6. ЭЛЕКТРОННЫЕ И ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДАВЛЕНИЙ

Электронные преобразователи давления имеют: стеклянный баллон, в котором размещены катод, эмиттирующий электроны, сетка, окружающая катод, и анод, охватывающий сетку (рис. V.28). На сетке поддерживается положительный потенциал (от 100 до 200 в) по отношению к катоду, потенциал анода отрицательный (от 2 до 5 в).

Электроны, эмиттируемые катодом, ускоряются сеткой. Соударяясь с молекулами газа в баллоне, электроны ионизируют их.

Положительные ионы, образующиеся в пространстве между сеткой и анодом, собираются отрицательно заряженным анодом; положительные ионы, образующиеся в пространстве между катодом и сеткой, будут перемещаться обратно к катоду. Электроны и отрицательные ионы собираются положительной заряженной сеткой.

Рис. V.28. Схема электронного преобразователя давлений

Скорость образования ионов пропорциональна количеству газа в баллоне и числу электронов, необходимых для ионизации газа. Отношение количества положительных ионов, т. е. анодного тока к току сетки является мерой давления внутри баллона манометра:

где — постоянная, зависящая от геометрии манометра, природы газа и рабочего напряжения.

Наиболее часто используется электронный преобразователь давления типа ЛM-2. Катод лампы изготовлен из вольфрамовой проволоки диаметром 0,1 мм. Около катода расположен анод, выполненный в виде редкой сетки из молибденовой проволоки диаметром мм. Снаружи расположен ионный коллектор, имеющий форму цилиндра. Пределы измерения мм рт. ст., погрешность около 15%.

Термические преобразователи используются в основном для непосредственного измерения давлений, меньших атмосферного (вакуумные манометры, вакуумметры). Термические преобразователи, показанные на рис. V.29, а, б, состоят из тонкой проволоки (нагревателя) диаметром 0,025 мм, укрепленной в стеклянной или металлической трубке. Через нагреватель пропускают ток равный при этом его температура составляет Трубка с нагревателем соединяется с системой, в которой контролируется давление. Установившаяся температура нагревателя будет зависеть от теплопроводности газа, окружающего нагреватель. При

атмосферном давлении теплопроводность газов не зависит от их давления. Однако при давлении ниже 10 мм рт. ст. теплопроводность газов начинает понижаться при понижении давления. Молекулы газа, ударяющиеся о нагреватель, переносят энергию от нагревателя к стенкам трубки; при этом установившаяся температура нагревателя определяется скоростью, с которой газовые молекулы сталкиваются с ними. При понижении давления нагреватель будет терять тепло медленно, так как в газе с понижением давления будет уменьшаться число молекул, способных переносить тепло; соответственно температура нагревателя будет повышаться.

Рис. V.29. Принцип работы термического преобразователя давлений. а, б — схемы конструкций, в, г — характеристики: 1 — водород, 2 — гелий, 3 — воздух, 4 — водяные пары, 5 — аргон

Охлаждение нагревателя — это не только результат передачи тепла через газ. Дополнительное охлаждение нагревателя из-за теплоизлучения и передачи тепла через вводы нагревателя снижает относительное значение изменения температуры нити за счет снижения давления. При давлении мейее мм рт. ст. потери тепла из-за теплоизлучения и передачй тепла через вводы нагревателя становятся больше, чем потери тепла за счет теплопроводности газа.

Температуру нагревателя можно измерить двумя способами: термопарой, укрепленной на нагревателе и создающей выходное напряжение, пропорциональное температуре нагревателя (рис. V.29, а), или посредством измерения сопротивления нагревателя (рис. V.29, б). Нити нагревателей изготовляют из чистых металлов с большим температурным коэффициентом сопротивления, например из вольфрама или платины.

Промышленность выпускает термический преобразователь давления типа в качестве нагревателя в нем используется вольфрамовая

проволока. Преобразователь предназначен для работы в режиме постоянной разности температур нити и баллона, равной и используется в комплекте вакуумметра Вакуумметр имеет два диапазона измерения давления: ; относительная погрешность измерения давления при температуре окружающей среды 20 ± 5 °С не превышает ±40%. Прибор работает следующим образом: преобразователь включен в плечо моста постоянного тока; при изменении температуры нити (давления) в диагонали моста возникает напряжение разбаланса, которое воздействует на генератор, питающий мост; при этом изменяется величина тока, протекающего через нить, а следовательно, и ее температура, и параметры моста принимают исходные значения.

На рис. V.29, в, г показаны типичные характеристики термических вакуумметров. Так как различные газы имеют разную теплопроводность, характеристики для каждого газа различны. Тепловые манометры показывают общее давление, т. е. сумму всех парциальных давлений газов, присутствующих в смеси. Обычные пределы измерения теплового манометра от 1 до мм рт. ст. Работа манометра во всем диапазоне измерения вызывает изменение сопротивления на 10% (от 15,5 до 17 ом). Время, необходимое для установления равновесного состояния, колеблется от нескольких секунд до минут.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)