2.2. Компресійний манометр (манометр Мак-Леода)

Загальний вид манометра наведений на рис.2.1.

Він складається з чашки, наповненої ртуттю, скляного балона (3), що закінчується трубкою (2), яка переходить в капіляр (4) та розгалужених трубок (5) і (6). Верхній кінець капіляра запаяний. Капіляр (5) має такий діаметр, як і (4). За допомогою трубки (6) манометр з'єднується з посудом, який евакуюється.

Принцип дії: якщо піднімати чашку (1), яка під'єднана до гумової трубки (7), то рівень ртуті у лівому коліні буде підніматися. Ртуть буде поступово заповнювати балон (2) та розгалужені трубки (5) і (6). У той момент, коли ртуть досягне розгалуження трубок, газ у балоні відсікається від газу в об'ємі,що відкачується. В цей момент тиск у балоні дорівнює тиску ,що вимірюється. Нехай V-об'єм відсіченої частини, яка складається з об'єму балона (3), трубки (2), капіляра (4), V₁-об'єм незаповненої частини балона з трубкою, а P₁-тиск у цій частині.

Відповідно закону Бойля-Маріотта:

, тоді (2.3)

Звідси

(2.4)

Звичайно рівень ртуті доводять до міток на балоні, які вказують величину V₁.Отже,якщо є відомим V, то вимірюване значення зводиться до визначення h. Цей метод придатний тоді, коли вимірюваний тиск ще великий і піднімаючи чашку (1), ртуть не можна довести до капіляра.

При більш низькому тиску вимірювання зручно проводити в слідуючому порядку: чашку (1) піднімаємо так, щоб ртуть у капілярі (5) встановлювалася на рівні верхнього кінця капіляра (4).

1– балон; 2– вимірюючий балон; 3- зєднаний трубопровід; 4– азотний вловлювач; Т – трубка; к1; к2 – капіляри; h – різниця рівнів в зачиненому та порівняльному капілярах

Рисунок 2.1 – Компресійний манометр

Об'єм незаповненої частини капіляра V₁ значно менший за об'єм V, отже вираз (6.4) можна переписати у вигляді:

(2.5)

У цьому випадку об'єм V₁ можна обчислити,якщо відомий

внутрішній діаметр d капіляра (4).

,

(2.6)

величина постійна для данного манометра.

Тоді:

(2.7)

Із формули (6.7) витікає, що Р пропорційний h². За допомогою компресійних манометрів можна вимірювати тиск від 10 до 10^{- 6} Тор.

2.3. Манометри опору

Відповідно молекулярно-кінетичній теорії при нормальних умовах коефіцієнт теплопровідності χ не залежить від тиску.

Дійсно:

(2.8)

де n-число молекул в одиниці об'єму;

C-питома теплоємність при постійному об'ємі;

ū-середня швидкість молекул.

Підставляючи в останнє співвідношення вираз для λ з формули (1.2), можна впевнитися, що коефіцієнт теплопровідності не залежить від числа молекул в одиниці об'єму, тобто від тиску.

В умовах середнього вакууму довжина вільного пробігу є постійною величиною і визначається розмірами посуду d, тому

(2.9)

Інакше кажучи, із зменшенням тиску χ зменшується. Якщо в

евакуйований посуд помістити спіраль, що нагрівається електричним струмом, то у разі розрідження газу, внаслідок зменшення теплопровідності газу, буде зменшуватися тепловіддача спіралі, тобто спіраль буде нагріватися. Внаслідок підвищення температури спіралі її опір R буде зростати, що можна виявити за допомогою чутливих приладів.

Принципова схема манометра опору приведена на мал.6.2.

Він складається із скляного балона з трубкою для з'єднування із об'ємом,що відкачується. У балоні на двох виводах укріплена металева спіраль з високим температурним коефіцієнтом опору. Електрична схема вмикання такого манометра являє собою звичайну схему містка.

а) б)

а) – термопарний перетворювач; б) – перетворювач опору

Рисунок 2.2 – Схема теплових перетворювачів

Тут: r₁-магазин опорів;

r₂-опір спіралі манометра;

r₃-r₄-постійні опору;

r₅-реостат, за допомогою якого можна регулювати струм, що проходить крізь манометр, та вимірювати його міліамперметром.

Міліамперметр mA править за індикатор поля. Вимірювання тиску зводиться до наступного:

Встановлюється величина опору r₁ таким чином, щоб mA показував відсутність струму. При розрідженні газу, коли тиск ще високий, місток продовжує залишатися у рівновазі. Потім опір спіралі збільшується, а стрілка mA починає відхилятися тим більше, чим нижче тиск. Слід відмітити, що mA не показує величину тиску. Для використання теплового манометра необхідно провести його градуювання. Градуювання являє собою визначення залежності значень mA від тиску, який вимірюється іншими методами (наприклад, манометр Мак-Леода). За допомогою теплових манометрів можна вимірювати тиск від 10 до 10^-3 Тор.