Áp kế Pirani suy độ chân không từ một phần tử được nung bằng cách nào?

Khám phá mở rộng – Vật lý 12

Áp kế Pirani nung một phần tử nhỏ rồi dùng sự trao đổi nhiệt giữa phần tử ấy và khí xung quanh để suy áp suất trong một dải chân không phù hợp. Đây là phép đo gián tiếp: máy không đếm từng phân tử, cũng không chỉ đo lực ép lên một màng.

Khí có thể mang nhiệt ra khỏi phần tử

Phân tử khí tương tác với phần tử nóng và với những bề mặt lạnh hơn, góp phần chuyển năng lượng. Khi khí đủ loãng trong miền thiết kế, lượng nhiệt truyền qua đường khí thay đổi theo áp suất.

Một cấu hình có thể theo dõi nhiệt độ phần tử thông qua điện trở. Cấu hình giữ nhiệt độ gần cố định lại theo dõi điện cấp cần thiết để bù nhiệt mất. Số đo điện được nối với áp suất bằng đặc tính và hiệu chuẩn của hệ.

Vì sao ít khí có thể làm phần tử khó nguội hơn?

Khi số phân tử tham gia vận chuyển nhiệt giảm trong miền nhạy, đường mất nhiệt qua khí yếu đi. Nếu cách cấp điện không đổi, nhiệt độ phần tử có xu hướng thay đổi; nếu giữ nhiệt độ, công suất cần bù thay đổi.

Nhưng ở áp suất rất thấp, dẫn qua chỗ gá và bức xạ vẫn còn. Hai đường ấy có thể che phần thay đổi nhỏ của khí, làm độ nhạy áp suất suy giảm.

Không thể kéo cùng một quy luật tới mọi áp suất

Ở miền khí dày hơn, truyền nhiệt không tiếp tục tăng theo cùng quy luật tỉ lệ với áp suất. Tùy cấu tạo còn có đối lưu và các ảnh hưởng khác. Vì vậy, đầu đo thường có dải hữu ích hoặc được ghép với nguyên lý khác để mở rộng phạm vi.

Các loại khí có khả năng trao đổi nhiệt khác nhau. Một đầu đo hiệu chuẩn cho khí này có thể đọc khác áp suất thật khi chứa khí khác nếu không hiệu chỉnh thích hợp.

Hiểu lầm: Pirani chính là máy đo gió dây nóng đổi tên. Cùng dùng nhiệt điện nhưng đại lượng và miền vật lý khác: một bên quan tâm tốc độ dòng, bên này quan tâm khí loãng và áp suất.

Ghi nhớ: nung, đo đường mất nhiệt, xét loại khí và dải áp suất, rồi mới diễn giải số chân không.

Đọc thêm

Nguồn tham khảo

Leybold – Indirect Pressure Measurement