Термопарный манометр

Термопарный манометр отличается от манометра сопротивления лишь тем, что температуру нити измеряют при помощи термопары вместо термометра сопротивления. Эта особенность вносит некоторые изменения в рассмотренные ранее соотношения, характеризующие работу тепловых манометров. Принципиальная схема термопарного манометра показана на рис. 3. 7, б.

Дифференциальная т. э. д. с. термопары в первом приближении может считаться пропорциональной разности температур ее концов:

При работе по методу переменной температуры нити относительная чувствительность термопарного манометра S_e, определяемая выражением (3. 32), приблизительно в 10 раз меньше относительной чувствительности манометра сопротивления 5/_г по выражению (3. 24). Величина давления Р₂, входящего в формулу для S_T, здесь также будет больше, чем в манометре сопротивления из-за увеличенных потерь на теплопроводность материала нити.

Конструкция термопарного манометрического преобразователя приведена на рис. 3. 7, б. Термопару 4 можно соединять с нитью 1 различными способами — контактной сваркой, пайкой серебром и т. д. В некоторых случаях для этой цели применяют силикатные цементы, которые наряду с тепловым контактом обеспечивают электроизоляцию термопары от нагретой нити.

Наибольшее распространение имеют термопарные манометрические преобразователи типов ЛТ-2 и ЛТ-4М, применяемые в комплекте термопарного вакуумметра типа ВТ-2. Устройство обоих преобразователей одинаково и показано на рис. 3. 7, б. Различие заключается лишь в том, что у преобразователя ЛТ-4М баллон изготовлен из металла и нить накала из никеля или тантала, а у ЛТ-2 баллон стеклянный и нить накала изготовлена из технической платины. В обоих преобразователях применена хромель-копелевая термопара, которая соединена с нитью при помощи крючка из тонкой проволоки. Постоянные манометра ЛТ-2 следующие.

Если термопарный манометр работает по методу постоянной температуры нити, то для относительной чувствительности манометра остается справедливой формула (3. 5). Однако при определении давления Р_г, ограничивающего нижний предел измерения, следует обязательно учитывать потери тепла на теплопроводность нити и термопары, которые могут ограничивать нижний предел измерения давления раньше, чем тепловые потери нити на лучеиспускание. В случае работы по методу переменной температуры и при постоянном токе накала нити относительная чувствительность термопарного манометра

Пользуясь выражением (3. 30), можно получить, что

Постоянная времени при давлении 10“³ мм рт. ст. равна нескольким секундам, а при 10 мм рт. ст. уменьшается до долей секунды.

На рис. 3. 16 приведены усредненные градуировочные кривые 2 и 1 термопарного преобразователя ЛТ-2 по воздуху в диапазоне 1ч-10^-1 мм рт. ст.п 10“¹ч-10“⁴ лии рт. ст. соответственно.

рается так, чтобы при давлении 1-Ю¹ мм рт. ст. т. э. д. с. термопары была равна 10 мв. В диапазоне давлений от 1ч-10¹ мм рт. ст. ток накала манометра подбирается при атмосферном давлении в преобразователе, расположенном цоколем вверх, так, чтобы т.э.д. с. термопары была около 2 мв (стрелка прибора должна находиться на красной черте). Средний ток накала преобразователя ЛТ-2 в диапазоне 1 • 10^-1ч-1 • 10~⁴ мм рт. ст. приблизительно равен 120 ла, а в диапазоне 1 4-1 • 10^-1 мм рт. ст.— в два раза больше. Различие зависимости т. э. д. с. термопары любого манометрического преобразователя ЛТ-2 от давления с типовой градуировочной кривой при давлении Ю¹— 10"² мм. рт. ст. не больше ±10%, а для ЛТ-4М ±20%.

На шкале выходного прибора ВТ-2 нанесены деления в мм рт. ст. в соответствии с усредненной градуировочной кривой по воздуху преобразователя ЛТ-4М в диапазоне Ю¹— 10^-4 мм рт. ст. Градуировочная кривая преобразователя ЛТ-4М в диапазоне давлений ммрт.ст. может быть получена лишь при индивидуальной градуировке. Обычно ЛТ-2 и ЛТ-4М работают в режиме переменной температуры при постоянном токе накала.

В случае работы преобразователя ЛТ-2 при режиме переменной температуры в схеме ВТ-2 для измерения давления различных газов можно пользоваться градуировочной кривой преобразователя ЛТ-2 по воздуху, если умножить показания вакуумметра на экспериментально определенные коэффициенты относительной чувствительности q_n.

Измерение давлений термопарным манометром можно вести и в режиме постоянной температуры нити. Градуировочная кривая 3 преобразователя ЛТ-2 в этом режиме работы по неону в диапазоне давлений 0,1 4-5 мм рт. ст. приведена на рис. 3. 16 32. В этом случае во время работы манометра температура нити поддерживается постоянной около 150° С. Величина измеряемого давления определяется с помощью градуировочной кривой по значению тока накала нити, необходимого для обеспечения требуемой температуры. Постоянную т. э. д. с. определяют при атмосферном давлении и токе накала 600 ма каждого манометрического преобразователя, расположенного цоколем вверх. Разброс т. э. д. с. различных преобразователей лежит в пределах 6,54-10 мв. При постоянном значении т. э. д. с. обеспечивается точность отсчета давления по градуировочной кривой в пределах ±15%. Работа преобразователя ЛТ-2 по методу постоянной температуры может быть осуществлена лишь в вакуумметре типа УТВ-49. Вакуумметры ВИТ-1А и ВТ-2А имеют недостаточно мощные для этих целей источники питания и требуют переделки.

Манометрический преобразователь типа ЛТ-2 можно использовать и для измерения давления в диапазоне 0,54- 1000 мм рт. ст., используя его в качестве конвекционного манометра.

Теплопередача через газ конвекционным теплообменом в преобразователе ЛТ-2 рассмотрена в литературе 33, и определено, что потери тепла нагретой нитью через газ пропорциональны Р¹.

Воспользовавшись выражением (1. 16), уравнение теплового баланса конвекционного манометра можно представить в виде