СҰЙЫТЫЛҒАН ГАЗДЫҢ ТОЛЫҚ ҚЫСЫМЫН ӨЛШЕУ АСПАБЫ (МАНОМЕТРЛЕР)

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

СҰЙЫТЫЛҒАН ГАЗДЫҢ ТОЛЫҚ ҚЫСЫМЫН ӨЛШЕУ АСПАБЫ (МАНОМЕТРЛЕР)
9-1. МАНОМЕТРЛЕРДІ ЖІКТЕУ

Вакуумдық техникадағы толық шағын қысымдарды өлшеу аспабы манометр
деп аталады. Әдебиетте және практикада вакуумметр деген термин де
қолданылады.
Көптеген манометрлер екі элементтен тұрады: датчик – сигналды
түрлендіруші және өлшегіш блок.
Жұмыс істеу принципі бойынша манометрлерді мынадай кластарға бөлуге
болады:
1. Сұйықтық манометрлер, онда өлшенетін қысым немесе қысымның
әртүрлілігі сұйықтық бағанымен теңестіріледі (U – бейнелі манометрлер және
олардың модификациясы).
2. Компрессиялық манометрлер, олардың әрекеті идеалды газды
изотермикалық сығымдау заңына негізделген (Мак-Леод манометрі).
3. Деформациялық манометрлер, сильфон, мембрана және с.с. сезімтал
элементтер ретінде пайдаланылады. Сезімтал элементтің деформациялану шамасы
қысым шамасы болады.
4. Жылу манометрлері, газдың қысымынан жылу өткізгіштің тәуелділігін
пайдаланады. Олар термобулық және қарсыласу манометрлері деп бөлінеді.
5. Иондаушы манометрлер, онда қысым иондық ток мәні бойынша
анықталады. Осы класс аспаптарының ірі тобы өз кезегінде мыналарға
бөлінеді:
а) электроразрядтық, олардың қызмет ету принципі сұйытылған газдағы
электр дәрежесінің өлшемі қысымға тәуелділігіне негізделген.
б) электронды иондаушы, онда газды иондау электр өрісімен
жылдамдатылатын электрондар ағынымен жүзеге асырылады.

Манометрлермен өлшенетін қысым аумағы 9-1. суретінде көрсетілген.
Манометрлердің бүкіл тобын сондай-ақ тікелей және жанама әсер ету
аспаптарына да бөледі.
Тікелей әсер ету манометрі газ қысымын тікелей өлшейтін аспаптар
болып табылады. Осы манометрлердің манометрлік қасиетін динамометрикалық
аспаптармен градуировка арқылы алдын ала есептеуге немесе алуға болады.
Тікелей әсер ету манометрлері қысымын есептеу газ құрамына және оның
температурасына тәуелді емес. Бұл аспаптар 1Х105–1,33 * 10-3 Па диапазонын
жабады, оның үстіне олардың салыстырмалы қате жіберушілігі қысымға
қарағанда аз. Тікелей әсер ету манометрлеріне сұйықтықтық, компрессиялық
және деформациялық манометрлер жатады.
Жанама әсер ету манометрі қысымның өзін емес, оның бірқатар
функцияларын өлшейді, және әдетте, датчиктен (манометрлік түрлендіргіш)
және радиотехникалық өлшеу блогынан тұрады. Жанама әсер ету манометрінде
қысымды есептеу (шығыс сигналы) газ тегі мен оның температурасына
байланысты.
Жанама әсер ету манометрлерінің шкалалары қысым бірлігінде немесе
электр бірліктерінде калибрленген. Соңғы жағдайда аспапқа өткізбелі сатылы
қисық қоса тіркеледі немесе оның сезімталдылығы келтіріледі. Сатылы қисық
жанама әсер ету аспабын сатылау кезінде тікелей әсер ету манометрі бойынша
құралады және турасын айтқанда, сатылаудың ұлғаймалы жағдайындағы шар үшін
дұрыс.
1,33 * 10-3 Па төмен қысымды өлшеу іс жүзінде жанама әсер ету
аспаптарымен ғана мүмкін, өйткені осы қысым кезінде күш болмашы ғана.
Сөйтіп күш түсіру ретінде қысым өз мәнін жояды. 1,33 * 10-3 Па қысымынан
төмен кезінде басқа параметр – N1 молекулярлық концентрациясы нақтырақ
көрінеді, көлем бірлігінде газ бөлшектерінің тығыздығы жанама әсер ету
манометрімен өлшенеді.
Әртүрлі қысым бірліктері мен молекулярлық концентрация арасындағы
қарым-қатынас 1-1 кестеде берілген.
Манометрлердің бірқатар типтерінің оқшаулау құрылғылары бар және
қысымды өлшеуден басқа қандай да бір қысым бойынша технологиялық
процестерді басқару үшін автоматтандырылған ваакумдық құрылғылар
пайдаланылуы мүмкін.
Кең диапазонда және оқшаулауда қысымды өлшеуден басқа манометрлердің
жекелеген типтері қысым сигналдарын өздігінен жазатын аспаптардың
диаграммалық таспасында қысым сигналын жазуға мүмкіндік береді.
Жанама әсер ету манометрлерімен қысымды өлшеу кезінде есептелуі қиын
факторларының әсері көп болғандықтан (газ құрамы мен оның температурасының
өзгеруі, датчиктегі сорбциялау-десорбциялау процесстор және с.с.) есептеу
нақтылығы жоғары емес. Қысымды өлшеудегі қате жіберушілік өлшенетін шаманың
10-нан 60%-ке дейін тербеледі.

9-2. СҰЙЫҚТЫҚ U ТӘРІЗДІ МАНОМЕТРЛЕР

Сұйықтық U тәрізді манометрлер атомосфералықтан 1 Па-ға дейінгі
диапазондағы абсолюттік қысымды өлшеуге қызмет етеді. Сұйықтық
манометрлердің жұмыс істеу принципі жұмыс сұйықтық деңгейін U тәрізді
трубканың сол және оң буынына ауыстыруға негізделген.
U тәрізді трубканың бір буыны вакуумдық жүйеге қосылады, оның қысымы
басқа буындағы РВ-ға тең, өлшеу процесінде басқа буында тұрақты РК
салыстырмалы қысым сақталады. Сұйықтық бетінде әрекет ететін қысымның түсіп
кетуі (РК – РВ) манометр буындарындағы сұйықтық бағандарының әртүрлі
биіктігінде гидростатикалық қысыммен теңестіріледі. Сұйықтық бағанының
қысымы алаң бірлігіне жатқызылған оның салмағымен анықталады және баған
биігтігіне және сұйықтық тығыздығына ғана тәуелді. Егер манометрдің бір ұшы
атмосфералық ауамен жалғасса (ашық манометр), ал қысым әртүрлілігінің
шамасы мынаған тең болады:
∆p = pатм – pв = gph
мұндағы pатм - атмосфералық қысым;
Pв – вакумдық жүйедегі қысым;
g – ауырлық күшін жеделдету;
p – манометрдегі сұйықтықтың тығыздығы;
h – сүйықтық деңгейінің әртүрлігі.
Сөйтіп, біз манометрдің көрсеткіші атмосфералық қысымға байланысты
екендігін көреміз. Белгілі өлшеу сәтіндегі pатм атмосфералық қысымы кезінде
вакуумдық ортадағы абсолюттік қысымды өлшеуге болады

Pв = pатм – gph
Егер манометрдің жұмыс сұйықтығы ретінде сынап алынса, онда

Pв = pатм – һ, мм рт. ст.,
Мұндағы pатм - атмосфералық қысым, мм рт. ст.,
Һ – сұйықтық деңгейінің әртүрлілігі, мм.
Немесе
Pв = pатм – 1,33 * 105һ, Па,
Мұндағы pатм – Па;
Һ – м-да.
Сөйтіп, вакуумдық жүйедегі қысымды ашық манометрмен өлшеу үшін
атмосфералық қысымды (өлшеу кезінде) білу керек және одан сынап деңгейінің
айырмашылығын алып тастау керек.
Дәнекерленген буынды манометрлер (жабық манометрлер 9-2 сурет) рВ
вакуммдық жүйедегі және рК манометрдің дәнекерленген буынындағы қысымды
өлшейді.
U тәрізді жабық манометрлерде жұмыс сұйықтығы ретінде әдетте сынап
пайдаланылады, ол манометрге құйылады. Сондықтан дәнекерленген буындағы рК
қысым деңгейінің биіктігіне қарамастан нөлге тең деп болжауға болады.
Айдау басталғанға дейін қысым құрылғыда атмосфералық рВ = pатм тең
болғанда мысалы, 105Па (760 мм сынап ст.), сынап жабық буында А1 және
құрылғы тарапынан Б1 жағдайды иемденеді. А1 – Б1 деңгейінің айырымы тік
бағытта 760 мм құрауы тиіс, өйткені осылайша ғана қысымдағы айырма сынаптың
екі деңгейі тарапынан теңестіріледі.
Вакуумдық көлемді айдау шамасына қарай РВ қысымы онда азаяды және
сынап деңгейінен қысым айырмасын теңестіру үшін шамалы деңгейлі айырма
қажет етіледі, мысалы А2 – Б2.
Ақыр соңында, жеткілікті деңгейде төмен қысымға қол жеткізілгенде екі
буындағы сынап деңгейі бірдей биіктікте болады, өйткені вакуумдық көлем
тарапынан қысымға қол жеткізілген, іс жүзінде (манометрлердің осы типі
үшін) жабық буындағы сынап деңгейінен қысымға тең.
Осылайша, U тәрізді манометрдің көмегімен РВ қысымы вакуумдық жүйеде
сынап деңгейінің айырмасын тікелей есептеу арқылы өлшенеді:
P = A – Б = h, мм сынап, ст.,
Немесе p = 1,33 * 102һ, Па

9-3. КОМПРЕССИЯЛЫҚ ӘДІС
а) Жалпы сипаттама және жұмыс істеу принципі
10-1 Па-дан төмен қысымды өлшеу үшін кәдімгі сұйықтық манометрлер
нақтылығы төмен және үлкен болғандығы себепті қажеттілігі шамалы болады. 1
Па-дан 10-3 Па-ға дейін төмен абсолютті қысымды өлшеу үшін газды алдын-ала
сығымдау отырып манометрлерді (компрессорлы манометрлер) қолдану кең
таралды.
Компрессорлы манометрлерді 1874 жылы Мак-Леод жасаған және оның
есімімен жиі аталады.
Манометр (9-3 сурет) өлшегіш капилляры бар 2 сферикалық баллоннан 1
тұрады, оның жоғарғы жағы дәнекерленген. Баллоннан төменге қарай оған
дәнкерленген шыны трубка 3 кетеді, ол тармақталған 4, манометрдің вакуумдық
жүйемен өлшегіш бөлігі жалғасады. Өз кезегінде трубка 4 салыстырмалы
капилляр түрінде тармақталады 5. Өлшегіш және салыстырмалы капилляр теңдей
ішкі диаметрге ие.
Трубканың 3 төменгі ұшына резина шланг 7 арқылы сынабы бар груша 6
жалғанады.
Өлшеу алдында сынап төмен түсіріледі және сферикалық баллон 8 трубка
арқылы вакуумдық жүйемен жалғасады, онда қысым өлшенеді (9-3 сурет).
Вакуумдық жүйеде айдау кезінде трубкадағы сынаптың деңгейі 3
көтеріледі. Деңгейлердің айырмасы атмосфералық қысымға сәйкестікке жетсе,
сынаптың бұдан арғы қозғалуы қысқарады, және манометр қысымды өлшеуге дайын
болады (9-3 сурет, ІІ).
Қысымды өлшеу үшін 6 грушаны көтереді. Мұндайда 3 трубкадағы сынап
деңгейі көтеріледі, және кейбір сәтте (9-3 сурет, ІІІ) сынап вакуумдық
жүйемен манометрдің өлшегіш бөліктің жалғасуы арқылы жабады. Осы ережеден
бастап өлшегіш бөлікте газ санын анықтау қалады: өлшегіш капилляр,
сферикалық баллон және тармағы; манометрдің жабық бөлігінің қысымы,
вакуумдық жүйедегі өлшегіш қысыммен сәйкес келеді.
Бұдан ары грушаны көтеру кезінде қысым да, газ көлемі де өлшегіш
бөлікте өзгереді: көлемі шағын болады, ал қысым соншалықты үлкен болады.
Біз сынап өлшегіш капиллярда қандай да бір деңгейге ие болғанда грушаны
көтеруді тоқтатамыз. (9-3 сурет). Сынап деңгейі салыстырмалы капиллярда 5
өлшегіш капиллярдағы сынап деңгейінен һ, мм шамаға 2 жоғары болады, өйткені
сынап деңгейі салыстырмалы капиллярда р, мм қысымда шағын және өлшенетінге
тең болады. Өлшенетін капиллярда сығымдалған газ порциясының қысымы h + p
жиынтығымен, ал газ саны (һ + р) V2 –ге тең болады. Өйткені 9-3, ІІІ
суретке сәйкес келетін сәтте жабылған газ саны өзгеріссіз қалады,
температура іс жүзінде өзгерген жоқ, Бойль-Мариотта заңын қолдануға болады
және былай жазылады:
рV1 = (h + p) V2 = p1V2.

Әдетте компрессорлық манометрлер һ деңгейінің әртүріне елеулі әсері
байқалмайтын төмен қысымды өлшеу үшін пайдаланылады, яғни р һ болғанда,
сондықтан былай жазуға болады:
pV1 = hV2
немесе

Егер һ м болса, онда
P = 1,33 * 105 һ Па
Сөйтіп, вакуумдық жүйедегі қысымды компрессиялық манометрмен өлшеу
газдың бастапқы көлемін V1-ден V2-ге әкеледі, бастапқы, өте аз қысым һ
қысымға дейін ұлғайтылған, тікелей көзбен өлшенетін сынаптың әр алуан
деңгейі бойынша салыстырмалы және өлшенбелі капиллярлар деңгейіне дейін.

9-4. ДЕФОРМАЦИЯЛЫҚ МАНОМЕТРЛЕР

Деформациялық манометрлер атмосфералықтан 0,1 ПА дейінгі қысымды
өлшейді.
Деформациялық манометрлерде қысым шамасына сезімтал элементтің
деформациялық шамасы қызмет етеді, ол осы элементке әртүрлі қысымның
әсерімен жүреді.
Деформациялық манометрлердің бірден бір жетістігі олардың
көрсеткішінің газ тегінен тәуелсіздігі болып табылады.
Лабораториялық тәжірибеде және өнеркәсіпте қысымның абсолюттік
шамасын 0,1 Па-дан бірнеше атомосфераға дейін кең ауқымда өлшеу үшін
деформациялық манометрлердің үш түрі қолданылды: трубалық, мембраналық және
сильфондық.
а) Трубалық манометрлер
Қысым әртүрлігінің сезімтал элементі ретінде трубалық манометрлер 1
спиральға иілген (9-5 сурет) эллипстік қиылысу трубкасына ие. Бұл трубканың
бір ұшы штуцер 4 арқылы вакуумдық жүйеге қосылған, ал басқасы – тісті
сектормен 3 рычаг жүйесі арқылы дәнекерленіп, жалғасқан, ол стрелканы 2
айналысқа келтіреді. Трубканың 1 сыртқы беті үнемі атмосфералық қысымға
ұшыраған. Трубкада атмосфералық қысым сақталса, (қысымның әртүрлілігі нөлге
тең), стрелка шкаланың нөлінде тұрады, өйткені трубканың деформациясы
болмайды.
Манометр жалғанған вакуумдық көлемдегі қысымның өзгеруі трубканың
оның ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.