Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 86
Текст из файла (страница 86)
ст. Множитель а/)г, определяющий чувствительность прибора, есть константа для данного манометра. Типичные манометры, используемые в лабора. тор нях, с диаметром капилляра ! — 3 мм и объемом колбы порядка Р30 смз имеют чувствительность около 1О-з мм-т. Допустим, что наименьшая высота столбика, которая л~ожет быть измерена с хорошей точностью, равна 10 лгм. Тогда нижний предел измеряемых давленнй будет близок к 10-з мм рт. ст, Используя колбы с ббльшнми объемами и более тонкие капилляры, можно сконструировать приборы, пригодные для измерений вплоть до 10-' мл~ рт.
ст. В этих случаях станозятсн очень критичными чистота ртути и состояние внутренних стекол капилляров. Объем колбы также ограничен неудобством работы с большими количествами ртути. Поднятие уровня ртути осуществляется либо вертикальным перемещением резервуара со ртутью, соединенного с нижним концом колбы с помощью гибкого шланга, либо накачиванием воздуха с помощью устройства плунжериого типа. Закон Бойля — Мариотта справедлив для обычных газов, таких как Н„Оз и Нз.
Однако другие газы, такие как НеО, СОз н углеводороды прп компрессии могут конденснроваться. Для получения точных данных о давлении присутствие последвих нужно исключить. Это достигается обыч. но использованием выморажнвающей ловушки с жидккм азотом, встроенной в линию соединения манометра с вакуумной системой. К сожалению, давление паров самой ртути при комнатной температуре остается сущест. асиным (2 ° 10-з мм рт. ст.), в результате чего нз манометра иа ловушку уходят довольно значительные количества ртути. Влияние этого эффекта может быть учтено использованием скорректированной формулы для ко. зффициента компрессии ыанометра )337) либо уменьшено зэ счет сужения диаметра соедннятельной трубки до ! — 2 мм )333).
Манометры Маклеода имеют большое практическое значение, поскольку позволяют проводить прямые и точные измерекия давления в том интервале, который включает в себя и область высокого вакуума. Поэтому наряду с некоторыми другими зкспериментальнымн методамн нх можно использовать для калибровки ионизационных манометров. Хотя перекрытие рабочих диапазонов этих двух типов приборов обычно иевелнко, но благодаря относительной простоте проведения измерений манометры Маклеода наиболее широко применяются в качестве первичных стандартов. Другие методы калибровки, в частности, для области пониженных давленый, требуют использования значительно более сложных вакуумных систем и устройств для регулирования потоков газа )339).
3) Тепловые манометры. Согласно кинетической теоркк газов в облаетн вязкостных потоков выражения для теплопроводности н внутреннего трепни в газе совершенно аяалогичиы, см. равд. 2Б, 5), гл. 1. Прая. тически прн снижении давления от 760 до 50 мм рт. ст. теплопроводность газа уменьшается незначительно. При меньших давлениях, при которых средняя длина свободного пробега превышает расстояние между противоположными стенками камеры, передача тепла от горячего тела к холодному становится пропорциональной давлению газа.
Это свойство использовано в нескольких типах манометров для областн среднего вакуума. 320 0. Вакуумные мзмереняя Обычно зги манометры содержзт в себе одну или более нагреваемых алек. трическим током нитей, температура которых определяется балансом вм. деляемой энергии и потерь тепла за счет передачи его окружающим стевнам. За счет теплопроводности газа уносится лишь часть рассеиваемой энергии, другая ее часть теряется за счет радиации, пропорпноиальнай нзлучательной способности н температуре поверхности нити.
Поскольну последний механизм ве зависит от давления, то для увеличения чувствительности температуры нити к давлению желательно па возможности свести к минимуму потери на излучение. Именна поэтому нити изготавлн- Рнс. Газ. тепловые манометры е — термопарнма; б — типа Парана !манометр сопротнвленннд ваются из материалов с низкой излучательиой способностью, таках как вольфрам или платина. Температура нити как индикатор давления газа может измеряться либо непосредственно с помощью термопары, либо косвенно, путем измерения сопротивления нити (манометры Пнранн)гю Термопарные манометрические лампы изготавливаются в стеклннноп нлн металлическом вариантах с различным внутренним расположением нитей.
На рис. !00, а показана типичная термопарная манометрическзя лампа в металлическом корпусе. Термопара приварена к середине нити подогревателя, питаемого от внешнего источника постоянной мощности. Температура нити достигает максимума (не выше 200е С) прв давлениях ниже !0-9 мм рт. ст., прн которых теплопроводность газа становвтся очень низкой. Прн увеличении теплопровоаностн газа сдавлением ЭДС. создаваемая термопарой, соответственно уменьшается. Эта завнсимость— нелинейна, но величина давления может быть получена непосредственно из показаняй предварительно откалиброванного амперметра с подвижном рамкой.
Поскольку ЭДС термопары зависят также н от температуры хо- 'В отечественной литературе такие приборы называются манометра. ын сопротивления. Г Прим. перев.). П зап. 999 32! Гл. 2. Техняка высокого ваяуумв подноге сная, показания таких манометров чувствительны к изменениям температуры окружающей рреды, однако имеются возможности их компенсации )340, 341).
Область рабочих давлений зависит ог конструкции манометра и простирается обычно от 1О до 10-з мм рт. ст. Конструкция манометров Пираин схематически изображена на рис. 100, б. Проволочное сопротивление заключено в стеклянную или метзллическую колбу, подсоединенную к вакуумной системе. Это сопро. тнвленне является одним нз плечей моста Внтстона. Другим плечом моста служит идентичная проволочка в аналогичной, ио тщательно откзчанной и запаянной колбе.
Обе проволочки нагреваются ат источника постоянного напряжения. Остальные сопротивления этой мостовой схемы служат для установки нулевого тока через амперметр после откачки колбы манометрн. ческой лампы по крайней мере до !О-з мм рт. ст. При увеличении давления температуре проволочки измерительного манометре падает по мере роста теплопроводиостн газа.
В результате сопротивление этой проволоки уменьшается. Об изменении давления судят по величине тока разбалзнсз моста. Этот вариант измерений, известный как метод измереняй при постоянном напряжении, часто используется з серийных мзнометрзх. Область их применения лежит приблизительно от 1О з до !О г мм рт. ст. Другие типы манометров Пирани сконструированы таким обрезом, что температура измерительной проволоки в них поддерживается постоянной, в в кзчесгне измеряемого параметра используется мощность, расходуемая иа питание этой проволоки. Обычно рабочие характеристики манометров Пнраии не- линейны и чувствительны к изменению температуры окружзющей среды.
Часто для уменьшения этого температурного эффекта проволочку компенсирующего сопротивления запаивают в трубку с вакуумом не х)же !О-з мм рт. ст. и помещают вместе с измерительным сопротивлением в одну и ту же колбу. Характеристики таких приборов, по-вндимому, будут изменяться, если система будет часто здполняться гелием, поскольку гелий, проникая через стекло, постепенно ухудшает вакуум в трубке иомпеисатора. В некоторых типах манометров в качестве сопротивлений нсполь.
зуются бусинки из полупроводникового материала. Такие приборы обычно называют термисториыми манометрами (см. например, (6)). Вследстьпе большой величины отрицательного температурного коэффициента полупроводникового сопротивления этн мвнометры имеют более высокую чувствительность. Термисторные манометры работают в интервале давлений !О-з — 50 мм рт. ст. Однако нз-зв большой теплоемкости бусинок по срэвненню с проволочками зги приборы более инерционны, чем маномезры Пнрвни. Все 'типы тепловых манометров необходимо калибровать по вьннвм таких эталонных приборов, как манометр Маклеода. Поскольх) в .
области молекулярных потоков теплопроводность обратно пропорционал низ корню квадратному от массы молекулы (см„например, )6)), то пока ~анин прибора обычно зависят от рода гзза. Серийные манометры калибруются обычно по азоту или сухому эоздуху, коэффициенты теплопроводностя которых очень близки. Для определения истинного дъвлення других газов, таких как аргон, показания приборов корректируются с помощью калибровочных кривых. Однако после калибровки манометров нх характеристики не остаются постоянными из-зэ изменения плошади и эмиссионной способности поверхности нити.
Знание точной величины давления требуетсв крайне редко, поскольку основное назначение этих мзнометров заключается в контроле уровня форввкуумз в откзчиваемой системе. В этом смысле тепловые манометры очень удобны для автомзгизаиии контроля, поскольку нэ выходе у них получается. электрический сигнал. й. Вакуумные язмерення гРР даУР РР(» ЭНЛззиЯ ЗжктРОГГГГ,Щ где 1 — длина, пути электрона в манометрнческой лампе, см; и — вероятность ионизация, см ' ° мм рт, ст., а Р— давление газа, мм рт. ст, Уравнение (25) определяет важный параметр качества ярибора— постоянную ионнзацню манометра, К К (п= —, мм рт.
ст.-з. (г (26) (,Р' Поскольку большинство приборов этого гнпа работает в режиме / = = сопз1, то в качестве параметра, характеризующего чувствительность манометра, нспользуется величина П (а!а — — — „А мм рт. ст.-'. Р В выражения для зтях двух параметров манометра входят вероятность ионизация, велнчнна которая спецнфнчна для каждого типа газа.
На практике ноннзацяю можно осуществлять двумя способами. В первом нз пях длв этой цели нспольауются электроны, эмнттнрованные накаленной нитью; соответствующне манометрнческне лампы называются 323 4) Манометры дья высокого я сверхвысокого вакуума. Практнческн все измерения давления ниже 10 — з мм рт. ст. основаны на явления ионизация остаточных газов. Альтернатнвные методы нзмереннй, в которых попользуются специальные варианты манометров Маклеода н Пиранн ялн другие типы измерителей вакуума, см., например,(6(, гл. 6), менее удобны к не охватывают всего диапазона, вплоть до самых низкнх интересующих нас давлений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
