Манометры сопротивления
Манометры сопротивления
Этот тип теплового манометра часто называют манометром Пирани, так как современные образцы манометров мало отличаются от конструкции, предложенной Пирани в 1906 г. Измерение температуры нити и ее нагрев путем пропускания электрического тока осуществляется при помощи мостовой схемы (рис. 3. 8), в одно из плеч которой включена нить манометра сопротивления. При увеличении температуры нити возрастает сопротивление нити манометра Rg и через диагональ предварительно уравновешенного моста потечет ток 1г.
Таким образом, температура нити может измеряться гальванометром, установленным в диагонали моста. Во второй диагонали находится источник питания моста постоянным током. Часть 1д тока /0, проходящая через сопротивление Rg, разогревает нить манометра до рабочей температуры. Измерение тока 1д производится миллиамперметром. Для схемы, изображенной на рис. 3. 8, можно записать уравнения равновесия моста
При увеличении сопротивления нити и нарушении баланса моста окажутся справедливыми следующие два уравнения:
где
При измерении тока 1г — f (Р) сопротивление гальванометра должно быть малым, а при измерении U3 — f (Р) должно быть большим.
Дифференцируя равенство (3. 22) сначала по температуре, а затем по давлению, получим выражения для относительных чув-ствительностей обоих режимов работы
Дифференцируя равенство (3. 22) сначала по температуре, а затем по давлению, получим выражения для относительных чув-ствительностей обоих режимов работы
При работе вакуумметра сопротивления по методу постоянной температуры нити его относительные чувствительности S/g и Sud для случаев измерения Ia = f (Р) и Ud = /у (Р) равны между собой и могут быть определены из уравнения (3. 5).
При работе по методу переменной температуры нити непосредственно измеряется ток 1г или напряжение Vг гальванометра: 1г = f (Тн), Uг = /i(T«). Температура нити Тн определяется давлением газа в манометре.
Решая уравнения (3. 21) для тока можно получить:
То — температура нити при /г = 0; Ig — ток через нить манометра;
Из выражений (3. 24) и (3. 25) видно, что при работе вакуумметра сопротивления методом переменной температуры при небольших разностях Тн — То можно, применяя мостовую схему, дополнительно увеличить относительную чувствительность манометра по сравнению с относительной чувствительностью ST.
Компенсацию флуктуаций температуры баллона и напряжения питания в манометре сопротивления можно осуществить, заменяя сопротивление в схеме моста (рис. 3. 8) другим манометрическим преобразователем. В этом случае колебания питающего напряжения и температуры баллонов вызовут одинаковые изменения токов в соседних плечах моста и мост останется в рановесии. Компенсационный манометрический преобразователь нельзя расположить непосредственно в вакуумной системе, так как это привело бы вместе с компенсацией колебаний температуры к компенсации изменений давления.
Компенсационный преобразователь обычно запаивают при хорошем вакууме, величина которого не изменяется во время работы прибора. Компенсационный преобразователь во время работы прибора следует располагать вблизи измерительного преобразователя, чтобы изменения температуры окружающей среды одинаково влияли на оба преобразователя. Легко заметить, что степень компенсации флуктуаций таким преобразователем будет зависеть от значения измеряемого давления. Компенсация будет идеальной, когда давления в обоих преобразователях равны. При увеличении давления в измерительном преобразователе теплопроводность газа увеличится, и одно и то же изменение температуры баллона вызовет в компенсирующем преобразователе большее изменение температуры нити. Ухудшение компенсации возрастает с увеличением давления. Для лучшей компенсации температурных колебаний баллона в различных диапазонах рабочих давлений следует применять компенсационные преобразователи, откачанные до рабочих давлений.
При использовании в качестве источника питания аккумуляторных батарей и принятии специальных мер для уменьшения колебаний температуры баллонов тепловым манометром сопротивления можно измерять, по мнению некоторых авторов, давления вплоть до 1-10-® мм рпг. ст. При охлаждении баллонов до температуры жидкого воздуха можно регистрировать изменения давлений меньше 10~8 мм рт. ст.
Дифференцируя аналогично выражение (3. 23), получим, что в случае измерения Ue = f (Р) относительная чувствительность манометра не изменяется:
