5. РАЗРЯДНЫЕ И РАДИОАКТИВНЫЕ ИОНИЗАЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДАВЛЕНИЙ

Разрядные ионизационные преобразователи давления. Устройство такого преобразователя показано на рис. V.26, а. К электродам и А прикладывается высокое напряжение, которое вызывает разряд в газе, заполняющем баллон.

Рис. V.26. Разрядный ионизационный преобразователь: а — схема устройства, б — характеристики: 1 — водяные пары, 2 7- смесь азота с воздухом, 3 — кислород, 4 — водород, 5 — гелий

Разрядный ток зависит от типа газа, его давления и от геометрических размеров электродов. Ток можно использовать для определения давления. При давлении ниже мм рт. ст. вероятность соударения ионов с молекулами газа и ионизации становится слишком малой для поддержания разряда. С помощью магнитного поля удается поддерживать разряд при давлениях ниже мм рт. ст. Характеристики

преобразователей для различных газов показаны на рис. V.26, б. Диапазон измерения составляет до мм рт. ст.

В ионизационных преобразователях давления обычно используют постоянное напряжение от 1 до Однако можно использовать и переменное напряжение, так как ионизационные манометры обладают выпрямительными свойствами. Для облегчения зажигания разряда в колбу ионизационного преобразователя впаивается дополнительный нагреватель. После включения высокого напряжения на короткое время включают нагреватель, который облегчает возникновение разряда. Напряженность магнитного поля, используемого в различных конструкциях ионизационных преобразователей, колеблется от 300 до Точность градуировки 3%.

Рис. V.27. Радиоактивный преобразователь давления: а — схема преобразователя, б — схема преобразователя с расположением изотопа в среде; в — статические характеристики. 1 — ацетон, 2 — углекислый газ, 3 — аргон, 4 — воздух, 5 — водяные пары, 6 — неон, 7 — водород, 8 — гелий

Этот тип преобразователей давления имеет высокую чувствительность и в комплекте с измерительными устройствами позволяет измерять весьма низкие давления. Так, с помощью преобразователя типа ММ-14 С в комплекте с вакуумметром можно производить измерения давления в пределах мм рт. ст. с погрешностью около 20%.

Радиоактивный ионизационный преобразователь. Принцип его работы основан на изменении величины ионного тока в зависимости от изменения преобразуемого давления. Такие преобразователи в случае использования в качестве ионизатора радиоактивных изотопов могут быть двух типов: с расположением радиоактивного изотопа вне зоны измеряемого давления и с расположением изотопа в зоне измеряемого давления. Преобразователи первого типа предназначены для измерения давления высокотемпературных газовых сред. Устройство их показано на рис. V.27, а. Измерительная полость выполняется в виде плоской камеры 1, которая присоединяется

к исследуемому объему. С двух сторон измерительной полости находятся дополнительные камеры, закрытые крышками 2. В одной камере располагается радиоактивный изотоп <3, испускающий -лучи, а в другой — пластины измерителя ионизации 4. Радиоактивное излучение, проходя через две стенки корпуса, ионизирует газ в ионизационном промежутке. Зависимость между ионизационным током и давлением в измерительной полости датчика можно выразить формулой

где — коэффициент поглощения у-излучения измеряемой средой;

— ток при начальном, давлении

Чем выше измеряемое давление, тем большая часть излучения поглощается газом и тем меньшая ионизация будет в ионизационной камере. Получаемый ионный ток усиливается и может быть использован в системах регулирования и управления.

Существенным недостатком данного устройства является то, что наибольшая часть у-излучения поглощается стенками камеры и лишь небольшая часть — газом, давление которого измеряется. Ввиду этого изменение плотности газа слабо сказывается на изменениях ионного тока.

Для преобразования давлений низкотемпературных газов может применяться ионизационный преобразователь с расположением изотопа непосредственно в исследуемой среде. Такой преобразователь показан на рис. V.27, б. В корпусе 1 манометра находится радиоактивный источник 2, испускающий а-частицы, которые ионизируют газ. Число ионов прямо пропорционально давлению газа, так как длина свободного пробега а-частиц больше размеров камеры. Ионы, попадая на электрод 3, создают ток от до а. Для измерения таких малых токов используется электрометр, измеряющий падение напряжения на сопротивление Статические характеристики линейны. Точность измерения около 2%. Наклон характеристики различен для разных газов (рис. V.27, в). Преобразователь давления типа выпускаемый промышленностью, в комплекте с вакуумметром типа позволяет измерять давление в пределах рт. ст. с погрешностью 1,5%.

Радиоактивные ионизационные преобразователи давления можно использовать в диапазоне от 103 до мм рт. ст. При более низких давлениях газа средняя длина свободного пробега а-частиц значительно превышает размеры сосуда, поэтому вероятность столкновения с молекулами газа уменьшается и ток ионизации очень мал. Возникновение мягкого рентгеновского излучения и электронная эмиссия анода ограничивают используемый диапазон измерений.