1.8.3. Теплоэлектрический вакуумметр

Следующий тип вакуумметров, широко применяющихся в на­ше время и предназначенных для измерения невысокого вакуума, — теплоэлектрические. Их работа основана на том, что тепловой поток в разряженном газе зависит от концентра­ции молекул. Формула для теплового потока приводилась раньше, и из нее видно, что при малой разности температур горячего и холодного тела тепловой поток прямо пропорцио­нален концентрации молекул и обратно пропорционален корню квадратному из массы молекул. Итак, теплоэлектрическому вакуумметру свойственна селективность: его показания зависят от рода газа — чем тяжелее молекулы газа, тем меньше отво­димый поток тепла. Устроен и работает теплоэлектрический вакуумметр так: по проволоке, помещенной в вакуум, про­пускают электрический ток и измеряют температуру, до которой проволока нагрета. При фиксированном токе накала темпера­тура проволоки зависит от потока отводимого от нее тепла» Отвод тепла происходит путем излучения, кондуктивно (через стойки, на которых закреплена проволока) и, наконец, через газ. Итак, температура проволокизависитотокружающегоее вакуума. Измерять температуру проволоки можно по ее сопротивлению (сопротивление проволоки зависит от ее температуры) или термопарой, приваренной к проволоке (рис. 9).

Само устройство вместе с элек­трической схемой, преобразующей термо-э. д. с. термопары или сопротивление проволоки в показания прибора, непосредственно воспринимаемые челове­ком, называют обычно теплоэлектрическим вакуумметром, а ту его часть, которая помещается в вакуум (проволока, термопа­ра).— датчиком вакуумметра.

Теплоэлектрические вакуумметры позволяют измерять давление от 10 до 10^-1 Па. При больших давлениях тепло­проводность перестает зависеть от давления *). При меньшш давлениях теплопроводность газа оказывается так мала, чт! отвод тепла от проволоки по газу становится немного меньше отвода тепла излучением. В этом случае изменение давления газа и, следовательно, отвод тепла по нему, перестают влиять на температуру проволоки. Этими факторами определяете! диапазон давлений, которые можно измерять вакуумметром.

Кроме перечисленных выше факторов, на показания вакуум­метра влияет доля энергии молекулы, отданная проволоке пр« соударении. Эту величину можно вычислить так. Если атом со скоростью vи массой т₁ налетает на атом, находящийся а поверхности, с массой т₂, то он улетает со скоростью и = t)(»Ji — т₂Ш^т1 + ^тг)- Отношение отданной энергии (mji?² -j— ir»i«²)/2 к исходной miV²/iбудет равно Лт^т^т^ + т₂)² На практике эта формула соб людается не очень строго, в частности, из-за многократных отражений (см. рис. 10). Влиянш массы молекул на долю энер гии, отданной при соударении приводит к тому, что селектив-1 ность получается не совсем та­кая, как должна была бы быть пс формуле для потока тепла в

вакууме. Действительно, как показывает опыт, при равных дав| лениях газов Н₂, Не, N₂, Ne, Аг, Кг показания вакуумметр! относятся как 1,6:1,2:1,0:0,8:0,6:0,5. Видно, что зависимости слабее, чем корень квадратный из массы, входящий в формул] для потока тепла в вакууме.

*) Теплопроводность газа (при длине свободного пробега меньшей, чеч расстояние между горячим и холодным телом) увеличивается с концентра­цией молекул, переносящих энергию и уменьшается с расстоянием, на которс; молекулы его «за раз» переносят, т. е. длиной свободного пробега. Но посколг ку длина свободного пробега обратно пропорциональна концентрации, т» их произведение постоянно. Вклад конвекции в теплопередачу в вакуум­метре мал.