Единицы физических величин. 5 страница

где h₁ – изменение уровня в широком сосуде; F, f – площади поперечного сечения широкого сосуда и трубки. Поскольку h₂ = n sin α,

р₁ – р₂ = ρ g (h₁ + h₂) = ρ g n (f/F + sin α).

При определенной плотности рабочей жидкости ρ_Р, в качестве которой обычно используют спирт, и нормальном ускорении свободного падения g_H все сомножители при n в этом выражении обозначают одним коэффициентом k, изменяющимся от 0,2 до 0,8. При изменении плотности спирта вследствие изменения температуры или использовании рабочей жидкости с плотностью ρ≠ρ_Р, а также при местном ускорении g, отличном от g_Н, измеряемая разность давлений рассчитывается по показаниям микроманометра n по следующей формуле:

р₁ – р₂ = k n ρ g / (ρ_Рg_Н).

На рис. кронштейн 3 с измерительной трубкой 1 крепится на секторе 4 в одном из пяти фиксированных положений, которым соответствуют k ==0,2; 0,3; 0,4; 0,6; 0,8 и пять диапазонов измерения прибора от 0,6 кПа (60 кгс/м²) до 2,4 кПа (240 кгс/м²). Приведенная погрешность измерения не превышает 0,5 %• Минимальная цена деления при k = 0,2 составляет 2 Па (0,2 кгс/м²), дальнейшее снижение цены деления, связанное с уменьшением угла наклона измерительной трубки, ограничено снижением точности считывания положения уровня рабочей жидкости из-за растягивания мениска.

Более точными приборами являются микроманометры типа ММ, называемые компенсационными. Погрешность считывания высоты уровня в этих при­борах не превышает ±0,05 мм в результате использования оптической системы для установления начального уровня и микрометрического винта для измерения высоты столба рабочей жидкости, уравновешивающего измеряемое давление или разность давлений.

Барометры. Барометры применяются для измерения атмосферного давления. Наиболее^; распространенными являются чашечные барометры с ртутным заполнением, отградуированные в мм рт. ст. (рис. 11.4). Погрешность считывания высоты столба не превышает ±0,1 мм, что достигается использованием нониуса 1, совмещаемого с верхней частью мениска ртути. При точном измерении атмосферного давления необходимо вводить рассмотренные выше поправки на отклонение ускорения свободного падения от нормального и значение температуры барометра, измеряемой термометром 2. При диаметре трубки менее 8–10 мм учитывается капиллярная депрессия, обусловленная поверхностным натяжением ртути.

Схема чашечного ртутного барометра.

Схема компрессионного манометра.

Компрессионные манометры. Компрессионные манометры (манометры Мак-Леода), схема которых представлена на рис., содержат резервуар 1 с ртутью с погруженной; в нее трубкой 2. Последняя сообщается с измерительным баллоном 3 и трубкой 5. Баллон 3 заканчивается глухим измерительным капилляром 4, к трубке 5 подключен капилляр сравнения 6. Оба капилляра имеют одинаковые диаметры, чтобы на результатах измерения не сказывалось влияние капиллярных сил. Давление в резервуар 1 подается через трехходовой кран 7, который в процессе измерения может находиться в положениях, указанных на схеме.

Принцип действия манометра основан на использовании закона Бойля–Мариотта, согласно которому для фиксированной массы газа произведение объема на давление при неизменной температуре представляет постоянную величину. При измерении давления выполняются следующие операции. При установке крана 7 в положение а измеряемое давление подается в резервуар 1, трубки 5, 6 и ртуть сливается в резервуар. Затем кран 7 плавно переводится в положение с. Поскольку атмосферное давление значительно превышает измеряемое р, ртуть вытесняется в трубку 2. При достижении ртутью устья баллона 3, отмеченного на схеме точкой 0, от измеряемой среды отсекается объем газа V, находящегося в баллоне 3 и измерительном капилляре 4. При дальнейшем повышении уровня ртути отсеченный объем сжимается. При достижении ртутью высоты h_s в измерительном капилляре впуск воздуха в резервуар 1 прекращается и кран 7 устанавливается в положение b. Изображенное на схеме положение крана 7 и ртути соответствует моменту снятия показаний манометра. Поскольку капилляры 6 и 4 сообщаются, разность уровней в них h_С – h_И определяется разностью давлений:

p_И – p = g ρ (h_С – h_И),

где р_И, p – соответственно давления в изме­рительном капилляре 4 и измеряемое.

Давление по закону Бойля–Мариотта определяется выражением

p_И = pV / ((h₀ – h_И) f)

где f – сечение измерительного капилляра.

Подставляя значение р_И в выражение, получаем уравнение измерения компрессионного манометра

p = f g ρ (h_С – h_И).

В этом уравнении все величины являются постоянными, кроме высоты ртути в капилляре сравнения h_C, который определяет измеряемое давление р.

Нижний предел измерения компрессионных манометров составляет 10^-3 Па (10^-5 мм рт.ст.), погрешность не превышает ±1%. У приборов пять диапазонов измерения. Они охватывают давления до 10³ Па. Чем ниже измеряемое давление, тем больше баллон 1, максимальный объем которого составляет 1000 см³, а минимальный 20 см³; диаметр капилляров равен соответственно 0,5 и 2,5 мм.

Нижний предел измерения манометра в основном ограничен погрешностью определения объема газа после сжатия, зависящей от точности изготовления капиллярных трубок.

Набор компрессионных манометров совместно с мембранно-емкостным манометром входит в состав государственного специального эталона единицы давления в области 10^–3–10³ Па.

Поплавковые дифманометры. Принцип уравновешивания измеряемого давления силой тяжести столба рабочей жидкости используется в жидкостных поплавковых дифманометрах, которые являются разновидностью однотрубных манометров, но в отличие от рассмотренных выше приборов этого типа не имеют видимого уровня рабочей жидкости. Схема поплавкового дифманометра представлена на рис. В широком сосуде 1, куда подается большее из измеряемых давлений, плавает поплавок 2. Его перемещение, определяемое измеряемой разностью давлений, передается показывающей стрелке или записывающему устройству.

Схема поплавкового дифманометра.

Перемещение поплавка h₁ связано с измеряемой разностью давлений следующим соотношением:

h₂ = h₁ F/f; p₁– p₂ = ρ g h₁ (1 + F/f),

где h₂, f – изменение уровня в узком сосуде я его сечение; F – сечение широкого сосуда.

Ход поплавка h₁ зависит от соотношения площадей сосудов. Узкий сосуд 3 является сменным. Поскольку за счет изменения сечения сменного сосуда можно получить один и тот же ход поплавка при различных пределах измерения дифманометра.

Отечественной промышленностью выпускаются показывающие и самопишущие поплавковые дифманометры типа ДП, которые входят в ряд механических крупногабаритных приборов. Производятся семь типоразмеров сменных сосудов, обеспечивающих в соответствии со стандартным рядом (табл. 11.2) измерение разности давлений от 6,3 кПа (630 кгс/м²) до 0,1 МПа (1 кгс/см²) при статическом давлении до 25 МПа. Предельные погрешности приборов не превышают ±2 % диапазона измерения. Показывающие поплавковые дифманометры могут иметь дополнительные устройства для сигнализации отклонений (ДП-778) и получения унифицированного пневматического сигнала (ДП-787). Дифманометры показывающие и самопишущие, предназначенные для измерения расхода, могут иметь встроенный интегратор для получения показаний суммарного расхода (ДП-781Р, ДП-712Р). Основным недостатком показывающих и самопишущих поплавковых дифманометров является наличие вывода механического перемещения из внутренней полости прибора, часто находящейся под высоким статическим давлением,

Достоинствами рассмотренных выше жидкостных манометров и дифманометров являются их простота и надежность при высокой точности измерений. При работе с жидкостными приборами необходимо исключать возможность перегрузок и резких изменений давления, так как в этом случае может происходить выплескивание рабочей жидкости в линию или атмосферу.

Основной недостаток – сильная температурная зависимость показаний.

3.2. Деформационные манометры и дифманометры.

В деформационных манометрах используется зависимость деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого давления. Пропорциональная последнему деформация или сила преобразуется в показания или соответствующие изменения выходного сигнала. Большинство деформационных манометров и дифманометров содержат упругие чувствительные элементы, осуществляющие преобразование давления в пропорциональное перемещение рабочей точки.

Наиболее распространенные упругие чувствительные элементы представлены на рисунке. К их числу относятся трубчатые пружины (а), сильфоны (б), плоские и гофрированные мембраны (в, г), мембранные коробки (д), вялые мембраны с жестким центром (е).

Упругие чувствительные элементы

а) трубчатые пружины;

б) сильфоны;

в) плоские мембраны;

г) гофрированные мембраны;

д) мембранные коробки;

е) вялые мембраны с жестким центром.

Статической (упругой) характеристике чувствительного элемента, связывающей перемещение рабочей точки с давлением, присуще наличие начальной зоны пропорциональных перемещений рабочей точки, в которой имеют место упругие деформации, и нелинейной области, в которой возникают пластические деформации. Несовершенство упругих свойств материалов чувствительных элементов обусловливает наличие гистерезиса статической характеристики и упругое последействие. Последнее проявляется в запаздывании перемещения рабочей точки по отношению к приложенному давлению и медленном возвращении ее в начальное положение после снятия давления.

Форма и крутизна статической характеристики зависят от конструкции чувствительного элемента, материала, температуры. Рабочий диапазон выбирается в области упругих деформаций с обеспечением запаса на случай перегрузки чувствительного элемента давлением. Упругие свойства чувствительных элементов характеризуются коэффициентом жесткости по силе:

K_F = F / h = p S_Э / h,

где F, S_Э – соответственно сила, действующая на упругий чувствительный элемент (перестановочное усилие), и эффективная площадь элемента; h – перемещение рабочей точки.

Полые одновитковые трубчатые пружины (а), имеют эллиптическое или плоскоовальное сечение. Один конец пружины, в который поступает измеряемое давление, закреплен неподвижно в держателе, второй (закрытый) может перемещаться. Под действием разности измеряемого внутреннего давления и внешнего атмосферного трубчатая пружина деформируется: малая ось сечения трубки увеличивается, большая уменьшается, при этом пружина раскручивается и ее свободный конец совершает перемещение в 1–3 мм. Для давлений до 5 МПа трубчатые пружины изготовляют из латуни, бронзы, а для более высоких давлений – из легированных сталей и сплавов никеля.

Сильфонные и мембранные чувствительные элементы имеют более широкие возможности для увеличения эффективной площади с целью получения требуемого перестановочного усилия, что позволяет использовать их для измерения малых избыточных давлений и разрежения. Сильфон (рис. 11.76) представляет собой тонкостенную трубку с поперечными кольцевыми гофрами на боковой стенке. Жесткость сильфона зависит от материала, наружного и внутреннего диаметров, толщины стенки заготовки, радиуса закругления гофр r и угла их уплотнения α, числа гофр. Сильфоны бывают цельнотянутыми и сварными. Благодаря значительному прогрессу в технологий изготовления сильфонов они получили широкое распространение в манометрах и дифманометрах ГСП.

Наиболее разнообразными по конструкции являются мембранные чувствительные элементы. Представленная на рис. (в) плоская или пластинчатая мембрана представляет собой гибкую тонкую пластину, закрепленную по окружности. Под действием разности давлений, действующих с обеих сторон на мембрану, ее центр перемещается. Плоская мембрана имеет нелинейную упругую характеристику и малые перемещения рабочей точки, в связи с чем ее в основном применяют для преобразования давления в силу (пьезоэлектрические преобразователи) или поверхностные деформации (тензопреобразователи).

Для улучшения статической характеристики используют гофрированные мембраны и мембранные коробки (рис. г, е). Профили мембран могут быть пильчатыми, трапецеидальными, синусоидальными. Гофрирование мембраны приводит к увеличению ее жесткости, спрямлению статической характеристики и увеличению зоны пропорциональных перемещений рабочей точки. Более широко используются мембранные коробки, которые представляют собой сваренные или спаянные по внешней кромке мембраны. Жесткость коробки вдвое ниже жесткости каждой из мембран. В дифманометрах, чувствительных элементах регуляторов прямого действия используются мембранные блоки, включающие две коробки и более.

В напоромерах и тягомерах применяются вялые мембраны (рис. е), изготовленные из бензомаслостойкой прорезиненной ткани. В центре мембраны крепятся металлические-пластины, в одну из которых упирается винтовая пружина, выполняющая функции упругого элемента.

Упругие свойства материалов чувствительных элементов зависят от температуры; так, у трубчатых пружин температурный коэффициент снижения жесткости при росте температуры достигает 3 ● 10 ^{– 4} 1/°С. Это определяет необходимость защиты приборов от воздействия высоких температур измеряемой среды. С течением времени у упругих чувствительных элементов накапливаются пластические деформации и уменьшаются упругие. Это приводит к снижению крутизны статической характеристики прибора и ее смещению. Процесс изменения статической характеристики ускоряется при повышенной температуре и пульсации измеряемого давления. Конструкция деформационных манометров и дифманометров обычно предусматривает возможность коррекции отклонений показаний или выходного сигнала, вызванных старением упругого чувствительного элемента.

В соответствии с используемым в приборах типом рассмотренных выше чувствительных элементов деформационные манометры разделяются на трубчато-пружинные, сильфонные и мембранные, разновидности этих групп приборов рассмотрены ниже.

Погрешности деформационных манометров:

1) Гистерезисные явления.

2) Накапливается усталость, неупругие деформации.

3) Влияние температуры на жесткость.

3.3. Грузопоршневые манометры.

В грузопоршневых манометрах измеряемое давление уравновешивается силой тяжести неуплотненного поршня с грузами. Манометры используются в качестве образцовых средств воспроизведения единицы давления в диапазоне от 10^–1 до 10¹³ Па, а также для точных измерений давления в лабораторной практике.

Схема поршневого манометра, имеющего диапазон измерения 6 МПа (МП-60), представлена на рис. Поршень 1 с тарелкой 2 для грузов 3 перемещается внутри цилиндра 4. Поршневая пара подгоняется таким образом, чтобы зазор между поршнем 1 и цилиндром 4 не превышал 0,01 мм. При таком зазоре даже при высоких давлениях скорость опускания поршня из-за утечки рабочей жидкости не превышает 1 мм/мин. Для обеспечения равномерного зазора между цилиндром и поршнем последний в момент измерения вращают по часовой стрелке. В манометрах с диапазоном измерения 0,6 МПа и выше вращение поршня осуществляется вручную. В манометрах с диапазоном измерения 0,06 и 0,25 МПа вращение поршня производится электрическим двигателем. Внутренняя полость поршневого манометра тщательно заполняется рабочей жидкостью (керосином, касторовым или трансформаторным маслом). Заливка жидкости производится при открытом вентиле 5 через отверстие в дне резервуара 6; поршнем 7 винтового пресса 8 жидкость засасывается внутрь манометра. С помощью пресса 8 в процессе измерения обеспечивается подъем поршня 1 с грузами до высоты, заданной указателем. К стоякам 9 с запорными вентилями 10 подключаются поверяемые манометры. Вентиль 11 служит для слива жидкости из поршневого манометра.

Схема грузопоршневого манометра МП-60.

Для получения заданного давления на тарелку 2 с учетом ее массы с поршнем накладываются грузы, создающие определенную силу тяжести. При суммарной массе поршня с грузами М создаваемое давление

р = Mg/S,

где S – эффективная площадь поршня 1, равная сумме площади торца поршня и половины площади зазора; g – ускорение свободного падения.

Учитывая, что калибровка грузов производится для нормального ускорения свободного падения, при измерениях должны вводиться поправки на местное ускорение свободного падения.

Площадь поршня в рассмотренной конструкции манометров составляет 0,5 и 1 см², что обеспечивает отсутствие прогиба поршня под тяжестью грузов. Класс точности манометров 0,02; 0,05. Давление во внутренней полости грузопоршневых манометров может создаваться винтовым прессом 8 без использования грузопоршневой колонки. В этом случае вентилем 12 колонка отключается, а создаваемое давление измеряется образцовым манометром, подключенным к одному из стояков 9.

Для расширения диапазона давлений, измеряемых грузопоршневыми манометрами, используются поршни дифференциальные, разгруженные, косвенного нагружения с мультипликаторами.

Схема поршневой системы мановакуумметра МВП-2,5.

Схема дифференциального разгруженного поршня, используемого в манометрах МВП-2,5, представлена на рис. При атмосферном давлении, подаваемом в сосуд 3, поршни 1,2, взаимно уравновешены и с помощью масляного сильфонного пресса 4 установлены в начальном фиксированном положении. При этом

M₁ g / (S₁ – S₀) = M₂ g / S₂,

где M₁, М₂ – массы соответствующих поршней с тарелками.

При подаче в сосуд 3 избыточного давления поршень 1 поднимается, а поршень 2 опускается. Для восстановления начального положения на поршень 1 накладываются грузы массой m₁ и измеряемое давление рассчитывается как p_ИЗМ = m₁ g / S₀. Если измеряется разряжение р_РАЗ, то поршень 1 идет вниз, а поршень 2 идет вверх. Для возвращения поршней в исходное положение грузы массой m₂ накладываются на поршень 2, при этом

p_РАЗ S₀ = m₂ g (S₁ — S₀) / S₂; p_РАЗ = m₂ g (S₁ — S₀)/(S₀ S₂).

Низкая погрешность воспроизведения и измерения давления с помощью грузопоршневых манометров определяется в соответствии с высокой точностью задания массы грузов, площади сечения поршня и ускорения свободного падения.

Погрешности грузопоршневых манометров:

1) Инерционность.

2) Потери давления через неуплотнения.

3) Погрешности определения массы грузов.

4) Погрешности определения площади сечения поршня.

5) Погрешности определения величины g.

3.4. Электрические и прочие манометры.

Пьезоэлектрические манометры.

Принцип действия манометров этого типа основан на пьезоэлектрическом эффекте, сущность которого состоит в возникновении электрических зарядов на поверхности сжатой кварцевой пластины, которая вырезается перпендикулярно электрической оси кристаллов кварца. Схема пьезоэлектрического манометра представлена на рис. Измеряемое давление с помощью мембраны 1 преобразуется в усилие, сжимающее кварцевые пластины 2. Электрический заряд, возникающий на металлизированных плоскостях 3 под действием усилия F со стороны мембраны 1, определяется выражением

Q = kF = kSp,

где р – давление, действующее на металлическую мембрану 1 с эффективной площадью S; k – пьезоэлектрическая постоянная, Кл/Н.

Напряжение на входе усилителя, подключенного к выходу пьезопреоб-разователя, определяется общей емкостью измерительной цепи С:

U = Q / C.

Схема пьезоэлектрического манометра.

Кварц в отличие от других сегнетоэлектриков, обладающих пьезоэффек-том, является механически прочным и имеет высокую жесткость, что исключает влияние упругой характеристики мембраны 1 на коэффициент передачи пьезоэлектрического преобразователя. Частота собственных колебаний преобразователя достигает десятков килогерц, вследствие чего они широко применяются при испытаниях двигателей и на других технологических объектах, характеризуемых высокочастотными изменениями давления.

Пьезоэлектрическая постоянная кварца, составляющая около 2´10^–12 Кл/Н, отличается стабильностью и слабой зависимостью от температуры, что позволяет использовать пьезопреобразователи для измерения давления высокотемпературных сред. Из-за утечки заряда пьезоэлектрические преобразователи не используются для измерения статических давлении. С целью повышения чувствительности несколько кварцевых пластин включаются параллельно. Верхний предел измерения давления у этих приборов достигает 100 МПа (1000 кгс/см²).

Схема измерительного преобразователя давления ДИ.

Упрощенная схема размещения полупроводниковых тензорезисторов на поверхности мембраны.

Манометры с тензопреобразователями.

Манометры с тензорезистивными преобразователями по быстродействию приближаются к пьезоэлектрическим манометрам. Первые представляют собой мембраны, на которых размещены проволочные, фольговые или полупроводниковые резисторы, сопротивление которых меняется при деформации мембраны под действием давления. Проволочные тензорезисторы проще в изготовлении, но их коэффициент тензочувствительности, определяемый отношением относительных изменений сопротивления к деформации, на порядок меньше, чем у полупроводниковых. Отечественной промышленностью выпускаются манометры с полупроводниковыми тензопреобразователями типа «Кристалл».

Схема измерительного преобразователя разности давлений ДД.

В СССР начат выпуск приборов давления «Сапфир-22», в которых для преобразования силового воздействия давления в электрический сигнал используется сапфировая мембрана с напыленными кремниевыми резисторами. Схема преобразователя «Сапфир-22» типа ДИ, предназначенного для измерения избыточных давлений с верхним пределом измерения 0,4 МПа и выше, представлена на рис. Чувствительным элементом манометра является двухслойная мембрана 1. Измеряемое давление действует на металлическую мембрану, к которой сверху припаяна сапфировая мембрана с тензорезисторами. Элементы измерительной схемы и усилитель находятся в блоке 2.

Принципиальная схема размещения резисторов на поверхности сапфировой мембраны представлена на рис. а. При деформации мембраны в соответствии с эпюрой, приведенной на рис. б, касательные напряжения ε_τ имеют постоянный знак, тогда как радиальные ε_r его меняют. В связи с этим у радиально размещенных тензорезисторов вблизи края мембраны с ростом давления сопротивление снижается, а у касательно размещенных увеличивается. Выбирая точки размещения тензорезисторов, обеспечивают увеличение чувствительности измерительной схемы и возможность введения температурной компенсации.

Преобразователи «Сапфир-22» имеют на выходе токовый сигнал 0–5 мА (0–20, 4–20 мА) при сопротивлений! нагрузки до 2,5 кОм (1 кОм), npeдельная погрешность приборов 0,25; 0,5 %, напряжение питания преобразователей 36 В. Приборы выпускают в нескольких модификациях, предназначенных для измерения избыточного давления (ДИ), вакуума (ДВ), избыточного давления и вакуума (ДИВ),] абсолютного давления (ДА), разности давлений (ДД), гидростатического давления (ДГ). Пределы измерения преобразователей в соответствии со стандартными рядами находятся в границах областей, указанных на рис.

В преобразователях с диапазоном измерения менее 0,4 МПа (рис.) используются в качестве чувствительных элементов блоки из двух мембран 1, 2, жестко соединенных между собой и находящихся под воздействием атмосферного и измеряемого давлений (разрежения), либо разности давлений. Жесткость мембранного блока определяется жесткостью мембранно-рычажного тензопреобразователя. Смещение центров мембран приводит к изгибу рычага 3 и сапфировой мембраны с тензорезисторами 4. Усилитель и элементы измерительной схемы находятся в блоке 5.

Основным достоинством преобразователей «Сапфир-22» является использование небольших деформаций чувствительных элементов, что повышает их надежность и стабильность характеристик, а также обеспечивает виброустойчивость преобразователей. При осуществлении тщательной температурной компенсации предельная погрешность приборов может быть снижена до 0,1 %.

Для измерения высоких давлений в диапазоне 250–1600 МПа используются манометры сопротивления манганиновые, в которых чувствительным элементом является катушка из манганиновой проволоки. Сопротивление последней меняется под воздействием измеряемого давления, коэффициент изменения сопротивления составляет 2,4´10^-11 1/Па. Предельная погрешность манометров не превышает 1 %.

Ионизационные манометры.

Для измерения давления в диапазоне 10^–1 – 10^–8 Па (10^-3 – 10^-10 мм рт. ст) используются ионизационные манометры. Схема прибора представлена на рис. Основным элементом манометра является стеклянная манометрическая лампа, содержащая катод 1, который находится внутри анодной сетки 2, окруженной цилиндрическим ионным коллектором 3. Эжектируемые раскаленным катодом электроны ускоряются положительным напряжением, приложенным между анодом и катодом. При движении электроны ионизируют молекулы разреженного газа. Положительные ионы попадают на отрицательно заряженный коллектор 3.При постоянстве анодного напряжения и электронной эмиссии величина коллекторного тока Iк зависит от измеряемого давления.

Схема ионизационного манометра.

Нижний предел измерения ионизационных манометров ограничен фоновым током, вызванным мягким рентгеновским излучением анода и фотоэлектронной эмиссией коллектора. Следует отметить, что образцовые приборы, используемые для измерения малых абсолютных давлений, принято называть манометрами, тогда как промышленные приборы называют вакуумметрами. Последнее название, хотя оно и является общепринятым, нельзя считать правильным.

В магнитных электроразрядных манометрах с холодным катодом для снижения нижнего предела измерения до 10^–10 Па траектория движения электронов в лампе формируется за счет использования внешнего магнитного поля, при этом удлиняется пробег электронов, растет число их соударений с молекулами газа. К группе магнитных электроразрядных манометров относятся вакуумметры ВМБ-2,3 с манометрическими преобразователями ММ-8, ММ-ЗМ4 и ВИМ с манометрическим преобразователем ММ-14М.

Тепловые манометры.

Для измерения давления в диапазоне 1–10⁴ Па (10^–2–10² мм рт. ст.) используются тепловые манометры, которые, как и ионизационные, включают в себя манометрический преобразователь и измерительный блок. Принципиальная измерительная схема теплового манометра приведена на рис. Она представляет собой неуравновешенный мост, на который напряжение подается от стабилизированного источника питания ИП. Три плеча моста содержат постоянные резисторы R₁ – R₃, а четвертое представляет собой нагретую до 200 °С вольфрамовую нить, находящуюся в камере, куда подается измеряемое давление. При указанных давлениях вследствие снижения числа молекул длина их свободного пробега становится соизмеримой с расстояниями между теплопередающими поверхностями измерительных камер прибора, в связи с чем теплопроводность при давлениях 10³ Па (10 мм рт. ст.) и ниже линейно уменьшается по мере снижения давления.

Схема теплового манометра.

Теплоотдача от вольфрамовой нити зависит как от числа молекул, участвующих в переносе теплоты, так и от температуры стенок камеры. Для снижения влияния на показания прибора колебаний температуры окружающей среды, определяющей температуру стенок камеры, прилежащее к R₄ плечо моста помещается в вакуумированную камеру, аналогичную измерительной.