§ 6.4.1. Тепловые преобразователи

Принцип действия тепловых преобразователей основан на зависимости теплопередачи через разреженный газ от давления. Передача теплоты происходит от тонкой металлической нити к баллону, находящемуся при комнатной температуре. Металлическая нить нагревается в вакууме путем пропускания электрического тока.

где i_н — ток, проходящий через нить; R — сопротивление нити; Е_к,Е_Т, Е_и, Е_м— потери теплоты за счет конвекции, теплопроводности газа, излучения нити и теплопроводности материала нити.

Конвективным теплообменом в области среднего и высокого вакуума можно пренебречь, т. е. Е≈0, а потери теплоты излучением

здесь А — поверхность нити; К_п— коэффициент излучения материала нити; Т_к и Т_б — температуры нити и баллона.

Тепловые потери нити за счет передачи теплоты по материалам нити и электродов, соединяющих нить с корпусом преобразователя,

  Ь — коэффициент теплопроводности материала нити; f—сечение нити). Потери теплоты через газовый промежуток  

где, λ=А_р/(р+В) - коэффициент теплопроводности газа [см. (3.27)].

В области низкого вакуума р»В, а коэффициент теплопроводности газа не зависит от давления. Давление р≈В, соответствующее переходу от среднего в низкий вакуум, является верхним пределом измерения теплового манометра. В области высокого вакуума, когда р«В, коэффициент теплопроводности пропорционален давлению и при а=1 из (3.25) следует

Измерительное уравнение теплового преобразователя с учетом уравнений (6.3), (6.4), (6.5) можно записать так:

Для точного измерения давления необходимо, чтобы Е_т составляло значительную долю от Е_и+Е_м, т. е. чтобы сумма Е_и+Е_м была существенно меньше мощности I_н²R, выделяющейся в нити манометра. Поэтому условие I_H²R-( Е_и+Е_м)≥0,01I_H²R определяет нижний предел измерения манометра.

Из уравнения (6.6) видно, что давление является функцией двух переменных: тока накала нити Iн и температуры нити Т_в.