зі стрілкою 1.
Мембранні перетворювачі розрізняються залежно від способу реєстрації переміщення мембрани й методу вимірювання. У барометрах використовується схема, показана на рис. 4.2, а.
У середині герметичної порожнини, утвореної мембранами 1, створюється порівняльний тиск рсер. Якщо вимірювальний тиск р не дорівнює рсер, то відбувається деформація мембрани й переміщення стрілки, пропорційне різниці тисків:
де К – коефіцієнт пропорційності.
Такий прилад вимірює різницю тисків і тому називається диференційним.
На цьому ж принципі працює мембранний перетворювач (рис.4.2, б), але у ньому застосовується ємнісний метод реєстрації переміщення. Мембрана 2 у цьому приладі герметично розділяє корпус 1 на дві камери, в одній підтримується порівняльний тиск рпор, а інша приєднується патрубком 5 до вакуумної системи. Через ізолятор 4 у камеру вводиться електрод 3, що утворить із мембраною конденсатор, ємність якого є функцією тиску. Цей перетворювач може вимірювати абсолютний тиск у вакуумній системі рпор=0.
Рис. 4.2 Мембранні перетворювачі
Мембранний перетворювач із двома електродами (рис. 4.2, в) працює за нульовою методикою вимірювання. На електрод 2 подається змінна напруга, яка дозволяє визначити ємність і положення мембрани. На другий електрод 1 прикладається постійна напруга, яка за рахунок електростатичних сил, повертає мембрану до вихідного положення, компенсуючи вплив різниці тисків. Різниця тисків у цьому приладі пропорційна квадрату постійної напруги, прикладеної до другого електрода.
Діапазон вимірювання мембранних перетворювачів 105-10-1Па. Однак тому, що лінійність показань зберігається лише при невеликих деформаціях мембрани, тому один прилад може вимірювати тиски, що лежать тільки в межах 2-3 порядків.
Нижня межа вимірювання обмежується температурними деформаціями, мінімальною жорсткістю й міцністю мембрани. Перетворювачі з електростатичною компенсацією мають більш стабільні характеристики, тому що мембрана в них практично не деформується.