+7 (495) 664 22 07 baza@vacuumpro.ru

Вакуумметры молекулярного торможения (роторные)

Идея измерения давления посредством молекулярного торможения вращающимися устройствами была выдвинута Мейером и Максвеллом в 1865 г. В их устройствах роторы были надеты на проволоку или тонкую нить. Холмс ввел понятие магнитной роторной подвески, что привело к созданию вакуумметра с вращающимся ротором. Бимз и другие открыл использование вращающегося стального шара на магнитной подушке для измерения давления в высоком вакууме. Фремерей описал интересную историческую эволюцию этого вакуумметра.

Роторные вакуумметры, которые чаще называются вакуумметрами молекулярного торможения [ММТ], стали более популярными с момента своего коммерческого внедрения в 1982 г. По своему диапазону измерений ММТ находятся между нижним пределом измерений мембранно-емкостного вакуумметра и верхним пределом ионных вакуумметров с горячим катодом, заполняя, таким образом, важный пробел. Линейная характеристика ММТ лучше, чем у ионного вакуумметра при высоком давлении (10-2 - 10-4 мм рт. ст.), и теоретически более стабильна, чем удругих вакуумметров при более низких значениях давления.

В ММТ скорость изменения угловой скорости свободно вращающегося шара пропорциональна давлению газа и обратно пропорциональна средней молекулярной скорости. Угловая скорость определяется снятием приводной силы и последующим измерением напряжения переменного тока, наводимого в обмотках датчика магнитным моментом шара (рис. 21).

вакуумметр молекулярного торможения роторный вакуумметр

Рис. 21. Вакуумметр молекулярного торможения (роторный вакуумметр).

Вкратце можно сказать, что маленький ротор (стальной шариковый подшипник), имеющий диаметр приблизительно 4,5 мм, поднимается на магнитной подушке и посредством индукции раскручивается до частоты приблизительно 400 Гц. Шар, заключенный в наперстковую ионизационную камеру, подсоединенную к вакуумной системе, получает возможность двигаться по инерции после выключения индуктивного привода. Затем время вращения шара измеряется посредством синхронизирующего сигнала, наводимого в наборе обмоток датчика компонентом вращения магнитного момента шара. Молекулы газа оказывают тормозящее воздействие на шар, замедляя его со скоростью, заданной давлением \(p\), его молекулярной массой \(m\), температурой \(T\) и коэффициентом передачи импульса \( \sigma \) между газом и шаром. Также имеет место зависящее от давления остаточное торможение (ОТ), создаваемое потерями вихревого тока в шаре и окружающей конструкции. Существуют также температурные воздействия, вызывающие изменение диаметра шара и момента инерции.

В области молекулярного потока давление может определяться из следующего уравнения

$$P=\frac{ \pi \rho \overline {ac} }{10 \sigma a_{eff}}(\frac{-\omega '}{\omega}-RD-2 \alpha T'),$$

где \( \rho \) - плотность материала ротора; \(a\) - радиус ротора; \( \frac{\omega '}{\omega} \) - относительная скорость замедления ротора; \( \overline {c} \) - средняя скорость молекул газа; \( \alpha \) — линейный коэффициент расширения шара; \( T' \) - скорость изменения температуры шара.

Все выражения в правой части уравнения можно легко определить, кроме коэффициента аккомодации \( \sigma \), который зависит от вида поверхности шара и молекулярного сцепления между газом и поверхностью шара. Коэффициент аккомодации \( \sigma \) должен определяться посредством калибровки ММТ по известному стандарту давления или, если повторяемость имеет большее значение, чем точность, путем принятия значения 1 для \( \sigma \). Диттман и другие выполняли повторные измерения о на многих шарах в течение нескольких лет. Полученные значения колебались в диапазоне от 0,97 до 1,06 в случае 68 визуально гладких шаров. Принятие значения 1 для \( \sigma \) не вводит большую погрешность и, согласно Фремерею, позволяет рассматривать ММТ в качестве первичного стандарта. Контроллер содержит электронное устройство для питания и регулирования подвески и привода, обнаружения и усиления сигнала от обмоток датчика и последующего измерения времени вращения шара. Он также содержит процессор данных, который хранит данные калибровки и рассчитывает давление.

Маккуллох и другие изучили стабильность нулевых показаний ММТ и сделали вывод, что самым значительным фактором, способствующим нестабильности, является изменение температуры ротора. Изменения коэффициента аккомодации были изучены Фремереем, а также Космой и другими, и хотя значение не изменяется более чем на несколько процентов, трудно прогнозировать, как будет реагировать конкретный шар на различные виды газа. Невзирая на эти трудности, Диттман и другие отмечают, что краткосрочная стабильность ММТ гораздо меньше 1%, а долгосрочная стабильность составляет порядка нескольких процентов. Хотя эти результаты были получены в почти идеальных лабораторных условиях, аккуратные пользователи смогут воспроизвести эти результаты. ММТ, возможно, является наилучшим имеющимся эталоном сравнения для диапазона давления от 10-2 до 10-7 мм рт. ст. (1 - 10-5 Па), но поскольку он предназначен для лабораторного использования в контролируемых, относительно свободных от вибрации средах, его применение в промышленности крайне ограничено. ММТ - дорогой прибор. Как правило, требуется несколько минут для достижения точных результатов при преимущественно статических условиях, поэтому его используют для исследований и в лабораториях стандартизации.

Группа РОСВАКУУМ

Адрес: 107023 Россия, г. Москва, Электрозаводская улица, 21

Часы работы офиса: с 9:00 до 18:00 по Москве.

 

Телефон: +7 (495) 664-22-07

E-mail: baza@vacuumpro.ru

 

Чтобы заказать бесплатный подбор оборудования, отправить заявку, запрос или получить консультацию инженеров - свяжитесь с нами по телефону или E-mail.

В базе 310 производителей и поставщиков вакуумного оборудования и техники (РФ, СНГ и зарубежные компании). Цены, наличие на складах и технические характеристики оборудования и техники уточняйте только по электронной почте E-mail.