Измерители плотности газа (вакуумметры)

Измерение малых плотностей газа при помощи термосопротивлений основано на зависимости теплопроводности сильно разряженных газов от степени разрежения.

При плотностях газа, соответствующих области атмосферного давления, теплопроводность газа практически не зависит от плотности. Молекула газа, ударившись о нагретое термосопротивление, получает добавочную кинетическую энергию, определяемую температурой нагретого тела. Затем, по мере перемещения от нагретой поверхности к холодной, молекула сталкивается с целым рядом других молекул. Таким образом, в передаче тепла от нагретой поверхности к холодной участвуют много молекул, что статистически приводит к постоянству среднего по объему значения теплопроводности среды.

Однако при уменьшении концентрации, т. е. количества газа или воздуха в замкнутой камере, возрастает длина свободного пробега молекулы. Когда средняя длина свободного пробега молекулы становится величиной одного порядка с расстоянием между термосопротивлением и стенками камеры, теплопроводность газа определяется числом оставшихся молекул, т.е. плотностью (концентрацией) молекул в камере, практически независимо от температуры и давления газа.

Таким образом, естественной входной величиной таких преобразователей является концентрация, т.е. число молекул, находящихся в камере, а выходной величиной – температура (или сопротивление) термосопротивления.

Принципиальное устройство вакуумметра изображено на рис. 3.30.

Рис. 3.30. Устройство вакуумметра.

1 – лента

Термосопротивлением является лента 1, нагреваемая постоянным током. Амперметр А и реостат R_p предназначены для установки и поддержания постоянным значения нагревающего тока, которое было принято при градуировке прибора.

Для измерения температуры термосопротивления применена термопара ТП, рабочий спай которой приварен к середине термосопротивления. Термо-э.д.с. измеряется милливольтметром mV.