Компрессионным вакуумметром (рис. 4 ) можно измерять более низкие давления 10-3 н /м 2 (10-5 мм рт. ст. ). Действие такого вакуумметра основано на Бойля — Мариотта законе . Основные части прибора: баллон объёмом V, два капилляра одинакового диаметра d , один из которых запаян, и трубка, соединяющая прибор с системой, в которой измеряется давление; снизу вводится жидкость (в большинстве случаев ртуть), которая отсекает в объёме V газ при измеряемом давлении р и затем сжимает его до давления p 1 ³ р в малом объёме запаянного капилляра
где h — высота части капилляра, не заполненная жидкостью. Давление p 1 определяется по разности уровней столбиков жидкости в запаянном и открытом капиллярах. По закону Бойля — Мариотта p = p 1 V 1 /V , таким образом измеряемое давление можно определить, если известны d и V .
Показания жидкостных, механических и компрессионных вакуумметров не зависят от природы газа.
Для измерения вакуума до 10-2 н /м 2 (10-4 мм рт. ст. ) можно применять также и тепловой вакуумметр, принцип действия которого основан на зависимости теплопроводности разреженных газов от давления. Датчиком прибора служит герметичный баллон с проволокой, нагреваемой электрическим током. При изменении давления в системе изменяется отвод тепла от нити датчика и, следовательно, её температура (при постоянной мощности). Различают термопарные вакуумметры, температура нити которых измеряется присоединённой к ней термопарой, и теплоэлектрические вакуумметры сопротивления, температуру нити которых определяют по её электрическому сопротивлению.
В ионизационном вакуумметре газ ионизуется каким-либо источником постоянного ионизующего излучения. Интенсивность ионизации газа зависит от давления. В электронных ионизационных вакуумметрах ионизация производится потоком электронов. Обычно такой вакуумметр имеет три электрода (рис. 5 ): катод К , анод А , создающие электрическое поле, которое ускоряет электроны и сообщает им энергию, необходимую для ионизации; отрицательный коллектор Кол , собирающий образующиеся в газе положит, ионы. Сила ионного тока в цепи коллектора служит мерой давления газа. Ионизационными вакуумметрами можно измерять вакуум в широких пределах (см. рис. 1 ). Сверхвысоковакуумным ионизационным вакуумметром, так называемой лампой Байярда-Альперта (рис. 6 ), можно измерять давления в широких пределах. Этот вакуумметр имеет катод, находящийся снаружи, и коллектор, которым служит тонкая проволока, помещенная внутри анодной сетки. Таким вакуумметром можно измерять давления до 10-8 н /м 2 (10-10 мм рт. ст. ). Ионизационный вакуумметр Лафферги (рис. 7 ) работает в магнитном поле. Это позволяет удлинить пути электронов в рабочем пространстве и обеспечить высокую эффективность ионизации при очень малом электронном токе. Нижний предел измерений такого вакуумметра — 10-11 н /м 2 (10-13 мм рт. ст. ). Для измерения давлений до 10-5 н /м 2 (10-7 мм рт. ст. ) применяют ионизационный радиоизотопный вакуумметр (альфатрон ), в котором ионизация газа осуществляется a-частицами.
В магнитном электроразрядном вакуумметре использована зависимость тока электрического разряда в магнитном поле от концентрации газа, а следовательно, и от его давления. Этими вакуумметрами также можно измерять сверхвысокий вакуум до 10-12 н /м 2 (10-14 мм рт. cm. ). Вакуумметр (рис. 8 ) состоит из преобразователя, имеющего 2 плоскопараллельные катодные пластины К и помещенный между ними кольцевой анод А , плоскость которого параллельна пластинам. Трубка расположена в магнитном поле постоянного магнита с напряжённостью Н = 32 ка /м (400 э ); направление поля перпендикулярно пластинам. Между электродами приложено напряжение U = 2—3 кв через сопротивление R = 1 Мом . Сила разрядного тока служит мерой давления и измеряется гальванометром Г. Совместное действие электрического и магнитного полей многократно удлиняет траектории электронов и увеличивает вероятность ионизации газа. Это приводит к возникновению и существованию самостоятельного разряда при очень низких давлениях. Первыми электроразрядными вакуумметрами измеряли давления до 10-2 н /м 2 (10-4 мм pт . ст .), а современными электроразрядными вакуумметрами (в том числе выпускаемыми в СССР) — до 10-12 н /м 2 (10-14 мм рт . ст .).
Вязкостный вакуумметр применяют в лабораторной практике для измерения давлений до 10-4 н /м 2 (10-6 мм рт . ст .). Принцип его действия основан на зависимости вязкости разреженного газа от его давления. Существуют демпферный вязкостный вакуумметр и вязкостный вакуумметр с диском. В первом мерой давления служит время затухания свободных колебаний какого-либо вибратора в газе. Во втором — вращающийся с большой скоростью диск передаёт через газ вращающий момент др. диску, подвешенному на тонкой нити; угол поворота этого диска служит мерой давления.
В радиометрическом вакуумметре используется радиометрический эффект . Между двумя неодинаково нагретыми пластинами, помещенными в разреженный газ, возникают силы, отклоняющие пластины на величину, пропорциональную давлению газа. Показания такого вакуумметра почти не зависят от природы газа. Предел измерения 10-5 н /м 2 (10-7 мм рт . ст .).
Лит.: Дэшман С., Научные основы вакуумной техники, пер. с англ., М., 1964; Эшбах Г. Л., Практические сведения по вакуумной технике, М.—Л., 1966; Лекк Д. Х., Измерение давления в вакуумных системах, пер. с англ., М., 1966; Востров Г. А. и Розанов Л. Н., Вакуумметры, Л., 1967.
А. П. Аверина, А. М. Григорьев, Л. П. Хавкин.
Рис. 6. Лампа Байярда-Альперта: 1 — анод; 2 — катод; 3 — коллектор; А — анод.
Рис. 7. Вакуумметр Лафферти: 1 — катод; 2 — анод; 3 — коллектор; 4 — экран; 5 — магнит; Н — напряжённость магнитного поля.
Рис. 2. Жидкостный U-oбразный вакуумметр с открытым (а) и закрытым (б) коленом.
Рис. 5. Схема ионизационного вакуумметра: А — анод; К — катод; Кол — коллектор.
Рис. 8. Схема магнитного электроразрядного вакуумметра: р — давление, N и S — сев. и юж. полюсы магнита; А — анод; К — катод; Н — напряженность магнитного поля; Г — гальванометр.
Рис. 3. Мембранный вакуумметр: 1 — мембрана; 2 — корпус; 3 — передняя прозрачная поверхность вакуумметра; 4 — присоединительный фланец; 5 — система рычагов; 6 — стрелка.
Рис. 4. Схема компрессионного вакуумметра Мак-Леода.
Рис. 1. Диапазоны рабочих давлений различных вакуумметров (пунктирными линиями показаны предельные давления).
Вакуумная арматура
Ва'куумная армату'ра, комплект вспомогательных, обычно типовых устройств вакуумной системы. Требования, предъявляемые к В. а.: весьма высокая герметичность всех её деталей и соединений и очень малое отделение газа с её стенок и уплотнителей. К В. а. относятся: вентили запорные и регулирующие с ручным (рис. 1 ), электрическим, гидравлическим или пневматическим приводом; затворы для перекрытия проходов с большим поперечным сечением, с теми же видами привода; натекатели клапанного и игольчатого типов, служащие для точного дозирования весьма малых количеств газа, или трубчатого типа, открывающие проток газа при нагревании капиллярной трубки (рис. 2 ); вводы электроэнергии, охлаждающей воды или жидких газов; окна смотровые для наблюдения за процессами в вакууме и для вывода различных видов излучения; некоторые виды устройств для передачи в вакуумные объёмы механического движения и др. К В. а. также причисляют механические вакуумметры (остальные их типы, ввиду многообразия и сложности, составляют самостоятельную область вакуумной техники; см. Вакуумметрия ).