Принцип действия основан на зависимости теплопередачи газа от давления. Как известно, при давлениях близких к атмосферному, теплопроводность газа не зависит от давления. При низких давлениях, когда величина приближается к линейным размерам сосуда, понятие теплопроводности теряет смысл. Вероятность столкновения молекул в объеме делается мала, и энергию они переносят, ударяясь непосредственно о горячие и холодные поверхности тела. В этом случае q – величина перенесенного количества теплоты, определяется следующей формулой
(3)
где – давление газа.
- молекулярный вес,
- разность температур,
– коэффициент, зависящий от рода газа и свойства поверхности твердого тела, о которое ударяются молекулы газа.
Как видно из формулы (3), теплопередача зависит от давления. Это свойство используется для измерения низких давлений посредствам термодинамического манометра, называемого термопарным вакууметром.
Термопарный вакууметр состоит из «лампы» ЛТ-2 и измерительной электрической схемы.
Принципиальное устройство вакууметра
1-нить накала,2-термопара приварена к нити в точке А, 3 - источник питания нити, 4 - миллиамперметр для измерения тока накала нити; 5 -реостат для регулировки тока накала; 6 - милливольтметр для определения термо-ЭДС термопары; 7 - трубка, для присоединения к вакуумной системе. (рис 5.)
рис. 5
Как было сказано выше, при уменьшении давления теплопередача в газе с некоторого значения давления начинает зависеть от давления. Поэтому при постоянном токе накала нити её температура может быть индикатором давления.
В «лампе» ЛТ-2 теплопередача идет от нити к цилиндрическому корпусу. Известно, что в случае соосно расположенных цилиндрических поверхностей для линейной зависимости между теплопередачей и давлением достаточно, чтобы длина свободного пробега молекул была бы не меньше радиуса нити ( ~ 0,01 см), а не расстояния от нити до колбы лампы, как было бы при плоской задаче. При уменьшении давления теплопередача падает. Таким образом, применение этого манометра ограничено со стороны высоких давлений, давлением соответствующем длине свободного пробега см, т.е. значит от давления около 1 торра до торр, когда носителей энергии становится очень мало и потери тепла обусловлены излучением и теплопроводностью цоколя. Ток накала обычно подбирают так, чтобы при давлении торр термо-ЭДС была бы 10 милливольт .
Достоинства термопарных манометров
Возможность непрерывного измерения.
Применимость ко всем газам.
Недостатки
Необходимость предварительной градуировки.
Зависимость показания от рода газа.
Наличие тепловой инерции – при изменении давления нить накала не успевает менять свою температуру.
Термопарная лампа работает с устройством ВТ-2. Электрическая схема устройства позволяет пользоваться одним прибором для измерения тока накала и для измерения ЭДС термопары. Расположенный в передней доске гальванометр имеет три шкалы. Нижняя шкала служит для измерения тока накала нити. Средняя шкала, несущая 100 делений, дает возможность судить о температуре нити. На верхней шкале указано давление в торр (показания справедливы только при строго определенном накале нити). Посредством переключателя “ ток накала - измерение", гальванометр можно включать в цепь нити - положение "ток накала" и, пользуясь рукояткой реостата, устанавливать необходимый ток накала, или в цепь термопары - положение "измерение”. В правом нижнем углу находится переключатель диапазонов измерения от « торр» до « торр». На 1 и 2 диапазонах измеряют при одном и том же значении тока накала.
Градуировка термопары по манометру Мак-Леода. Измерения.
Вычисляют постоянную Мак-Леода по параметрам, указанным на его шкале.
Ставят переключатель вакууметра “диапазон измерений” в положение, соответствующее данному давлению.
Переключатель “ток накала” – “измерение” ставят в положение “ток накала”.
Включают сеть.
Посредством реостата “регулировка тока накала” устанавливают по гальванометру рабочий ток в нити лампы (110-150) по указанию руководителя.
Переключают гальванометр на “измерение” и приводят насос в действие, как сказано выше.
Производят ступенчатую откачки системы. То открывая, то закрывая кран . Давление доводят до атмосферного от предельного. Во время остановок откачки записывают показания гальванометра (по шкале 100 дел.) и соответствующее показание Мак-Леода.
Ток накала в амперах
Диапазон измерения
Деление вакууметра
h
мм
торр
Примечание. Интервал измерения – 5 делений вакууметра.
Строят градуировочную кривую, откладывая по оси абсцисс деление вакууметра (по шкале 100 дел.), а вдоль оси ординат давление, вычисленное по показаниям Мак-Леода.