Чувствительность термоэлектронных манометров к различным газам

В табл. 10 приведены результаты вычислений теоретической чувствительности R_T для манометрического преобразователя ЛМ-2 к различным газам 51. В той же таблице приведены значения расчетной относительной чувствительности R_T и экспериментальной 7_э, являющейся отношением чувствительности данного газа к чувствительности по азоту R = -тД-. Вычисленные величины R_T отличаются от экспериментальных R₃ не более чем на 20%. Для сравнения даны также средние значения относительной чувствительности R_cp (по литературным данным) термоэлектронных манометров. Если вакуумметр проградуирован в единицах давления по одному газу, а требуется измерить давление другого газа, то истинное давление этого газа Р может быть подсчитано по измеренному кажущемуся давлению газа Р_к и относительной чувствитель-р ности манометра R к данному газу: Р = .

Было замечено 1, что чувствительность термоэлектронного манометра к различным газам пропорциональна числу электронов в их молекулах. Чувствительность ионизационного манометра к парам масла значительно превышает чувствительность к аргону или азоту. Значение чувствительности может сильно изменяться в процессе работы манометра, что можно объяснить адсорбцией паров масла на сетке манометра, разложением молекул масла при электронной бомбардировке на более легкие составляющие, которые могут десорбироваться с сетки в виде положительных ионов. Это приводит к тому, что чувствительность манометра по парам масла может изменяться в 2—2,5 раза по сравнению с первоначальной величиной.

На основании экспериментальных данных 52 предложена формула для определения относительной чувствительности манометра к парам масла по отношению к азоту: R_M = М — молекулярный вес паров масла.

Таким образом, для М — 300-:-400 показания ионизационного манометра будут превышать истинные давления паров масла в 11—15 раз.

Отдельные экземпляры манометрических преобразователей одного типа могут иметь чувствительность, отклоняющуюся от среднего значения на 30—40%. Поэтому для точных измерений давления требуется индивидуальная градуировка манометрического преобразователя по исследуемому газу. Если манометр экспериментально проградуирован хотя бы по одному из газов, то чувствительности по другим газам могут быть вычислены с погрешностью не более 20% по значениям относительной чувствительности, приведенным в табл. 10.

Если состав измеряемого газа не известен, то показания термоэлектронного манометра, проградуированного по сухому воздуху, могут в отдельных случаях на порядок отличаться от истинного давления в вакуумной системе. В диапазоне давлений 1-10~³-е—7-1 • 10^-8 мм рт. ст. в вакуумных системах с паромасляными насосами присутствует главным образом азот, и ошибка измерений без специальных градуировок может быть не более 20—30%. В вакуумных системах с сорбционными и криогенными насосами состав остаточных газов в процессе откачки сильно обогащается инертными газами. Чувствительность термоэлектронного манометра к инертным газам значительно ниже, чем к азоту, и, следовательно, показания манометра в этом случае будут сильно преуменьшены. В области давлений ниже 10~® мм рт. ст. при работе с паромасляными насосами, снабженными сорбционными ловушками, в области сверхвысокого вакуума основным остаточным газом является чаще всего водород, чувствительность по которому примерно в 2 раза ниже, чем по азоту. В вакуумных системах с парортутными насосами остаются главным образом пары воды, чувствительность по которым близка к чувствительности по воздуху, поэтому ошибка измерений будет невелика.

Таким образом, показания термоэлектронного манометра с гарантированной точностью 20% могут быть правильно интерпретированы лишь для смеси газов, по которой была проведена предварительная градуировка манометрического преобразователя.

При измерении полного давления смеси газов, по которой нет предварительной градуировки, можно, исходя из закона Дальтона и уравнения термоэлектронного манометра, подсчитать чувствительность манометра к смеси К_см по известной чувствительности манометра по азоту Kn₂ и относительным чувствительностям к остальным газам R_it входящим в состав смеси:

Значения относительной чувствительности термоэлектронного манометра R_cp, приведенные в табл. 10, получены при анодном напряжении в манометре 200—300 в. При напряжении на аноде манометра более 200 в относительная чувствительность слабо зависит от анодного напряжения. Однако при напряжениях меньше 150 в относительная чувствительность становится функцией ускоряющего напряжения. Особенно быстро относительная чувствительность падает при приближении к потенциалу ионизации соответствующего газа. Это может быть в некоторых случаях использовано, например, для измерения давления примеси воздуха в гелии или неоне. Для этого необходимо, чтобы анодное напряжение в манометре было около 20 в, т. е. меньше потенциалов ионизации гелия и неона, равных соответственно 24,5 и 21,5 в, и больше потенциалов ионизации азота и кислорода 19 и 12,5 в.

На рис. 4. 16 приведены градуировочные характеристики различных термоэлектронных манометрических преобразователей с горячим катодом по воздуху при низких давлениях. По мере понижения измеряемого давления характеристики первых двух преобразователей обнаруживают насыщение, связанное с наличием фоновых токов.

При работе преобразователя ЛМ-2 в атмосфере различных газов можно пользоваться градуировочной кривой по воздуху. Для определения истинного давления газа в этом случае нужно умножать показания вакуумметра на коэффициент