ВАКУУММЕ́ТР

Рис. 1. Диапазоны давлений, измеряемых вакуумметрами (пунктирными линиями показаны предельные давления).

ВАКУУММЕ́ТР (от ва­ку­ум и …метр), ва­ку­ум­ный ма­но­метр, при­бор для из­ме­рения дав­ле­ния раз­ре­жен­но­го га­за (от 10⁵ до 10^–12 Па). Уни­вер­саль­но­го В. для из­ме­ре­ний во всей об­лас­ти низ­ких дав­ле­ний не су­ще­ст­ву­ет. В за­ви­си­мо­сти от уст­рой­ст­ва и прин­ци­па дей­ст­вия В. раз­де­ля­ют­ся на жид­ко­ст­ные, ме­ха­ни­че­ские, те­п­ло­вые, ио­ни­за­ци­он­ные, маг­нит­ные элек­тро­раз­ряд­ные, вяз­ко­ст­ные, ра­дио­мет­ри­че­ские и др. Для из­ме­ре­ний в ши­ро­ком диа­па­зо­не дав­ле­ний при­ме­ня­ют неск. В. разл. ти­пов (рис. 1). В. обыч­но со­сто­ит из пре­об­ра­зо­ва­те­ля (дат­чи­ка) дав­ле­ния в др. фи­зич. ве­ли­чи­ну (сиг­нал) и из­ме­рит. бло­ка, не­по­сред­ст­вен­но из­ме­ряю­ще­го этот сиг­нал с вы­дачей ре­зуль­та­та на от­счёт­ное уст­рой­ст­во, вы­пол­нен­ное ча­ще все­го в ви­де шка­лы, про­гра­дуи­ро­ван­ной в еди­ни­цах дав­ле­ния.

Рис. 2. Жидкостный U-образный вакуумметр с открытым (а) и закрытым (б) коленом: ри – измеряемое давление газа; рo – опорное давление; ратм – атмосферное давление; h – высота... Рис. В. С. Давыдова

В жид­ко­ст­ных (гид­ро­ста­ти­че­ских) В. (рис. 2) пре­об­ра­зо­ва­те­лем дав­ле­ния слу­жит столб жид­ко­сти (рту­ти или мас­ла с низ­кой уп­ру­го­стью па­ра), урав­но­ве­ши­ваю­щий из­ме­ряе­мое дав­ле­ние га­за и из­вест­ное (опор­ное) дав­ле­ние. Осн. не­дос­тат­ки та­ких В. – про­ник­но­ве­ние па­ров жид­ко­сти в ва­ку­ум­ную сис­те­му, а так­же не­боль­шой диа­па­зон из­ме­ряе­мых дав­ле­ний (ниж­ний пре­дел до 10^–1 Па).

Рис. 3. Мембранно-ёмкостныйвакуумметр: 1 – корпус; 2 – мембрана; 3 – пластина конденсатора; 4 – вторичный преобразователь; 5 – соединительный кабель; 6 – блок питан... Рис. В. С. Давыдова

В ме­ха­ни­че­ских (де­фор­ма­ци­он­ных) В. дав­ле­ние га­за вос­при­ни­ма­ет чув­ст­ви­тель­ный (уп­ру­гий) эле­мент (силь­фон, мем­бра­на и т. п.). В мем­бран­ном В. де­фор­ма­ция мем­бра­ны, про­пор­цио­наль­ная раз­но­сти опор­но­го и из­ме­ряе­мо­го дав­ле­ний, дей­ст­вую­щих на её про­ти­во­по­лож­ные сто­ро­ны, пе­ре­да­ёт­ся стре­лоч­но­му ука­за­те­лю. Опор­ное дав­ле­ние в та­ких В. под­дер­жи­ва­ет­ся по­сто­ян­ным и обыч­но на 2–3 по­ряд­ка ни­же из­ме­ряе­мо­го. Для по­вы­ше­ния чув­ст­ви­тель­но­сти ме­ха­нич. В. уп­ру­гий эле­мент со­еди­ня­ют с вто­рич­ным пре­об­ра­зо­ва­те­лем (ём­ко­ст­ным, ин­дук­тив­ным и др.), что по­зво­ля­ет рас­ши­рить диа­па­зон из­ме­ре­ний до 10^–4 Па (рис. 3).

В те­п­ло­вых В. ис­поль­зу­ет­ся за­ви­си­мость те­п­ло­про­вод­но­сти раз­ре­жен­ных га­зов от дав­ле­ния. Чув­ст­вит. эле­мен­том пре­об­ра­зо­ва­те­ля дав­ле­ний яв­ля­ет­ся про­вод­ник (обыч­но ме­тал­лич. нить), на­гре­вае­мый элек­трич. то­ком. Дав­ле­ние оп­ре­де­ля­ют ли­бо по из­ме­не­нию элек­трич. мощ­но­сти, не­об­хо­ди­мой для под­дер­жа­ния по­сто­ян­ной темп-ры ни­ти, ли­бо по из­ме­не­нию её темп-ры при по­сто­ян­ном то­ке че­рез нить. Темп-ра ни­ти оце­ни­вает­ся по её элек­трич. со­про­тив­ле­нию (тер­мо­элек­три­че­ские В. со­про­тив­ле­ния) или с по­мо­щью тер­мо­па­ры, при­сое­ди­нён­ной к ни­ти (тер­мо­пар­ные В.). Те­п­ло­вые В. ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся для из­ме­ре­ния пред­ва­рит. раз­ре­же­ния (фор­ва­ку­ум) в ва­ку­умных ус­та­нов­ках.

Рис. 4. Электронный ионизационный вакуумметр: А – анод; К – катод; Кол – коллектор ионов. Рис. В. С. Давыдова

В элек­трон­ных ио­ни­за­ци­он­ных В. (рис. 4) элек­тро­ны, ис­пус­кае­мые на­ка­лён­ным ка­то­дом, на пу­ти к ано­ду ус­ко­ря­ют­ся и ио­ни­зи­ру­ют мо­ле­ку­лы га­за; об­ра­зо­вав­шие­ся ио­ны соз­да­ют в це­пи кол­лек­то­ра ток, про­пор­цио­наль­ный дав­ле­нию. С по­мо­щью ио­ни­зац. В. мож­но из­ме­рять ва­ку­ум в ши­ро­ких пре­де­лах. При из­ме­ре­нии дав­ле­ний по­ряд­ка 100 Па для умень­ше­ния влия­ния ре­ком­би­на­ции ио­нов ис­поль­зу­ют В. с ко­рот­ки­ми тра­ек­то­рия­ми элек­тро­нов. Ра­бо­та при низ­ких дав­ле­ни­ях га­за (ме­нее 10^–7 Па) тре­бу­ет, на­обо­рот, уд­ли­не­ния пу­тей элек­тро­нов в ра­бо­чем про­стран­ст­ве (напр., за счёт вклю­че­ния маг­нит­но­го по­ля). В этом слу­чае не­об­хо­ди­мо так­же умень­шать по­верх­ность кол­лек­то­ра ио­нов, что­бы сни­зить па­ра­зит­ные то­ки, обу­слов­лен­ные рент­ге­нов­ским из­лу­че­ни­ем ано­да. Чув­ст­ви­тель­ность ио­ни­зац. В. за­ви­сит от ве­ли­чи­ны элек­трон­но­го то­ка; ион­ные то­ки в та­ких В. ма­лы, по­это­му в их схе­му обыч­но вклю­ча­ют блок ста­би­ли­за­ции эмис­сии элек­тро­нов и уси­ли­тель ион­но­го то­ка. Ио­ни­зац. В. слу­жат гл. обр. для из­ме­ре­ния вы­со­ко­го и сверх­вы­со­ко­го ва­куу­ма.

Рис. 5. Схема магнитного электроразрядного вакуумметра: А – анод; К – катод; Г – гальванометр; H – напряжённость магнитного поля; U – напряжение между электродами; R &nda...

В маг­нит­ных элек­тро­раз­ряд­ных В. дав­ле­ние оп­ре­де­ля­ют по то­ку элек­трич. раз­ря­да, воз­ни­каю­ще­го в силь­но раз­ре­жен­ных га­зах при со­вме­ст­ном дей­ст­вии элек­трич. и маг­нит­ных по­лей. Пре­об­ра­зо­ва­тель дав­ле­ния та­ко­го В. обыч­но со­дер­жит две плос­ко­па­рал­лель­ные ка­тод­ные пла­сти­ны и рас­по­ло­жен­ный ме­ж­ду ни­ми коль­це­вой анод; элек­тро­ды по­ме­ще­ны в маг­нит­ное по­ле, соз­да­вае­мое по­сто­ян­ным маг­ни­том (рис. 5). Совр. В. это­го клас­са мож­но из­ме­рять сверх­вы­со­кий ва­ку­ум (до 10^–11 Па).

В вяз­ко­ст­ных В. ис­поль­зу­ет­ся за­ви­си­мость внутр. тре­ния раз­ре­жен­ных га­зов от дав­ле­ния. Ме­рой дав­ле­ния слу­жит дек­ре­мент или вре­мя за­ту­ха­ния сво­бод­ных ко­ле­ба­ний те­ла (виб­ра­то­ра), дви­жу­ще­го­ся в со­су­де, со­дер­жа­щем газ при из­ме­ряе­мом дав­ле­нии. Для эле­мент­ных га­зов гра­дуи­ро­воч­ная ха­рак­те­ри­сти­ка вяз­ко­ст­ных В. мо­жет быть точ­но рас­счи­та­на, бла­го­да­ря че­му не­ко­то­рые В. это­го ти­па при­ме­ня­ют­ся в ка­че­ст­ве об­раз­цо­вых.

Дей­ст­вие ра­дио­мет­ри­че­ских В. ос­но­ва­но на про­яв­ле­нии ра­дио­мет­рич. эф­фек­та – вза­им­ном от­тал­ки­ва­нии двух пла­стин, под­дер­жи­вае­мых при разл. темп-рах и по­ме­щён­ных в раз­ре­жен­ную га­зо­вую сре­ду. От­кло­не­ние пла­стин про­пор­ционально дав­ле­нию га­за, ес­ли рас­стоя­ние ме­ж­ду ни­ми мень­ше дли­ны сво­бод­но­го про­бе­га мо­ле­кул. Диа­па­зон из­ме­ряе­мых дав­ле­ний от еди­ниц до 10^–6 Па.

С по­мо­щью В. из­ме­ря­ют пол­ное дав­ле­ние га­за. По­ка­за­ния жид­ко­ст­ных, ме­ха­нич. и ра­дио­мет­рич. В. не за­ви­сят от при­ро­ды га­за и мо­гут быть рас­счи­та­ны по кон­ст­рук­ци­он­ным раз­ме­рам В. Ос­таль­ные В. тре­бу­ют гра­дуи­ров­ки по эта­лон­но­му аб­со­лют­но­му В. для ка­ж­до­го за­дан­но­го (кон­крет­но­го) со­ста­ва га­за. Для из­ме­ре­ния пар­ци­аль­ных дав­ле­ний ком­по­нен­тов га­за обыч­но поль­зу­ют­ся масс-спек­тро­мет­ра­ми; диа­па­зон из­ме­ре­ния пар­ци­аль­ных дав­ле­ний 10³–10^–10 Па.