Испытания вакуумных систем. Часть 3. Методы и приборы измерения давлений в вакуумных установках

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана

Н.К. Никулин, Д.А. Калинкин

ИСПЫТАНИЯ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ

Часть 3

МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ
В ВАКУУМНЫХ УСТАНОВКАХ

Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2007

УДК 531.788(075.8)
ББК 31.77
Н65
Рецензенты: А.М. Зимин, Б.Т. Маринюк

Никулин Н.К., Калинкин Д.А.
H65
Испытания вакуумных систем. – Ч. 3: Методы и приборы измерения
давлений в вакуумных установках: Учеб. пособие. – М.: Издво МГТУ
им. Н.Э. Баумана, 2007. – 48 с: ил.

ISBN 9785703829813

Описаны основные методы и приборы измерения общих и парциальных давлений в вакуумных системах, методы градуировки вакуумметрической аппаратуры, приведен обзор отечественных приборов.
Для студентов старших курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Табл. 14. Ил. 15. Библиогр. 5 назв.

УДК 531.788(075.8)
ББК 31.77

Учебное издание

Николай Константинович Никулин
Дмитрий Анатольевич Калинкин

ИСПЫТАНИЯ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ

Часть 3

МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ
В ВАКУУМНЫХ УСТАНОВКАХ
Редактор А.В. Сахарова
Корректор Л.И. Малютина
Компьютерная верстка И.А. Марковой

Подписано в печать 01.02.2007. Формат 60 × 84/16. Бумага офсетная.
Печ. л. 3,0. Усл. печ. л. 2,79. Уч.изд. л. 2,65. Изд. № 75. Тираж 100 экз.
Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.
105005, Москва, 2я Бауманская ул., 5.

ISBN  9785703829813                                                © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007

ВВЕДЕНИЕ

Давление в вакуумной системе существенно влияет на протекание
ряда физических и химических явлений и, следовательно, многих технологических процессов. Поэтому обеспечение контроля над давлением – одна из важнейших задач вакуумной техники.
За единицу давления принимают давление, вызываемое единицей
силы, равномерно распределенной по поверхности единичной площади,
расположенной перпендикулярно силе. В Международной системе единиц СИ единицей давления является паскаль (Па):

1 Па = 1 Н/м2 = 1 кг/(м · с2) .

Соотношения между единицами давления различных систем
показаны в приложении 1.
Полное давление измеряют специальными приборами – манометрами.
Манометры, предназначенные для измерения давлений меньше
атмосферного, называются вакуумметрами. Основным элементом вакуумметров является манометрический преобразователь давления –
устройство, вакуумноплотно присоединяемое к вакуумной камере,
воспринимающее непосредственно измеряемое давление и преобразующее его в другую физическую величину. Кроме того, как правило,
приборы включают в себя измерительный блок – устройство, обеспечивающее требуемый электрический режим работы манометрического
преобразователя, усиление и измерение его выходного сигнала.
Диапазон давлений, измеряемых вакуумметрами, составляет
105...10–11Па (760...10–13 мм рт. ст.). Универсального метода измерений, охватывающего весь этот диапазон, не существует. В практике
вакуумных измерений используют разнообразные приборы, принципы действия которых основаны на различных физических закономерностях.

3

1. КЛАССИФИКАЦИЯ

Вакуумметры классифицируют по принципу действия, методу измерения давления и классу точности. На рис. 1.1 приведены погрешности и
диапазоны давлений, измеряемых вакуумметрами различных классов.
По методу измерения различают вакуумметры, основанные на
прямых и косвенных измерениях давления.
К первой группе относятся вакуумметры, измеряющие непосредственно давление как отношение силы к площади чувствительного
элемента. Это жидкостные, грузопоршневые и деформационные вакуумметры, отличающиеся независимостью показаний от рода газа. Наименьшее давление, которое можно измерить вакуумметрами этой
группы, – давление порядка 10–4…10–5 Па.

Ко второй группе относятся вакуумметры, принцип действия которых – использование зависимости некоторых физических процессов от
давления. Такие вакуумметры измеряют физические величины, связан4

Рис. 1.1. Погрешности и диапазоны измерений лабораторных (штриховые
линии) и промышленных (сплошные линии) вакуумметров:

1, 3, 7 – ионизационных (1 – магнитных электроразрядных, 3 – электронных, 7 – радиоизотопных); 2 – тепловых; 4 – вязкостных; 5 – деформационных; 6 – жидкостных

ные с давлением определенными функциональными зависимостями
(силу тока, напряжение, ЭДС, частоту и др. и обусловливаемые при
этом родом газа). Это ионизационные, вязкостные, радиометрические и
тепловые вакуумметры. Диапазон измерений и вид градуировочной характеристики устанавливают по результатам градуировки для соответствующего газа с использованием образцовых средств измерений. Диапазоны измерений и погрешности современных образцовых вакуумметров различных классов показаны на рис. 1.2.

Метрические характеристики промышленных вакуумметров обычно дают для воздуха или азота. Шкалы вакуумметров градуируют в единицах давления, относительных единицах или в единицах физической
величины, связанной с давлением определенной функциональной зависимостью. Для вакуумметров с нелинейной градуировочной характеристикой эту зависимость приводят в паспорте в виде графика, для вакуумметра с линейной характеристикой указывают постоянную чувствительность.
Диапазоны давлений, измеряемых отечественными вакуумметрами с различными манометрическими преобразователями, представлены в приложении 2.

5

Рис. 1.2. Погрешности и диапазоны измерения образцовых вакуумметров:

1 – мембранных; 2 – жидкостных (компрессионных); 3 – ионизационных электронных; 4 – тепловых; 5 – вязкостных