Манометричного перетворювача ЛТ - 2

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

ОТРИМАННЯ І ВИМІРЮВАННЯ СЕРЕДНЬОГО ВАКУУМУ

Мета роботи - отримання середнього вакууму, вивчення будови і принципу роботи манометричного перетворювача ЛТ - 2 (ПМТ) і манометра опору, отримання навичок вимірювання тиску за допомогою манометричної лампи ЛТ -2 і вакууметра ВИТ - 1А

Принцип роботи і будова манометра опору і термопарного

манометричного перетворювача ЛТ - 2

Вимірювання тиску, який встановлюється при відкачці вакуумної системи, можна виконувати за допомогою манометричних перетворювачів, які працюють на основі різних принципів.

Манометричні перетворювачі ЛТ -2 і манометри опору називаються тепловими манометрами і побудовані на основі залежності теплопровідності газу від тиску. Теплопровідність газу відноситься до явища переносу тепла в газах .

За законом Фур’є потік тепла Q пропорціональний градієнту температури

Q = - k . (1)

Коефіцієнт пропорціональності k називається коефіцієнтом теплопровідності в напрямі осі x .

На основі молекулярно - кінетичної теорії газу

k = r u l c , (2)

де r - густина газу, яка дорівнює добутку маси газу на число молекул в одиниці обєму (r = m • n), u - середня квадратична швидкість молекул , l - середня довжина вільного пробігу молекул і c - питома теплоємність газу при постійному об’ємі.

Рис. 1 .

Оскільки l ~1/p , а r ~ p, то можна зробити висновок , що тепло-провідність газу не залежить від тиску. Але така залежність зберігається не завжди. Коли тиск знижується і число зіткнень молекул між собою стає меншим ніж число зіткнень молекул зі стінками об’єму, в якому знаходиться газ, тоді коефіцієнт теплопровідності стає залежним від тиску. Дійсно, у цьому випадку перенос тепла буде відбуватись більше за рахунок зіткнень молекул зі стінками і нагрітим тілом і середню довжину вільного пробігу молекул (вона повинна бути більшою за характерний розмір об’єму) можна прийняти за постійну величину в відповідному діапазоні тиску.

З експерименту виходить, що коефіцієнт в’язкості газу h залежить від тиску так, як зображено на рис. 1, тобто зменшується тільки у відповідному діапазоні низького тиску, що відповідає при визначених розмірах об’єму, де знаходиться газ, режиму молекулярної течії газу. Коефіцієнт теплопровідності k виражається через коефіцієнт в’язкості як k = h × c , тому можна вважати, що у визначеному діапазоні і k = q × р (q = Const).

У теплових манометричних перетворювачах використовується явище переносу тепла газом від нагрітої протікаючим електричним струмом тонкої платинової нитки до стінок трубки, у якій розміщена нитка.

Манометр опору

Манометр опору складається з двох частин: вимірювальної та частини, яка взаємодіє з газом і приєднується до вимірювальної. Останню ще називають датчиком або манометричним перетворювачем .

Манометричний перетворювач має просту будову - це циліндрична скляна трубка, яка відкритим кінцем приєднується до вакуумної системи там, де потрібно вимірювати тиск, а закритим кінцем , через спеціальний цоколь, приєднується до вимірювальної частини. У цоколь вмонтовані два електроди, до яких приварена платинова нитка, що служить електричним опором (див. рис. 2).

Рис. 2. Рис. 3.

Електрична потужність, що використовується для нагрівання платинової нитки, витрачається не тільки на нагрівання самої нитки (I R), а й на нагрівання електродів (P ), до яких приєднана нитка, на випромінювання у відповідності з законом Стефана - Больцмана (P ) і на нагрівання стінок трубки газам внаслідок теплопровідності газу (P ). Таким чином рівняння балансу потужності буде мати такий вигляд:

I R = P + P + P ,(3)

де I - величина струму, яким нагрівається нитка до температури, наприклад, T ; R- величина електричного опору нитки з цією температурою (слід пам’ятати, що електричний опір металів змінюється в залежності від температури як

R = R (1 + a t°), де R - опір при 0° C , a - температурнийкоефіцієнт опору і t° - температура за Цельсієм ) ; P = k ( T - T ) p ; P = k ( T - T ) ;

P = k ( T - T ) : k , k , k - відповідні множники пропорційності, а T - температура стінок трубки і T - температура кінців електродів, до яких приєднується нитка.

Величини P і P не залежать від тиску газу, коли тиск є більшим ніж тор, і , якщо їх зробити значно меншими за P , то ними можна буде знехтувати.

Для того, щоб P була відносно малою достатньо вибрати тонку нитку з відносно малим коефіцієнтом теплопровідності (платина), а від величини P залежить чутливість манометра при різних тисках. Для підвищення чутливості манометра до зміни температури нитки завдяки дії теплопровідності газу, не-обхідно щоб потужність P була якомога більшою за P . Щоб манометр опору мав високу чутливість при вимірюваннях низьких тисків, необхідно нагрівати нитку до відносно низької температури. У цьому випадку теплопровідність газу стає дуже малою і при низькій температурі нагріву випромінювана потужність теж зменшиться.

Навпаки, при більших тисках вимірювання краще виконувати при вищий температурі нагріву нитки, тобто при більшій величині струму I .

Таким чином, величина вимірюваного тиску і чутливість перетворювача залежать від величини струму I і температури нагріву нитки T .

Вимірювання тиску за допомогою манометра опору виконують таким чином:

1) при якомога низькому тиску в лампі ( тор) встановлюють робочий струм I , якому відповідає температура нагріву нитки T ;

2) напускаємий у лампу газ буде охолоджувати нитку і її електричний опір зменшиться, що призведе до зростання струму I , який і вимірюють.

Тиск визначають за допомогою градуювальної кривої, що має вигляд, як на рис. 3.

Поиск по сайту: