Способ измерения давления газов и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 663463 А 119) 111 151)5 0 01 1 21/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ мерения давления мах и позволяет и давления с точност образцовых прибор ний 1 - 10 Па, от вак3в котором произво часть рабочего газа стеклянную или ква буждают в ней вы разряд с помощью и го оптически прозра рому пропускают Длина светящегося мерно заполняюще ную трубку 4, яисящей от давле уда рственн ы ио техника, М троника. Под ГУ, 1960, с. 561. ДАВЛЕНИЯ ГАГО ОСУЩЕСТение относитс ет быть исполь к вакуумноиовано для из зав АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕВЛ ЕНИЯ(57) Изобретятехнике, мож газов в вакуумных обьероизводить измерение ью, близкой к точности ов в диапазоне давлеуумированного объема, дят измерение, отводят в оптически прозрачную рцевую трубку 4 и возсокочастотный газовый ндуктора 3, обвивающечную трубку 4, по кото- высокочастотный ток, столба плазмы. равного оптически прозрачвляется величиной, ния газа. 2 ил.1663463 10 15 20 4 л (2+2)3/2 Изобретение относится к вакуумной технике и может быть использовано для из-. мерения низких давлений газов,Целью изобретения является повышение точности измерения в диапазоне давлений от 1 Па до 10 Па,Цель достигается тем, что от вакуумированного объема, в котором производят измерения, отводят часть рабочего газа в стеклянную или кварцевую оптически прозрачную трубку с последующим возбуждением его высокочастотным электромагнитным полем. Для этого в некотором сечении трубки создают переменное магнитное поле с помощью индуктора из металлического проводника, обвивающего оптически прозрачную трубку, по которому пропускают высокочастотный ток. Высокочастотный ток создает переменное магнитное поле, индукция которого на оси равна где РП 1 =-лй- дипольный момент;1 - величина тока;В - радиус индуктора;г - расстояние от индуктора до точки, в которой определяется индукция магнитного поля;р - относительная магнитная проницаемость среды;до - магнитная постоянная;Переменное магнитное поле создает вихревое электрическое поле Е , которое связано с напряженностью магнитного поля Й соотношением- Ф4 лф еЭЕго 1 Н = - 1+С СЪ 1где с - скорость света в вакууме;я - относительная диэлектрическая проницаемость среды.Под действием вихревою электрического поля Е зажигается и поддерживается высокочастотный газовый разряд, распостраняющийся от индуктора вдоль оптически прозрачной трубки на некоторое расстояние , Длина светящегося столба Е, заполняющего оптически прозрачную трубку, и является в предлагаемом способе величиной, зависящей от давления газа. Граница святящегося столбаобусловлена критическим значением величины электрического поля Е, способного при существующей длине свободного пробега электрона А сообщить ему энергию, достаточную1для ионизации газа. Поскольку А 1/Р, то происходит увеличение длины светящегося столбапри уменьшении давления Р и при фиксированной электрической мощности, подводимой к индуктору. По данному способу измеряемой величиной является длина святящегося столба, которая пропорциональна изменению давления в оптически прозрачной трубке, запаянной с одного конца и соединенной другим концом с обьемом, в котором производят измерения, Формирование святящегося столба осуществляется индуктором, находящимся вне обьема этой трубки, и измерение давления в диапазоне от 1 Па до 10 Па осуществляется сзточностью, определяемой калибровочным прибором, Указанные пределы измерения давления газов связаны с тем, что кривая напряженности электрического поля, способного создавать высокочастотный разряд, немонотонно зависит от давления газа. Минимум напряженности электрического поля приходится на диапазон давлений от 1 Па до 10 Па, что связано с характером двизжения электронов, В указанном диапазоне 25 давлений осуществляется переход от диффузионного Зоежима движения электронов ( РПа) к пролетному режиму движения электронов при низких давлениях порядка 1 Па, При давлении Р 10 Па уве личивается частота столкновения электронов с атомами газа, приводящая к уменьшению ионизационной способности электронов, т.е. к уменьшению длины светящегося столба, Увеличить длину светящего ся столба можно увеличениемнапряженности электрического поля, При давлениях Р 1 Па необходимо увеличивать амплитуду поля, что приведет к увеличению вероятности столкновения электрона с ато мами в условиях, когда частота столкновений электронов с атомами меньше частоты поля, Следовательно, оптимальным диапазоном применения способа измерения давления является диапазон давлений от 1 45 Па до 10 Па,П р и м е р. Измерение давления воздухавдиапазонеот 10 до 10 Па, согласноданному способу осуществляют с использованием стеклянной трубки длиной около 100 см и 50 внешним диаметром 10 мм и высокочастотного генератора, собранного на генераторной лампе ГУ - 29. В катушку колебательного контура генератора или индуктор, внутренний диаметр которого 12 мм, помещают стеклян ную трубку, один конец которой запаян, авторой подсоединен к вакуумированному обьему(фиг, 1), Рядом с трубкой помещают линейную шкалу, по которой производятизмерениедлины светящейся части труби. Перед проведением измерений приводят калибровку шкалыпредлагаемого устройства термопарным вакууметром ВИТ - 2, погрешность измерения которого 30, и О-образным масляным манометром, погрешность измерения которого 5 , Потребляемая мощность генератора при калибровке шкалы устройства и при проведении измерений оставалась постоянной и составляла 42 Вт, Калибровочная зависимость длины светящегося столбаот давления Р приведена на фиг. 2 сплошная линия), Длину светя щегося столба Е измеряют от середины индуктора до границы све. тящегося столба. Затем проводят измерения давления, значения которых сопоставляют с данными калибровочных приборов (1 измерение - 0; 2 измерение - 0; 3 измерение - Ь фиг, 2). Перед каждым измерением систему откачки и устройство для измерения давления отключают и в вакуумированный обьем, в котором производят измерения, напускают воздух, Результаты измерений показали хорошее соответствие калибровочной зависимости с данными измерений (фиг, 2).Градуировочная зависимость Р от (фиг. 2) имеет два линейных участка с изломом в области давлений 5-10 Па, который связан с характером взаимодействия электронов с атомами, Увеличение длины светящегося столба при уменьшении давления идет за счет увеличения длины свободного пробега электрона Я, на которой ионизирующий электрон увеличивает прирост энергии, С другой стороны от излома градуировочной зависимости передача энергии электрону от ВЧ-поля становится менее эффективна, так как часть времени на пути А электрон ускоряется, а другую часть времени - тормозится,На фиг, 1 представлена блок-схема устройства для измерения давления газа по данному способу; на фиг, 2 - градуировочная. кривая устройства для измерения давления воздуха,Устройство для измерения давления газов состоит из генератора 1, блока 2 питания, индуктора 3, оптически прозрачнойтрубки 4 и шкалы 5 (фиг, 1),Устройство работает следующим образом.5 С помощью генератора 1, питание которого осуществляется от блока 2, в индукторе3 наводится высокочастотное поле, возбуждающее в оптически прозрачной трубке 4светящийся плазменный столб, длина кото 10 рого измеряется с помощью шкалы 5.Градуировка устройства производитсяпо образцовому вакуумметру,Формула изобретения151, Способ измерения давления газов,включающий возбуждение высокочастотного газового разряда внутри оптически прозрачной трубки, о т л и ч а ю щ и й с я тем,20 что, с целью повышения точности измерения вдиапазонедавлений 1 - 10 Па, возбужздают высокочастотный газовый разряд ввиде цилиндрического плазменного столбапри помощи высокочастотного индуктора,25 измеряют длину плазменного столба, а давление газа определяют по предварительнополученной градуировочной зависимостидлины плазменного столба от давления,2. Устройство для измерения давления30 газов, содержащее высокочастотный электромагнитный генератор и оптически про-.зрачную трубку, подсоединенную квакуумному обьему, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности изме 35 рения в диапазоне давлений 1-10 Па, внего введены высокочастотный индикатор ишкала, градуированная в единицах длины,при этом высокочастотный индуктор выполнен в виде металлической спирали, обвива 40 ющей оптически прозрачную трубку,запаянную с одного конца, другим концом,подсоединенную к вакуумному объему, причем шкала размещена параллельно оптически прозрачной трубке, а индуктор45 соединен с высокочастотным электромагнитным генератором,Ко ор Л,Беск роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 Заказ 2259 ВНИИПИ Гос Тираж 347 Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5