Вакуумметрія (від вакуум і ...метрія ), сукупність методів виміру тиску розріджених газів. Універсального методу вимірів вакууму не існує. При вимірі тиск грунтується на різних фізичних закономірностях, прямо або побічно пов'язаних з тиском або щільністю газу. Одиниця тиску в Міжнародній системі одиниць (СІ) — ньютон на квадратний метр ( н / м-код 2 ). У вакуумній техніці застосовується також позасистемна одиниця мм рт. ст. 1 мм рт. ст. = 133,322 н / м-коду 2 . Вимірюють вакуум вакуумметрами, кожен з яких має свій діапазон виміру тиску ( мал. 1 ). По пристрою вакуумметри розділяються на рідинні, механічні (деформаційні, мембранні і ін.), компресійні (наприклад, вакуумметр Мак-Леода), теплові (термопарний і теплоелектричний), іонізаційні, магнітні, електророзрядні, вязкостниє, радіометричні. Цими вакуумметрами вимірюють повний тиск.
При оцінці вакууму, окрім повного тиску, часто необхідно вимірювати парціальний тиск компонентів газу. Для цього користуються деякими типами мас-спектрометрів і спеціальними вимірниками. На відміну від аналітичних мас-спектрометрів, вимірники парціального тиску не мають власної вакуумної системи і встановлюються безпосередньо на відкачуваних об'ємах. Діапазон вимірів парціального тиску 10 3 —10 -10 н / м-код 2 (10— 10 -12 мм рт. ст. ).
В рідинному (гідростатичному) вакуумметрі ( мал. 2 ) газ давить на рідину, що знаходиться в u-образній трубці. У одному з колін знаходиться газ при вимірюваному тиску р в , а в іншому — при відомому (опорном) тиску р до . Якщо щільність рідини r, то різниця тиску в колінах урівноважиться стовпом рідини заввишки h :
р в — p до = g r h ,
де g — прискорення вільного падіння; зазвичай p до « р в . Вживані рідини (ртуть або вакуумні масла ) мають малий парціальний тиск пари при робочій температурі і хімічно нейтральні по відношенню до газів і матеріалу трубки. Рідинні вакуумметри бувають із закритим і відкритим коліном, дзвонові і ін. Недоліки рідинних вакуумметрів: проникнення пари рідини у вакуумну систему, невеликий діапазон виміру тиску з нижньою межею до 10 -1 н / м-код 2 (10 -3 мм рт. ст .).
В механічному вакуумметрі газ давить на чутливий елемент (спіральну трубку, сільфон, мембрану). Наприклад, в мембранному вакуумметрі ( мал. 3 ) мембрана герметично відокремлює вакуумну систему від об'єму, в якому підтримується постійний опорний тиск, зазвичай в 100—1000 разів менше вимірюваного. Деформація мембрани передається стрілці, що пересувається за шкалою. При вимірі малого тиску для підвищення чутливості мембрану сполучають з електричним датчиком. Механічний вакуумметр зазвичай дозволяє вимірювати тиску до 10 2 н / м-коду 2 (1 мм рт. ст. ).
Компресійним вакуумметром ( мал. 4 ) можна вимірювати нижчий тиск 10 -3 н / м-код 2 ( 10 -5 мм рт. ст. ). Дія такого вакуумметра заснована на Бойля — Маріотта законі . Основні частини приладу: балон об'ємом V, два капіляри однакового діаметру d , один з яких запаяний, і трубка, що сполучає прилад з системою, в якій вимірюється тиск; знизу вводиться рідина (в більшості випадків ртуть), яка відсікає в об'ємі V газ при вимірюваному тиску р і потім стискує його до тиску p 1 ³ р в малому об'ємі запаяного капіляра
де h — висота частини капіляра, не заповнена рідиною. Тиск p 1 визначається по різниці рівнів стовпчиків рідини в запаяному і відкритому капілярах. Згідно із законом Бойля — Маріотта p = p 1 V 1 / V , таким чином вимірюваний тиск можна визначити, якщо відомі d і V .
Свідчення рідинних, механічних і компресійних вакуумметрів не залежать від природи газу.
Для виміру вакууму до 10 -2 н / м-коду 2 (10 -4 мм рт. ст. ) можна застосовувати також і тепловий вакуумметр, принцип дії якого заснований на залежності теплопровідності розріджених газів від тиску. Датчиком приладу служить герметичний балон з дротом, що нагрівається електричним струмом. При зміні тиску в системі змінюється відведення тепла від нитки датчика і, отже, її температура (при постійній потужності). Розрізняють термопарниє вакуумметри, температура нитки яких вимірюється приєднаною до неї термопарою, і теплоелектричні вакуумметри опору, температуру нитки яких визначають по її електричному опору.
В іонізаційному вакуумметрі газ іонізуєтся яким-небудь джерелом постійного іонізующего випромінювання. Інтенсивність іонізації газу залежить від тиску. У електронних іонізаційних вакуумметрах іонізація виробляється потоком електронів. Зазвичай такий вакуумметр має три електроди ( мал. 5 ): катод До , анод А , що створюють електричне поле, яке прискорює електрони і повідомляє їм енергію, необхідну для іонізації; негативний колектор Кіл , що збирає що утворюються в газі покладе, іони. Сила іонного струму в ланцюзі колектора служить мірою тиску газу. Іонізаційними вакуумметрами можна вимірювати вакуум в широких межах (см. мал.(малюнок) 1 ). Надвисоковакуумним іонізаційним вакуумметром, так званою лампою Байярда-Альперта ( мал. 6 ), можна вимірювати тиск в широких межах. Цей вакуумметр має катод, що знаходиться зовні, і колектор, яким служить тонкий дріт, поміщений усередині анодної сітки. Таким вакуумметром можна вимірювати тиск до 10 -8 н / м-код 2 (10 -10 мм рт. ст. ). Іонізаційний вакуумметр Лафферги ( мал. 7 ) працює в магнітному полі. Це дозволяє подовжити дороги електронів в робочому просторі і забезпечити високу ефективність іонізації при дуже малому електронному струмі. Нижня межа вимірів такого вакуумметра — 10 -11 н / м-код 2 (10 -13 мм рт. ст. ). Для виміру тиску до 10 -5 н / м-код 2 (10 -7 мм рт. ст. ) застосовують іонізаційний радіоізотопний вакуумметр (альфатрон ), в якому іонізація газу здійснюється а-частками.
В магнітному електророзрядному вакуумметрі використана залежність струму електричного розряду в магнітному полі від концентрації газу, а отже, і від його тиску. Цими вакуумметрами також можна вимірювати надвисокий вакуум до 10 -12 н / м-код 2 (10 -14 мм рт. cm. ). Вакуумметр ( мал. 8 ) складається з перетворювача, що має 2 плоскопаралельних катодних пластини До і поміщеного між ними кільцевого анода А , плоскість якого паралельна пластинам. Трубка розташована в магнітному полі постійного магніта з напруженістю Н = 32 но / м-код (400 е ); напрям поля перпендикулярний пластинам. Між електродами прикладена напруга U = 2—3 кв через опір R = 1 Мом . Сила розрядного струму служить мірою тиску і вимірюється гальванометром Г. Совместноє дія електричного і магнітного полів багато разів подовжує траєкторії електронів і збільшує вірогідність іонізації газу. Це приводить до виникнення і існування самостійного розряду при дуже низькому тиску. Першими електророзрядними вакуумметрами вимірювали тиск до 10 -2 н / м-код 2 (10 -4 мм pт . ст .), а сучасними електророзрядними вакуумметрами (у тому числі що випускаються в СРСР) — до 10 -12 н / м-код 2 (10 -14 мм рт . ст .).
вакуумметр Вязкостний застосовують в лабораторній практиці для виміру тиску до 10 -4 н / м-код 2 (10 -6 мм рт . ст .). Принцип його дії заснований на залежності в'язкості розрідженого газу від його тиску. Існують демпферний вязкостний вакуумметр і вязкостний вакуумметр з диском. У першому мірою тиску служить час загасання вільних коливань якого-небудь вібратора в газі. У другому — диск, що обертається з великою швидкістю, передає через газ момент ін., що обертає, диску, підвішеному на тонкій нитці; кут повороту цього диска служить мірою тиску.
В радіометричному вакуумметрі використовується радіометричний ефект . Між двома неоднаково нагрітими пластинами, поміщеними в розріджений газ, виникають сили, що відхиляють пластини на величину, пропорційну тиску газу. Свідчення такого вакуумметра майже не залежать від природи газу. Межа виміру 10 -5 н / м-код 2 (10 -7 мм рт . ст .).
Літ.: Дешман С., Наукові основи вакуумної техніки, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1964; Ешбах Р. Л., Практичні відомості по вакуумній техніці, М-коду.—Л., 1966; Лекк Д. Х., Вимір тиску у вакуумних системах, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1966; Востров Р. А. і Розанців Л. Н., Вакуумметри, Л., 1967.
