Термопарний манометр

Велике розповсюдження отримав другий вид манометра - термопарний.

Манометрична лампа являє собою скляний балон з трубкою для з'єднання з вакуумною системою (рис.6.3,а). В балоні на двох вводах змонтовано підігрівач (3), до двох інших вводів приварена термопара (4), спай якої приварений до підігрівача у точці А.

Вимірювальна частина манометра складається з джерела змінного або постійного струму (5), реостату (6) та двох електровимірювальних приладів. Підігрівач контролюється mA (1). Спай термопари, яка нагрівається від підігрівача,є джерелом термо-ЕРС, величину якої показує мілівольтметр mV (2).Порядок роботи з манометром наступний:

Манометрична лампа звичайно надходить від заводу-виготовника у запаяному вигляді та відкачаною до тиску не вищого від 10^-4 Тор. Перед тим, як розкрити лампу, її необхідно з'єднати з вимірювальною частиною манометра та підібрати струм нагріву при якому стрілка mV зупиняється на поділці, що відповідає термо-ЕРС термопари (у мілівольтах) зазначеної у паспорті манометричної лампи. Ця термо-ЕРС очевидно відповідає нижній границі тиску, що вимірюється даним манометром. Через те, що манометр має теплову інерцію, перед тим, як записати отримані значення струму нагріву даної лампи, необхідно дати манометру прогрітися не менш ніж

2 хвилини. Температура балона не повинна дуже відрізнятися від 20 ^оС. Записавши значення струму нагріву, можна розкрити трубку манометричної лампи та припаяти її до вакуумної системи.

До відкачування вакуумної системи, тобто поки тиск у ній дорівнює атмосферному, стрілка мілівольтметра знаходиться біля нуля. Далі, абсолютно аналогічно тому, як це відбувається у разі манометра опору, стрілка міллівольтметра по мірі відкачування системи при середньому вакуумі починає пересуватися по шкалі. Пересування триває при високому вакуумі, але коли тиск знижується настільки, що теплопровідність газу стане дуже малою, стрілка мілівольтметра зупиниться на граничному значенні, у цей момент утрата тепла підігрівачем і термопарою зумовлюється тільки теплопровідністю та випромінюванням самих дротів.

Як і в разі манометрів опору, при всіх вимірюваннях підтримується встановлений струм нагріву. Якщо величина підібрана вірно, пересування стрілки мілівольтметра припиняється на подільці шкали, що відповіднює термо-ЕРС вказаної для невідкритої манометричної лампи в її паспорті, наприклад, 10 мВ.

Порядок градуювання термопарою манометра є аналогічним порядком градуювання манометра опору. У разі тиску, не вищого за 10 - 10^-4 Тор (з виморожуванням паро-вловлювачем).

Треба підібрати струм нагріву, при якому мілівольтметр показує граничну термо-ЕРС, встановлену для манометричної лампи даної конструкції; далі покази мілівольтметра порівнюються з показами компресійного манометра та будується градуювальна крива.

2.5. Іонізаційний манометр

Дія іонізаційного манометра базується на явищі іонізації молекул газу електронами, що летять від катода до анода. Він являє собою триелектродну лампу (мал. 6.3,б).

Скляний балон, сполучений з евакуйованим посудом. Випромінювані розжареним катодом електрони під дією електричного поля спрямовуються до сітки та утворюють сітковий струм, що вимірюється міліамперметром. Сітка лампи має потенціал відносно катода 200 - 250 В.

а) б)

а) – з внутрішним колектором; б) з зовнішним колектором

Рисунок 2.3 – Схема електронних перетворювачів

Анод (його називають колектором іонів) - негативний, порядка 20 В. Якщо потенціал сітки високий, електрони володіють достатньою енергією для того, щоб вилітати у простір між сіткою і анодом та іонізувати молекули газу, що знаходяться у цьому просторі.

Утворювані позитивні іони спрямовуються до негативного колектора та віддають йому свій позитивний заряд.

У колі колектора виникає іонний струм І₂, який реєструється гальванометром G. При достатньо низьких тисках (порядка 10^-3 Тор) відношення іонного струму до електронного є прямо пропорційним тиску газу в балоні лампи: .

З причини того, що балон іонізаційного манометра сполучений з відкачуваним посудом, можна визначити величину тиску газу. Однак, попередньо слід визначити постійну для даного манометра величину k, що має назву чуйності іонізаційного

манометра. На практиці звичайно електронний струм І₁ підтримують постійним. тоді , величина С = k·І₁ має назву постійної іонізаційного манометра; її можна визначити за допомогою компресійного манометра. Іонізаційний манометр починає працювати при тиску ≥ 10^-3 Тор і дозволяє проводити вимірювання до тиску приблизно 10^-7 Тор.

2.7. Визначення тиску за характером світіння розряду

Грубу оцінку ступеню розрідження можна проводити, користуючись явищем електричного розряду в газах. Якщо в евакуйованому посуді приєднати розрядну трубку, питому джерелом високої напруги, то в залежності від ступеню розрідження змінюється характер світіння розряду. Зв'язок між ними приведений у таблиці 6.1

Таблиця 6.1

3. ЗАВДАННЯ ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

По кожній роботі студент підготовлює звіт стандартної форми, в якому мають бути приведені:

1) схема лабораторної установки;

2) перелік стандартного обладнання з паспортними даними;

3) формулювання завдання та короткий опис методики вимірювань;

4) основні дані та залежності, отримані в роботі.

Окрім опису, студентам рекомендується користуватися заводськими інструкціями, паспортними даними, описами промислового обладнання, яке застосовується у лабораторних роботах.

Лабораторна робота 1

вивчення манометричних перетворювачів та конструкції вимірювальних блоків теплових вакуумметрів

Мета роботи: ознайомитись з пристроєм та принципом дії манометричних перетворювачів та вимірювальних теплових вакуумметрів на прикладі термопарного манометра ПМТ-2 та вакуумметра ВІТ-1; ВТЗ-003.

Зміст роботи:

1. Ознайомитися з принципом дії, конструкцією манометричних перетворювачів теплових вакуумметрів: термопарного манометра опору, ділатоційного манометра та схемами вимірювальних блоків.

2. Розібрати манометр ПМП-2, зробити ескіз.

3. Ознайомитися з вимірювальним блоком термопарного вакуумметра ВІТ-1, ВІТ-2, ВТЗ-003.

4. Підключити запаяний та відкачаний манометр ПМТ-2 до вакуумметра ВІТ-1 і провести його калібрування.

5. Розкрити ПМТ-2 та з’єднати його з вакуумною системою установки ВУП-2К або УВН-2М.

6. Провести відкачку вакуумної системи форвакуумним насосом і вимірювання граничного вакууму, користуючись градуювальним графіком ПМТ-2.

Контрольні запитання:

1. Від яких факторів залежить чутливість теплових манометрів?

2. У чому полягає різниця роботи манометра опору і термопарного манометра?

3. Як проводиться калібрування теплових манометрів?

4. Як проводиться градуювання теплових манометрів?

5.Чим обмежуються межі вимірювань?

6. Які є способи збільшення меж вимірювання?

7. Яким є характер залежності вимірювального параметра від тиску?

8. Позитивні та негативні властивості теплових манометрів.

9. Схема вмикання термопарного манометра.

10. Схема вмикання манометра опору.

11. Як розкрити скляний балон манометра?

12. Конструкція вакуумного ущільнення для з’єднання балона манометра з вакуумною системою.

Лабораторна робота 2

вивчення Устрою манометричних датчиків та вимірювальних блоків іонізаційних вакуумметрів

Мета роботи: ознайомитися з принципом дії, конструкціями манометричних датчиків і схемами вимірювальних блоків іонізаційних вакуумметрів на прикладі іонізаційного манометра ПМІ-2 і вакуумметра ВІТ-2; ВМБ-14.

Зміст роботи:

1. Ознайомитися за допомогою опису з принципом дії та конструкцією іонізаційного манометра ПМІ-2; ВМБ-14.

2. Розібрати манометр ПМІ-2, зробити ескіз.

3. Підключити запаяний та відкачаний манометричний перетворювач ПМІ-2 до вакуумметра ВІТ-2 та увімкнути вакуумметр згідно інструкції.

Примітка: спочатку вакуумметр ввімкнути у режим знегажування сітки, для чого перемикач вакуумметра встановлюють

у положення “прогрів”. Регулятор емісії установлюють у положення мінімуму. Після прогріву сітки через 5~10 хвилин установлюють робоче положення перемикачів і струм емісії катода повільно збільшують до 5 mA. Перед початком вимірювання тиску перевіряють установку “нуля” вимірювального підсилювача та його калібрування. Тиск у відкачуваному об’ємі визначають приладом,

показання якого помножують на відповідний показник діапазонів тиску.

4. Розкрити балон ПМІ-2 та з’єднати його з вакуумною системою установки ВУП-2К або УВН-2.

5. Відкачати вакуумну систему форвакуумним та дифузійним насосами та періодично вимірювати тиск у відкачуваному об’ємі.

Примітка: включати ПМІ-2 можна тільки після досягнення тиску не більшого за 10^-3 Тор!!!

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ:

1. Принцип роботи іонізаційного манометра.

2. Від яких факторів залежить чутливість ПМІ?

3. Чим обмежені межі вимірювання?

4. Які є способи збільшення меж вимірювань?

5. Схема вимірювального блоку.

6. Яким є характер залежності вимірюваного параметра від тиску?

7. Чому анодна сітка зроблена у вигляді спіралі?

8. Як можна збільшити пробіг електронів по об'єму манометра?

9. До чого приводить аварійний напуск повітря?

10. Чи можна використовувати ПМИ для вимірювання парціальних тисків?

11. У чому різниця магнітного, електророзрядного, іонізаційного манометрів?

12. Чим відрізняється іонізаційний манометр оберненого типу?

13. Чому спостерігається зменшення тиску за показами ВІТ у попередньо відкачаному та запаяному ПМІ при його роботі?

14. Як проводити градуювання іонізаційних манометрів?

15. У чому різниця радіоізотопного і іонізаційного манометра?

Рекомендована література

1. Розанов Л.Н. Техника высокого вакуума. – М Высш: шк.,1990.

2. Справочник по физическим основам вакуумной техники / Кучеренко Е.Т.. – К.: Вища школа, 1981.

3. Глазков А.А., Милованова Р.А. Учебная лаборатория вакуумной техники. – М.: Атомиздат, 1981.