МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ - ЧАСТЬ 4

Для работы сорбционных насосов любого типа необходимо

предварительное разрежение до 10

−1

Па. Насосы требуют пе-

риодической очистки от титановой пленки.

Крионасосы основаны на конденсировании веществ при

температурах, близких к температуре жидкого водорода или
гелия. Давление насыщенных паров кислорода при температу-
ре, близкой к точке кипения водорода, составляет 10

−11

Па,

аргона – 10

−15

Па, азота и СО – 10

−9

Па.

Криосорбционные насосы путем криосорбции откачивают,

помимо остальных компонент, водород и гелий. Вкачестве ад-
сорбентов, так же, как и в адсорбционных насосах, используют
цеолиты, активированный уголь, оксидную пленку алюминия
и другие материалы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.2. Термодинамика

и молекулярная физика. — М.: Наука. Физматлит, 1990.

2. Пипко А.И., Плисковский В.Я. Основы вакуумной техни-

ки. — М.: Энергоатомиздат, 1992.

3. Пипко А.И., Плисковский В.Я., Королев Б.И., Кузне-

цов В.И. Основы вакуумной техники. — М.: Энергоатом-
издат, 1981.

4. Вакуумная техника. Справочник. — М.: Машинострое-

ние, 1992.

16

2.

Методы измерения давлений

Цель данного семинара — обсудить различные методы измере-
ния низких давлений. Низкими будем называть давления, не
превышающие 1 атм. Как следует из прошлого семинара, по-
добный диапазон давлений подразделяют на низкий, средний,
высокий и сверхвысокий вакуум.

Приборы для измерения полных давлений называют мано-

метрами, если речь идет о малых давлениях, употребляется
также термин вакуумметры. По принципу действия маномет-
ры делят на следующие классы:

• жидкостные манометры, в которых разность давле-

ний уравновешивается давлением столба жидкости (U-
образные манометры);

• компрессионные манометры, действие которых основано

на изотермическом сжатии газа (манометры Мак-Леода);

• деформационные манометры, в которых мерой давления

служит величина деформации чувствительного элемента
(сильфона, мембраны и т.д.);

• тепловые манометры, действие которых основано на за-

висимости теплопроводности газа от давления (термопар-
ные и манометры сопротивления);

• ионизационные манометры, которые определяют давле-

ние по значению ионного тока (электроразрядные и элек-
тронные ионизационные).

Эти манометры охватывают всю область низких давлений,

от низкого до сверхвысокого вакуума (рис. 2).

По принципам регистрации всю группу манометров разде-

ляют на манометры прямого и косвенного действия. Жидкост-
ные, компрессионные и деформационные манометры относят к
манометрам прямого действия. Они непосредственно измеряют

17

Рис. 2. Области действия приборов для измерения низких давлений

давление газа. Их показания принципиально не зависят от со-
става газа и лишь опосредованно (например, для жидкостных
манометров) могут зависеть от температуры. Манометры кос-
венного действия измеряют не само давление, а некоторую его
функцию. Их показания зависят от рода газа и его температу-
ры.

Рассмотрим подробнее различные типы манометров.

2.1.

U-образныйманометр

Простейшая конструкция манометра — U-образный манометр,
в котором одно колено откачано либо находится при фиксиро-
ванном давлении, а столб жидкости уравновешивает имеющу-
юся разность давлений. Диапазон измеряемых давлений зави-
сит от свойств жидкости, геометрии прибора и способа опреде-
ления уровня жидкости. Для измерения давлений, близких к
атмосферному, обычно применяются жидкости высокой плот-
ности (ртуть), для измерения малых давлений – жидкости с

18

минимально возможной плотностью. При этом стремятся вы-
брать жидкость с малыми давлениями насыщенного пара и
способностью к растворению газа.

Задача 1

Оценить минимальное давление, которое можно измерить с

погрешностью 10% ртутным (плотность ртути ρ

1

= 13.6 г/см

3

)

и масляным (плотность вакуумного масла ВМ-3 составляет
ρ

2

= 0.85 г/см

3

) манометрами при различных способах отсчета

уровня: линейкой и интерференционным способом.

Решение

Будем считать, что нижний предел измеряемого давления

ограничивается возможностью измерения с требуемой точно-
стью малой разности уровней:

p

min

≈ ρgh

min

.

(35)

При измерении линейкой справедливо полагать, что предел

измерений соответствует 1 мм, а длина, которую можно изме-
рить с погрешностью 10%, составляет 10 мм. Тогда нижний
предел измеряемого давления составит

p

1

min

≈ 13600·9.8·10

−2

≈ 1.3·10

3

Па =

1.3

· 10

3

· 760

10

5

= 10 торр.

(36)

Для масляного манометра при измерении линейкой мини-

мальное давление, измеряемое с точностью 10%, составит

p

2

min

≈ 850 · 9.8 · 10

−2

≈ 83.3 Па =

83.3

· 760

10

5

≈ 0.6 торр. (37)

При измерении интерференционным методом можно кон-

тролировать расстояние порядка 0.1 мкм с точностью 10%. То-
гда для ртути получим

19