химический каталог




ВАКУУММЕТРЫ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ВАКУУММЕТРЫ (от вакуум и греческого metreo - измеряю), служат для измерения давления газов ниже атмосферного (см. Вакуум). Каждый из рассмотренных ниже типов ВАКУУММЕТРЫ рассчитан на измерение в определенной области давлений (рис. 1).

Рис. 1. Диапазон измерения давлений различные вакуумметрами.

Области применения в химии и химический технологии: жидкостные - обычно в лабораторная практике и для поверки ВАКУУММЕТРЫ др. типов; деформационные, вязкостные, тепловые, ионизационные - в системах управления вакуумированием непосредственно в производств. условиях; ионизационные (в т.ч. радиоизотопные) - для регулирования давления в криогенных системах, контроля кач-ва готовой продукции, в производстве особо чистых веществ и т.д.

Жидкостные (гидростатические) ВАКУУММЕТРЫ В одном из колен U-образной трубки (рис. 2) газ находится под измеряемым давлением ри, в другом - под известным (так называемой опорным) роп. Разность давлений уравновешивается столбом жидкости высотой h и плотностью d:

где-ускорение свободный падения. Обычно рироп. Применяемые жидкости (ртуть или вакуумные масла) имеют при рабочей температуре малое парциальное давление пара и химически нейтральны по отношению к газам и материалу трубки. Жидкостные ВАКУУММЕТРЫ могут быть с открытым (как на рис. 2) или закрытым коленом. В последнем случае роп0 и, следовательно, измеряется абс. давление газа. Достоинства жидкостных В.: простота конструкции, наглядность измерений. Недостатки: проникновение паров жидкости в вакуумную систему, небольшой диапазон определяемых давлений, большие габариты, недостаточная прочность конструкции, трудность автоматизации измерений и записи отсчетов. Погрешность до 10 Па.

Рис. 1 Жидкостный вакуумметр с открытым коленом.

Деформационные ВАКУУММЕТРЫ Измеряемое давление воздействует на упругий элемент (мембрану, сильфон, спиральную трубку), деформация которого пропорциональна давлению и определяется оптический или электрич. методом, либо непосредственно превращаются с помощью механические передачи в показания стрелки прибора. Упругий элемент может также принудительно возвращаться в исходное положение посредством электрич. или пневматич. источников силы. В этом случае критерием давления служит компенсирующая сила или к.-л. др. величина, связанная с этой силой (например, напряжение, ток, пневматич. давление). В мембранных ВАКУУММЕТРЫ (рис. 3)

Рис. 3. Мембранный вакуумметр: 1-упругая мембрана; 2-неподвижная пластина; 3- изолятор.

разрежение определяют по изменению емкости конденсатора, образованного мембраной и неподвижной пластиной. Достоинства деформационных ВАКУУММЕТРЫ: простота и надежность конструкции, недостаток: небольшой диапазон измерений. Погрешность до 0,4%.

Компрессионные ВАКУУММЕТРЫ (В. Мак-Леода). Прибор состоит из баллона объемом V, двух капилляров одинакового диаметра d, один из которых запаян, и трубки, соединяющей ВАКУУММЕТРЫ с системой, где измеряется давление (рис. 4). Снизу вводится жидкость (обычно ртуть), которая отсекает в объеме V газ при измеряемом давлении ри и затем сжимает его до давления plри в малом объеме запаянного капилляра , где h - высота части капилляра, не заполненного жидкостью. Давление р1 определяют по разности уровней столбов жидкости в запаянном и открытом капиллярах. По закону Бойля - Мариотта ри = p1V1/V, т.е. давление можно найти, если известны d и V. Благодаря небольшой погрешности (1-2%) компрессионные В. используют как образцовые при градуировке ВАКУУММЕТРЫ других типов.

Рис. 4. Вакуумметр Мак-Леода.

Вязкостные ВАКУУММЕТРЫ Действие основано на зависимости вязкости разреженного газа от давления. В демпферном ВАКУУММЕТРЫ мера давления - время затухания колебаний в газе кварцевых нитей, закрепленных с одного или двух концов. В ВАКУУММЕТРЫ с вращающимися элементами (диски, коаксиальные цилиндры) момент силы от быстро движущегося элемента передается через газ к др. элементу, подвешенному на чувствительной подвеске. Мера давления -угол поворота неподвижного элемента. Вязкостные В. обладают высокой чувствительностью. Погрешность до 0,1%.

Тепловые ВАКУУММЕТРЫ Герметичные баллоны, внутри которых расположен нагреваемый электрич. током элемент. При изменении давления газа в баллоне изменяется теплоотвод от нагреват. элемента, что приводит к изменению его температуры. Нагреват. элементом может служить тонкая металлич. проволока, температуру которой измеряют с помощью термопары или по электрич. сопротивлению, полупроводниковый термистор с большим температурным коэффициент сопротивления, а также длинная металлич. нить или биметаллич. пластина, температуру которых находят по изменению линейных размеров либо по углу изгиба. Тепловые ВАКУУММЕТРЫ позволяют определять низкие абс. давления. Их недостатки: зависимость показаний от состава газа и температуры окружающей среды, большая инерционность. Погрешность 10-40%.

Ионизационные ВАКУУММЕТРЫ Действие основано на ионизации молекул газа и измерении ионного тока, который является функцией давления. В электронных В. ионизация осуществляется потоком электронов, испускаемых накаленным катодом. Такой ВАКУУММЕТРЫ снабжен еще двумя электродами - анодом и коллектором (рис. 5). Анод - сетка, создающая электрич. поле, которое ускоряет электроны. Коллектор имеет отрицат. потенциал относительно катода и собирает образующиеся в газе положит. ионы. Ионный ток в цепи коллектора служит мерой давления газа. Диапазон измерений (10-5 -1 Па) ограничен: при высоких давлениях - малым сроком службы и нарушением линейности градуировочной характеристики из-за возрастающей вероятности объемной рекомбинации ионов и увеличения тока вторичных ионов, также участвующих в ионизации; при низких давлениях - остаточным фоновым током коллектора, который не зависит от давления.

Для измерения сверхвысокого вакуума применяют ВАКУУММЕТРЫ, где фоновый ток коллектора значительно снижен. С помощью так называемой лампы Байярда-Альперта (рис. 6) можно определять давление до 10-8 Па. В этом ВАКУУММЕТРЫ катод расположен вне анодной сетки, а коллектор (тонкая проволока) -внутри нее. Модулируя ионный ток в лампе посредством дополнительной электрода (тонкий стержень между анодом и коллектором), диапазон измерений удается расширить до 10-9 Па.

Рис. 5. Ионизационный вакуумметр: 1 -катод; 2-анод; 3 - коллектор. Рис. 6. Лампа Байярда-Альперта: 1-катод; 2-анод; 3-коллектор. Рис. 7. Вакуумметр Лафферти: 1 -катод; 2-анод; 3-коллектор; 4-экран; 5-магнит. ВАКУУММЕТРЫ Лафферти работает в магн. поле напряженностью Н (рис. 7). Это позволяет удлинить пути электронов в рабочем пространстве и обеспечить высокую эффективность ионизации при очень малом электронном токе. Ниж. предел измерений - 10-11 Па.

В ионизационных радиоизотопных ВАКУУММЕТРЫ для ионизации газа используют гл. обр.излучение. Особенность таких ВАКУУММЕТРЫ в отличие от электронных - отсутствие электрода, ускоряющегочастицы, энергия которых при радиоактивном распаде очень велика. Достоинство: строго линейная зависимость тока ионизации от давления, недостаток: не очень высокая чувствительность.

Погрешность нерадиоизотопных ионизационных ВАКУУММЕТРЫ 30-50%, радиоизотопных до 20%.

Магнитные электроразрядные ВАКУУММЕТРЫ Их действие основано на зависимости от давления газа тока самостоят. разряда, который возникает в разреженном газе в скрещенных магнитном (напряженностью Н) и электрич. полях. Этими ВАКУУММЕТРЫ можно измерять сверхвысокий вакуум (до 10-12 Па). Электродная система прибора состоит из катода и анода (рис. 8).

Рис. 8. Магнитные электроразрядные преобразователи: а-манометр Пеннинга; б-магнетронный; в-инверсно-магнетронный; 1-катод; 2-анод.

Торцы системы закрыты дисками, соединенными с катодом для предотвращения выхода заряженных частиц в осевом направлении. На анод подается напряжение, равное нескольким кВ, катод соединяется с усилителями постоянного тока и находится под нулевым потенциалом. Электроды помещаются в осевое магн. поле. В результате действия электрич. и магн. сил образующиеся свободный электроны движутся по замкнутым траекториям в пространстве между катодом и анодом, попадая на анод только вследствие столкновения с молекулами газа. Образовавшиеся при столкновениях ионы, траектории которых слабо искривляются магн. полем, движутся к аноду, а электроны в свою очередь начинают вращаться в пространстве катод - анод, вызывая ионизацию; возникает газовый разряд. По величине разрядного тока можно судить о разрежении.

Электроразрядные ВАКУУММЕТРЫ в отличие от ионизационных магнитных не имеют накаливаемого катода (это удобно для измерения разрежения, например, в криогенных системах) и обладают большей чувствительностью. Недостатки: медленное возникновение самостоят. газового разряда при низких давлениях, необходимость очистки электродов при работе прибора в вакуумных установках, которые содержат пары масел. Ионизационные и магн. электроразрядные ВАКУУММЕТРЫ часто подключают к одной вакуумной системе, что позволяет последовательно включать в работу тот или иной прибор и управлять вакуумированием. Погрешность магн. электроразрядных В.-60% и более.

Химическая энциклопедия. Том 1 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
Мельницы для кофе Из нержавеющей стали
стоимость анализа на гемостаз
предметы для украшения интерьера
Кликни - самое выгодное предложение от КНС с промокодом "Галактика" - жёсткие диски внешние - офис на Дубровке с собственной парковкой.

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(09.12.2016)