Градуировка вакуумметров

Градуировка мембранных, сильфонных, тепловых, вязкостных, ионизационных и других вакуумметров в диапазоне давлений 7604-10⁵ мм рт. ст. проводится сравнением их показаний с показаниями образцовых приборов: жидкостного U-образного манометра (ртутного в диапазоне давлений 760ч-10 мм рт. ст.; масляного в диапазоне 10-4-0,1 мм рт. ст.), образцового мембранноемкостного — 14—10³ мм рт. ст. и компрессионного — 10^-14-4-10"⁵ мм рт. ст. Манометр, используемый в качестве исходного для градуировки всех других приборов в определенном диапазоне давлений, называется образцовым манометром первого разряда. Его постоянные или градуировочные кривые рассчитывают по размерам манометра и другим величинам, входящим в уравнение измерения. Манометры, используемые в качестве образцовых, предварительно проградуированные по другим образцовым приборам, называют образцовыми манометрами второго, третьего разрядов и т. д. Образцовые манометры первого разряда имеют погрешность градуировки не более 1—5%, других разрядов — до 10—15%.

При градуировке вакуумметров в диапазоне давлений 760-г—н Ю^-3 мм рт. ст. их присоединяют к камере, которую на время измерений отключают от остальной вакуумной системы. Во избежание ошибок при градуировке следует соблюдать следующие меры предосторожности:

1) применять достаточно большие объемы камер, так как изменение уровня рабочей жидкости в манометре влияет на точность измерения давления;

2) при градуировке вакуумметров по парам при помощи U-образного и мембранного манометров надо обеспечить постоянство температуры манометров и вакуумной системы;

3) натекание и газоотделение в объеме камеры не должны изменять состава смеси газов, по которой производится градуировка вакуумметра;

4) компрессионный манометр подключать к вакуумной системе через охлаждаемую ловушку для защиты системы от проникновения паров ртути.

Непосредственная градуировка приборов путем сравнения их показаний с показаниями образцового компрессионного манометра возможна при давлении свыше 10⁵—10⁶ мм рт. ст. При давлении ниже 10~⁶ мм рт. ст. с этой целью обычно используется экстраполяция линейных градуировочных характеристик ионизационных манометров. Из-за откачивающего действия ионизационных манометров наиболее удобно применять в качестве эталонов открытые конструкции манометров. Радиоизотопный манометр практически не обладает откачивающим действием, но нижний предел измерения этого прибора пока составляет 10"⁵ мм рт. ст.

Для градуировки вакуумметров при давлении ниже 10⁵ мм рт. ст. существуют и другие методы: изотермического расширения; постоянного объема; переменной проводимости; деления потока.

При градуировке методом изотермического расширения точно измеренный малый объем с небольшим количеством газа соединяют с большим объемом, в котором давление может быть принято равным нулю. По закону Бойля—Мариотта можно легко подсчитать конечное давление. Дальнейшее понижение давления можно получить, увеличивая число ступеней расширения.

Метод постоянного объема заключается в том, что градуируемые вакуумметры присоединяют к камере, объем которой заранее измерен. Камера соединена с вакуумной системой тонким капилляром, через который откачивается газ с постоянной скоростью. Основная характеристика этого метода (скорость измерения логарифма давления) определяется обычно по большому числу измерений компрессионным манометром в области надежно измеряемых давлений. Градуировка вакуумметра методом постоянного объема сводится к определению временной зависимости его показаний на соответствующей измерительной установке.

При градуировке методом изотермического расширения или постоянного объема важно учесть ошибки, связанные с газовы-

делением стенок, откачивающим действием манометра и адсорбционными процессами.

Если окажется возможным сделать эти ошибки достаточно малыми, то дополнительная погрешность измерения давления, связанная с точностью измерения объемов, не превышает 0,5%.

Метод переменной проводимости состоит в том, что в измерительную камеру 3 (рис. 9. 1) напускается постоянный измеренный поток газа через натекатель 1. С измерительной камерой соединен градуируемый манометрический преобразователь 2. Насос 5 сначала подключается к измерительной камере через диафрагму 4. Пренебрегая остаточным давлением, можно давление P_t в измерительной камере представить в виде выражения

В случае, когда вакуумметр ранее был проградуирован при давлении P_lt этот метод позволяет расширить пределы градуировки вакуумметра до меньшего давления Р₂.

Здесь U может быть рассчитано по размерам отверстия в диафрагме.

Метод деления потока состоит в том, что в динамической вакуумной системе поток газа, проходящий через ряд последовательно соединенных ячеек (первая из них показана на рис. 9. 2), постепенно уменьшается за счет работы вспомогательных вакуумных насосов. Уравнение потоков для ячейки на рис. 9. 2 имеет следующий вид:

где S — скорость откачки насоса; U — проводимость диафрагмы.

После удаления диафрагмы давление в измерительной камере 3 понизится и станет равным Р₂.

Если считать, что скорость откачки насоса S в диапазоне измеряемых давлений постоянна, то согласно формулам (9. 1) и (9. 2) получим

отсюда

Давление Р_г в первой ячейке может быть измерено компрессионным манометром. Неудобство этой методики состоит в том, что эффективные скорости откачки насосов в последовательных ячейках должны возрастать во столько же раз, во сколько понижается давление.