Чему равен вакуум. Датчики для измерения вакуума. Вакуум и давление

Пропадает на месяцы

Легендарный ученый, некогда потрясший свет своим отказом от премии в миллион долларов за доказательство гипотезы Пуанкаре , по сей день приковывает к себе внимание. Этого мужчину с длинными волосами и нестриженными ногтями называют человеком мира. Он вошел в список ста самых знаменитых людей планеты. За человеком-загадкой, избравшим образ жизни аскета в крохотной квартирке питерской хрущевки, многие годы охотились репортеры. Но лишь пару раз удалось заснять затворника идущим в магазин с авоськой. Нелюдимый гений принципиально не хотел давать интервью.

А последние пару лет о нем вообще ничего не было слышно. Соседи уверяли: периодически Перельман куда -то пропадает. Его не видят целыми неделями и даже месяцами. И вот стала известна неожиданная новость.

«Не на что жить»

Четыре года назад я писала о жизни Перельмана и познакомилась с математиком, с которым Григорий Яковлевич иногда общается на научные темы. Этот человек взял слово, что мы не укажем его имени, и сообщил сенсацию.

Никто об этом еще не знает, но Григорий Яковлевич недавно уехал в Швецию , - заявил он. - Перельману банально не на что жить. Он существовал на пенсию мамы. Многие годы после доказанной гипотезы Пуанкаре он нигде не работал. Заявил, что покончил с наукой, но страшно по ней скучал. Питерский вуз звал его преподавать, предложив зарплату в 17 тысяч рублей. Перельмана не устроили ни деньги, ни условия работы. Отказался. Но втайне надеялся, что его материальное положение со временем выправится. Он полагает, что математика - «дело одинокое» и рассматривать науку как товар нельзя…

И вот пару месяцев назад одна шведская частная фирма, занимающаяся научными разработками, сделала ему предложение, от которого он не смог отказаться. У него появилась возможность заниматься любимым делом, при этом получая достойную зарплату.

Занимается любимым делом

Неужели это правда? Обращаюсь к израильскому телепродюсеру Александру Забровскому. Именно он горел желанием снять художественный фильм про Перельмана и несколько лет уговаривал математика дать на это согласие .

Да, Перельман трудится в Швеции, это правда, - подтвердил в неформальной беседе Забровский. - Более того, именно с моей помощью Григорию Яковлевичу удалось решить финансовые проблемы и найти работу по душе.

- И как вы ему помогли?

Я долго бился над тем, чтобы установить с Перельманом более-менее доброжелательные отношения. И знал, в каких ужасных условиях он живет. По работе я регулярно общаюсь с одной шведской фирмой. И как-то рассказал шведам о российском гении. Те неожиданно заинтересовались. Подняли свои связи и сообщили, что одна частная шведская фирма, которая занимается научными разработками, готова принять Перельмана на работу. Я передал их предложение Григорию Яковлевичу. И он, подумав, дал согласие. Ему выделили приличный ежемесячный оклад, дали жилье в одном из небольших городков Швеции. Сейчас занимается любимым делом и материальных проблем больше не испытывает. Мама поехала с ним. Там же и сводная сестра Григория Яковлевича. Наука не знает географических и национальных преград. Главное, чтобы его ум приносил пользу обществу и ему самому было хорошо и комфортно.

Работа связана с нанотехнологиями

Из неофициальных источников нам стало известно: господин Перельман получил загранпаспорт и визу сроком на 10 лет и выезжал в Швецию по приглашению. В документах указана причина поездки - «научная деятельность». А впервые он выезжал в Швецию еще в 2013 году. При этом математик остается гражданином России .

Как удалось выяснить «Комсомолке», рабочий график у Перельмана свободный - никаких ограничений в передвижении и требований каждый день обязательно появляться «в офисе». Географически он может быть в любом месте: и в Швеции, и в России. Работа связана с нанотехнологиями. Связь со своими работодателями Григорий Яковлевич держит по телефону - общаются на английском, который Перельман знает прекрасно.

Что же, быть может, мир еще услышит о новых достижениях знаменитого математика.

ДОСЛОВНО

Первая учительница: Уезжал на все лето

«Комсомолка» позвонила первой учительнице и бывшему классному руководителю Перельмана Валентине Бердовой .

- Валентина Васильевна, где сейчас ваш бывший ученик?

Это трудный вопрос. Знаю, что Гриша, то есть Григорий Яковлевич, все прошлое лето провел в Швеции с мамой. Что он там делал, неизвестно. Сейчас я почти не общаюсь с Григорием. Но слышала, что недавно умер его папа, который жил в Израиле .

КСТАТИ

Сейчас он в России

Во вторник наши коллеги из «КП » в Санкт-Петербурге сходили по адресу, где живет Перельман. И недалеко от дома увидели математика собственными глазами. Выглядит Григорий Яковлевич теперь гораздо опрятнее, но по-прежнему не намерен общаться со СМИ. Завидев журналиста, он прибавил шагу и скрылся в подъезде.

В магазине «Пятерочка», что рядом с домом, продавцы сообщили, что ученый регулярно захаживает к ним, покупает фрукты, молоко, булочки, иногда - газеты.

x HTML-код

Григорий Перельман убежал от журналистов. Нелюдимый гений по-прежнему не желает ни с кем общаться

«Задача тысячелетия », решенная российским математическим гением, имеет отношение к происхождению Вселенной. Понять суть загадки дано не каждому математику…

ИГРА РАЗУМА

Еще недавно математика не сулила ни славы, ни богатства своим «жрецам». Им даже Нобелевскую премию не давали. Нет такой номинации. Ведь, по весьма популярной легенде, жена Нобеля однажды изменила ему с математиком. И в отместку богач лишил всю их крючкотворную братию своего уважения и призовых денег.

Ситуация изменилась в 2000 году. Частный математический Институт Клэя (Clay Mathematics Institute) выбрал семь наиболее трудных задач и пообещал за решение каждой платить по миллиону долларов.

На математиков посмотрели с уважением. В 2001 году на экраны даже вышел фильм «Игры разума», главным героем которого стал математик.

Ныне только далекие от цивилизации люди не в курсе: один из обещанных миллионов - самый первый - уже присужден. Приза удостоен российский гражданин, житель Санкт-Петербурга Григорий Перельман. Он доказал гипотезу Пуанкаре - головоломку, которая не поддавалась никому более 100 лет и которая его стараниями стала теоремой.

Наш милый 44-летний бородач утер нос всему миру. И теперь продолжает держать его - мир - в напряжении. Поскольку неизвестно, возьмет ли математик честно заслуженный миллион долларов или откажется. Прогрессивная общественность во многих странах натурально волнуется. По крайней мере газеты всех континентов ведут хронику финансово-математической интриги.

И на фоне этих увлекательных занятий - гаданий и дележа чужих денег - как-то потерялся смысл достижения Перельмана. Президент Института Клэя Джим Карлсон, конечно, заявлял в свое время, мол, цель призового фонда - не столько поиск ответов, сколько попытка повысить престиж математической науки и заинтересовать ею молодых людей. Но все-таки в чем суть?

Гриша в молодости - уже тогда он был гением.

ГИПОТЕЗА ПУАНКАРЕ - ЭТО ЧТО?

Загадка, разгаданная российским гением, затрагивает основы раздела математики, именуемого топологией. Ее - топологию - часто называют «геометрией на резиновом листе». Она имеет дело со свойствами геометрических форм, которые сохраняются, если форма растягивается, скручивается, изгибается. Иными словами, деформируется без разрывов, разрезов и склеек.

Топология важна для математической физики, поскольку позволяет понять свойства пространства. Или оценить его, не имея возможности взглянуть на форму этого пространства со стороны. Например, на нашу Вселенную.

Объясняя про гипотезу Пуанкаре, начинают так: представьте себе двухмерную сферу - возьмите резиновый диск и натяните его на шар. Так, чтобы окружность диска оказалась собранной в одной точке. Аналогичным образом, к примеру, можно стянуть шнуром спортивный рюкзак. В итоге получится сфера: для нас - трехмерная, но с точки зрения математики - всего лишь двухмерная.

Затем предлагают натянуть тот же диск на бублик. Вроде бы получится. Но края диска сойдутся в окружность, которую уже не стянуть в точку - она разрежет бублик.

Как написал в своей популярной книге другой российский математик, Владимир Успенский, «в отличие от двухмерных сфер трехмерные сферы недоступны нашему непосредственному наблюдению, и нам представить себе их так же трудно, как Василию Ивановичу из известного анекдота квадратный трехчлен».

Так вот, согласно гипотезе Пуанкаре, трехмерная сфера - это единственная трехмерная штуковина, поверхность которой может быть стянута в одну точку неким гипотетическим «гипершнуром».

Григорий Перельман: - Подумаешь, бином Ньютона...

Жюль Анри Пуанкаре предположил такое в 1904 году. Теперь Перельман убедил всех понимающих, что французский тополог был прав. И превратил его гипотезу в теорему.

Доказательство помогает понять, какая форма у нашей Вселенной. И позволяет весьма обоснованно предположить, что она и есть та самая трехмерная сфера.

Но если Вселенная - единственная «фигура», которую можно стянуть в точку, то, наверное, можно и растянуть из точки. Что служит косвенным подтверждением теории Большого взрыва, которая утверждает: как раз из точки Вселенная и произошла.

Получается, что Перельман вместе с Пуанкаре огорчили так называемых креационистов - сторонников божественного начала мироздания. И пролили воду на мельницу физиков-материалистов.

Гениальный математик из Санкт-Петербурга Григорий Перельман, прославившийся на весь мир доказательством гипотезы Пуанкаре, наконец, объяснил свой отказ от присужденной за это премии в миллион долларов. Как утверждает "Комсомольская правда", ученый-затворник раскрылся в беседе с журналистом и продюсером кинокомпании "Президент-фильм", которая с согласия Перельмана будет снимать о нем художественную ленту "Формула Вселенной".

Пообщаться с великим математиком посчастливилось Александру Забровскому — он несколько лет назад уехал из Москвы в Израиль и догадался связаться сначала с мамой Григория Яковлевича через еврейскую общину Петербурга, оказав ей помощь. Она поговорила с сыном, и после ее хорошей характеристики тот согласился на встречу. Это поистине можно назвать достижением — журналистам не удавалось "поймать" ученого, хотя они сутками просиживали у его подъезда.

Как рассказал газете Забровский, Перельман произвел впечатление "абсолютно вменяемого, здорового, адекватного и нормального человека": "Реалистичный, прагматичный и здравомыслящий, но не лишенный сентиментальности и азарта… Все, что ему приписали в прессе, будто он "не в себе", — полная чушь! Он твердо знает, чего хочет, и знает, как добиться цели".

Фильм, ради которого математик пошел на контакт и согласился помогать, будет не о нем самом, а о сотрудничестве и противоборстве трех основных мировых математических школ: российской, китайской и американской, наиболее продвинувшихся по стезе изучения и управления Вселенной.

На вопрос, почему Перельман отказался от миллиона, он ответил:

"Я знаю, как управлять Вселенной. И скажите — зачем же мне бежать за миллионом?"

Ученого обижает, как его называют в российской прессе

Перельман объяснил, что не общается с журналистами, потому что тех занимает не наука, а вопросы личного и бытового характера — начиная с причин отказа от миллиона и заканчивая вопросом о стрижке волос и ногтей.

Конкретно с российскими СМИ он не хочет контактировать еще и из-за неуважительного к нему отношения. Например, в прессе его называют Гришей, и такая фамильярность обижает.

Григорий Перельман рассказал, что еще со школьных лет привык что называется "тренировать мозг". Вспоминая, как, будучи "делегатом" от СССР получил золотую медаль на математической олимпиаде в Будапеште, он сказал: "Мы пытались решать задачи, где непременным условием было умение абстрактно мыслить.

В этом отвлечении от математической логики и был главный смысл ежедневных тренировок. Чтобы найти правильное решение, необходимо было представить себе "кусочек мира".

В качестве примера такой "труднорешаемой" задачи он привел такую: "Помните библейскую легенду о том, как Иисус Христос ходил по воде, аки посуху. Так вот мне нужно было рассчитать, с какой скоростью он должен был двигаться по водам, чтобы не провалиться".

С тех пор всю свою деятельность Перельман посвятил исследованию проблемы изучения свойств трехмерного пространства Вселенной: "Это очень интересно. Я пытаюсь объять необъятное. Только ведь любое необъятное тоже объятно", — рассуждает он.

Диссертацию ученый писал под руководством академика Александрова. "Тема была несложной: "Седловидные поверхности в евклидовой геометрии". Можете представить себе в бесконечности равновеликие и неравномерно удаленные друг от друга поверхности? Нам нужно измерить "впадины" между ними", — пояснил математик.

Что значит открытие Перельмана, пугающее спецслужбы мира

"Формулой Вселенной" утверждение Пуанкаре называют из-за его важности в изучении сложных физических процессов в теории мироздания и из-за того, что оно дает ответ на вопрос о форме Вселенной. Сыграет это доказательство большую роль в развитии нанотехнологий".

"Я научился вычислять пустоты, вместе с моими коллегами мы познаем механизмы заполнения социальных и экономических "пустот", — сказал он. — Пустоты есть везде. Их можно вычислять, и это дает большие возможности…

Как пишет издание, масштаб того, что открыл Григорий Яковлевич, фактически шагающий впереди сегодняшней мировой науки, сделало его объектом постоянного интереса спецслужб, не только российских, но и зарубежных.

Он постиг некие сверхзнания, помогающие понять мироздание. И тут возникают вопросы такого рода: "А что будет, если его знания найдут практическое воплощение?"

По сути, спецслужбам нужно знать — представляет ли собой Перельман, а точнее, его знания, угрозу для человечества? Ведь если с помощью его знаний можно свернуть Вселенную в точку, а потом ее развернуть, то мы можем погибнуть либо возродиться в ином качестве? И тогда мы ли это будем? И нужно ли нам вообще управлять Вселенной?

А В ЭТО ВРЕМЯ

Мама гения: «Не задавайте нам вопросов о деньгах!»

Когда стало известно, что математику присудили «Премию тысячелетия», перед его дверью собралась толпа журналистов. Все хотели лично поздравить Перельмана и узнать, возьмет ли он свой законный миллион.

Мы долго стучали в хлипкую дверь (вот бы на премиальные деньги заменить ее), однако математик не открыл. Зато его мать вполне доходчиво расставила все точки над «i» прямо из прихожей.

Не хотим ни с кем разговаривать и не собираемся давать никаких интервью, - прокричала Любовь Лейбовна. - И не задавайте нам вопросов об этой премии и деньгах.

Люди, живущие в этом же подъезде, очень удивлялись, увидев внезапный интерес к Перельману.

Неужели наш Гриша женился? - усмехнулся один из соседей. - Ах, премию получил. Опять. Не, не возьмет он ее. Ему вообще ничего не нужно, живет на копейки, но счастлив по-своему.

Говорят, накануне математик был замечен с полными пакетами продуктов из магазина. Готовился «держать осаду» вместе с мамой. В прошлый раз, когда в прессе началась шумиха по поводу премии, Перельман не выходил из квартиры три недели.

КСТАТИ

За что еще дадут миллион долларов…

В 1998 году на средства миллиардера Лэндона Клея (Landon T. Clay) в Кембридже (США) был основан Математический институт его имени (Clay Mathematics Institute) для популяризации математики. 24 мая 2000 года эксперты института выбрали семь самых, по их мнению, головоломных проблем. И назначили по миллиону долларов за каждую.

1. Проблема Кука

Нужно определить: может ли проверка правильности решения какой-либо задачи быть более длительной, чем получение самого решения. Эта логическая задача важна для специалистов по криптографии - шифрованию данных.

2. Гипотеза Римана

Существуют так называемые простые числа, например, 2, 3, 5, 7 и т. д., которые делятся только сами на себя. Сколько их всего, не известно. Риман полагал, что это можно определить и найти закономерность их распределения. Кто найдет - тоже окажет услугу криптографии.

3. Гипотеза Берча и Свиннертон-Дайера

Проблема связана с решением уравнений с тремя неизвестными, возведенными в степени. Нужно придумать, как их решать, независимо от сложности.

4. Гипотеза Ходжа

В ХХ веке математики открыли метод исследования формы сложных объектов. Идея в том, чтобы использовать вместо самого объекта простые «кирпичики», которые склеиваются между собой и образуют его подобие. Нужно доказать, что такое допустимо всегда.

5. Уравнения Навье - Стокса

О них стоит вспомнить в самолете. Уравнения описывают воздушные потоки, которые удерживают его в воздухе. Сейчас уравнения решают приблизительно, по приблизительным формулам. Нужно найти точные и доказать, что в трехмерном пространстве существует решение уравнений, которое всегда верно.

6. Уравнения Янга - Миллса

В мире физики есть гипотеза: если элементарная частица обладает массой, то существует и ее нижний предел. Но какой - не понятно. Нужно до него добраться. Это, пожалуй, самая сложная задачка. Для ее решения необходимо создать «теорию всего» - уравнения, объединяющие все силы и взаимодействия в природе. Тот, кто сумеет, наверняка получит и Нобелевскую премию.

11 ноября 2002 года на одном из крупных порталов научных публикацией в интернете появилась статья петербургского математика Григория Перельмана , в которой он приводил доказательства гипотезы Пуанкаре. Таким образом, гипотеза стала первой решенной задачей тысячелетия - так называют математические вопросы, ответы на которые не могут найти уже много лет. Восемь лет спустя Математический институт Клэя присудил ученому за это достижение премию в размере одного миллиона долларов США, но Перельман отказался от нее, заявив, что не нуждается в деньгах и, кроме того, не согласен с официальным математическим сообществом. Отказ небогатого математика от крупной суммы вызвал удивление во всех слоях общества. За это и за свой затворнический образ жизни Перельмана называют самым странным российский ученым. сайт узнал, как сегодня живет и чем занимается Григорий Перельман.

Математик №1

Сейчас Григорию Перельману 51 год. Ученый ведет замкнутый образ жизни: он практически не выходит из дома, не дает интервью и нигде официально не трудоустроен. У математика никогда не было близких друзей, но люди, которые знакомы с Перельманом, утверждают: он был таким не всегда.

«Я помню Гришу еще подростком, - рассказывает сосед Перельмана по дому, Сергей Краснов . - Хотя мы живем на разных этажах, видимся иногда. Раньше могли побеседовать с его мамой, Любовью Лейбовной, но теперь я ее редко встречаю. Они с Григорием периодически выходят прогуляться, а так постоянно дома. Когда увидимся - кивнут быстро и идут дальше. Ни с кем не общаются. А в школьные годы Гриша ничем не отличался от других мальчишек. Конечно, он уже тогда активно интересовался наукой и много сидел за книгами, но и на другие дела время находил. Учился музыке, гулял с друзьями, спортом занимался. А потом принес все свои интересы в жертву математике. Стоило ли оно того? Не знаю».

Григорий всегда занимал первые мест на олимпиадах по математике, но однажды победа ускользнула от него: в восьмом классе на Всесоюзной олимпиаде Перельман стал только вторым. С тех пор он отказался от всех своих хобби и отдыха, с головой погрузившись в книги, справочники и энциклопедии. Вскоре он наверстал упущенное и стал молодым математиком №1 в стране.

Затворничество

Краснов заявляет: никто из жильцов их дома не сомневался, что Перельман станет великим ученым. «Когда мы узнали, что Гриша доказал гипотезу Пуанкаре, чего не мог сделать ни один человек в мире, мы даже не удивились, - признается пенсионер. - Конечно, очень обрадовались за него, решили: наконец-то Григорий пробьется в люди, сделает головокружительную карьеру! Молодец, ведь он это заслужил! Но он выбрал для себя другой путь».

Перельман отказался от денежной премии в размере миллиона долларов, обосновав свое решение несогласием с официальном математическим сообществом, при этом добавив, что в деньгах не нуждается.

После того, как имя Перельмана прогремело на весь мир, математика пригласили в США. В Америке ученый выступал с докладами, обменивался опытом с зарубежными коллегами и объяснял свои методы решения математических задач. Публичность быстро наскучила ему. Вернувшись в Россию, Перельман добровольно покинул пост ведущего научного сотрудника лаборатории математической физики, уволился из петербургского отделения Математического института имени Стеклова РАН и свел свое общение с коллегами к нулю. Несколько лет спустя Перельмана хотели сделать членом Российской академии наук, но тот отказался. Прекратив практически все контакты с внешним миром, ученый заперся в своей квартире в Купчино, на окраине Петербурга, где живет вместе с мамой.

«Гришу замучили вниманием»

Сейчас математик очень редко выходит из дома и целые дни проводит за решением новых задач. «Гриша с мамой живут на одну пенсию Любови Лейбовны, - рассказывает Краснов. - Мы, жильцы дома, ни в коем случае не осуждаем Гришу - мол, мужчина в расцвете сил, а денег в семью не приносит, старой матери не помогает. Такого нет. Он - гений, а гениев осуждать нельзя. Как-то раз даже хотели скинуться всем домом, материально помочь им. Но они отказались - сказали, что им хватает. Любовь Лейбовна всегда говорила, что Гриша неприхотлив: куртки или ботинки носит десятилетиями, а на обед ему достаточно макарон с сыром. Ну, не надо, так не надо».

По мнению соседей, любой человек на месте Перельмана стал бы нелюдимым и закрытым: хотя математик уже давно не дает поводов для обсуждения, его персону до сих пор не могут оставить без внимания. «Некоторые журналисты сутки напролет дежурят под дверью Перельмана, - возмущается Сергей Петрович. - Один раз дождались, когда Гриша с мамой выходили из квартиры на прогулку. Здоровенный оператор буквально смел Любовь Лейбовну, чтобы снять обстановку в их квартире - у них не очень убрано, и на этим решили сакцентировать внимание. А молодая корреспондент набросилась на самого Перельмана с вопросами. Они после этого долго никуда не выходили. Тут у всякого стресс будет! Гришу замучили вниманием!».

Жильцы дома уверены, что Перельман еще заявит о себе, сделав новое открытие в области математики. «Его труды даром не пропадут, - считает Краснов. - Просто нужно не трогать его и дать спокойно жить».

Давления, измеренные на шкале, которая использует нулевое значение в качестве опорной точки, называются абсолютными давлениями. Атмосферное давление на поверхности Земли изменяется, но составляет приблизительно 10 5 Па (1000 мбар). Это абсолютное давление, потому что оно выражается в отношении нулевого.

Датчик предназначенный для измерения давления, выраженного в отношении атмосферного давления, и, таким образом, показывающий ноль, когда его измерительный порт содержит молекулы при атмосферном давлении. Измерения проводимые таким датчиком известны как измерение давления в относительном режиме. Таким образом, разница между значением абсолютного давления и значением избыточного является переменным значением атмосферного:

Абсолютное = избыточное + атмосферное.

Чтобы избежать серьезных ошибок, важно знать какой режим измерения вакуума используется: абсолютный или относительный. Обратите внимание, что эталонная линия для измерений калибровочной моды не является прямой, что иллюстрирует изменчивость атмосферного давления.

Единицы измерения вакуума и давления

Исторические единицы

К сожалению, в измерениях вакуума и давления существует множество единиц, что создает значительные проблемы как для новичков, так и для опытных специалистов. К счастью, жизнь становится легче, так как устаревшие и плохо определенные единицы исчезают в пользу единицы измерения СИ.

Многие старые единицы имеют очевидное практическое и историческое происхождение; Например, дюйм воды был единицей, используемой, когда давление измерялось водяным столбом, верхняя поверхность которого была видна на дюймовой шкале. Первоначально точность измерений вакуума, требуемая для таких систем, соответствовала довольно грубым методам измерения вакуума, и никто не беспокоился, была ли вода горячей или холодной. По мере роста технологических потребностей возникла потребность в более последовательных измерениях. Математические модели измерительных приборов были значительно усовершенствованы. Например, в одной традиционной схеме измерения вакуума ртутного барометра было принято для дифференциальных разложений между ртутью в колонне, стеклом, из которого изготовлена колонна, латунью, из которой изготовлена шкала, и стальным резервуаром. Однако даже с уточненными определениями и связанной с ними математикой многие традиционные единицы не могут использоваться в рамках современных технологий.

Единица измерения СИ

Единица измерения СИ - это паскаль, сокращенно обозначаемый Па, имя дано давлению одного ньютона на квадратный метр (Н/м 2). В то время как легко визуализировать один квадратный метр, один ньютон сложнее, но он примерно равен нисходящей силе, действующей на руку, когда держит маленькое яблоко (если держатель стоит на поверхности земли!) Что касается повседневной жизни, один паскаль представляет собой очень небольшую величину, при этом атмосферное составляет примерно 100 000 Па. На дне кастрюли, наполненной водой, давление из-за глубины воды будет примерно на 1000 Па больше, чем на поверхности воды. Чтобы избежать использования громоздких чисел, кратным 103 и 0,001 назначаются префиксы, так что, например, 100 000 Па (105 Па) могут быть записаны как 100 кПа или 0,1 МПа.

Единицы измерения вакуума и конвертация

Взаимоотношения между паскалем и некоторыми другими единицами показаны в таблице, но обратите внимание, что не все могут быть или могут быть точно выражены. Надстрочные римские цифры в таблице относятся к примечаниям, которые следуют за ней.

Методы измерения вакуума

Общие положения

В приборах для измерения вакуума используется ряд совершенно разных принципов. Некоторые из них имеют фундаментальный характер, например, измерение высоты столба жидкости с известной плотностью. Одним из таких примеров является ртутный барометр, в котором атмосферное давление может быть уравновешено столбом ртути. Расширение этой идеи для использования при высоких давлениях - использование металлических гирь, действующих над известной площадью, чтобы обеспечить силу, а не вес жидкости.

Часто вакуум может быть определено путем измерения механической деформации чувствительного элемента, который подвергается упругой деформации, когда изменяется разность давлений на его поверхностях. Механический прогиб может быть реализован и воспринят несколькими способами. Одним из наиболее распространенных типов движущихся механических элементов является эластичная диафрагма. Другим примером является труба Бурдона, где внутреннее давление вынуждает выпрямляться изогнутую трубку.

Такая механическая деформация может быть обнаружена несколькими способами: серией механических рычагов для непосредственного отображения деформации, измерения сопротивления в тензодатчике, измерения емкости, изменения частоты резонирующего элемента при растяжении или сжатии и т. д.

Когда вакуума глубокий и поэтому механическое отклонение слишком мало для измерения вакуума, используются косвенные средства, которые измеряют физические свойства, такие как теплопроводность, ионизация или вязкость, которые зависят от плотности числа молекул.

Столб жидкости

Один из самых ранних методов измерения вакуума, и все еще один из самых точных сегодня, состоит в том, что столб жидкости способен вытеснять жидкость из трубы.

Манометр, показанный на рисунке, представляет собой, по существу, заполненную жидкостью U-образную трубку, где вертикальное разделение поверхностей жидкости дает измерение разности давлений. На уровне нулевой точки d; давление L, обеспечивается жидкостью над ней, плюс давление p 2 в верхней части трубки. В равновесии колонка поддерживается восходящим давлением p 1 , которое передается через жидкость из другой конечности.

Давление p 1 на нижней поверхности жидкости определяется как:

Где h - вертикальная высота столбца жидкости выше уровня нулевой точки,P Плотность жидкости, g - локальное значение ускорения силы тяжести. Если верхняя труба соединена с атмосферой (р2 = атмосферное давление), то р1 является калибровочным давлением; Если верхняя труба вакуумирована (т. Е. Р2 = ноль), то р1 является абсолютным давлением и прибор становится барометром.

Ртуть, вода и масло используются в различных конструкциях манометра, хотя для барометрических целей всегда используется ртуть; Его плотность более чем в 13 раз превышает плотность воды или масла, и поэтому требуется гораздо более короткая колонна. Около 0,75 м при измерении атмосферного давления. Плотность ртути также значительно более стабильна, чем плотность других жидкостей.

Измерение вакуума путём деформации упругого элемента.

Когда давление приложено к деформирующему элементу, он будет двигаться. Для создания датчика давления перемещение должно быть достаточно маленьким, чтобы оставаться в пределе упругости материала, но достаточно большим, чтобы быть обнаруженным с достаточным разрешением. Поэтому при более низком давлении используются тонкие гибкие компоненты, а при более высоких давлениях - более жесткие. Существует несколько методов, используемых для определения степени отклонения. Они варьируются от механического усиления, производя видимое отклонение указателя до электронных методов обнаружения.

Перечисленные ниже инструменты включают не все типы, а те, которые обычно широко используются в промышленности.

Диафрагмы

Мембрана, прикрепленная к жесткому основанию, будет подвергаться воздействию силы, если между каждой стороной существует разница в давлении. Диафрагмы проще производить круглыми, но возможны и другие формы. Разность вызовет отклонение диафрагмы с максимальным отклонением в центре, и это отклонение можно измерить с помощью различных механических и электронных датчиков. Поскольку центр отклоняется, поверхность диафрагмы также напряжена и может показать, с одной стороны, сжимающие напряжения вокруг внешней кромки и растягивающие напряжения вокруг центральной части диафрагмы. Эта конфигурация напряжений может быть обнаружена с помощью тензодатчиков, и из этой информации можно рассчитать вакуум.

Капсулы. По существу капсулы изготавливаются из пары диафрагм, соединенных по их внешним краям. У одного будет центральная арматура, через которую поступает давление, а перемещение центра другой диафрагмы относительно первого определяется датчиком некоторого типа. Ясно, что действие двух диафрагм, действующих последовательно, должно удвоить отклонение.

Сильфоны. Не существует четкого различия между сильфоном и капсулами, но сильфоны обычно имеют несколько секций, последовательно уложенных друг в друга, и, как правило, гофры малы по сравнению с диаметром. Сильфоны могут быть свернуты из трубы, образованы под давлением или образованы из сварных элементов.

Трубка Бурдона

Существуют различные конструкции, но типичной формой является закрытая труба с овальным поперечным сечением, изогнутая вдоль ее длины. Когда трубка находится под давлением, на стремится выпрямиться, и датчик обнаруживает это движение. Они могут быть сконструированы для работы в широком диапазоне, а также в манометрическом, абсолютном и дифференциальном режимах. Доступны простые «C» - образные, спиральные и спиральные типы. Электронное обнаружение движения конца обычно используется с кварцевыми спиральными устройствами.

Измерения вакуума путём измерения теплопроводности

Для измерения вакуума можно использовать передачу энергии от горячей проволоки через газ. Тепло переносится в газе путем молекулярных столкновений с проволокой, т.е. теплопроводностью, а скорость передачи тепла зависит от теплопроводности газа. Таким образом, точность этих приборов имеет сильную зависимость от состава газа. В области глубокого вакуума, где имеется молекулярный поток (число Кнудсена больше 3, где число Кнудсена = длина свободного пробега / характерный размер системы), теплопередача пропорциональна вакууму. Когда число молекул увеличивается, газ становится более плотным, и молекулы начинают сталкиваться друг с другом чаще. В этой так называемой переходной области потока (или потока скольжения, 0,01 <число Кнудсена <3) простая пропорция теплоотдачи к давлению не действительна. При еще более высоких давлениях (число Кнудсена <0,01) теплопроводность практически не зависит от него. Здесь конвекционное охлаждение горячих поверхностей обычно является основным источником теплообмена.

Вакуумметры Пирани

Тепловые потери от провода (обычно от 5 до 20 мкм) могут быть определены косвенно с помощью мостовой схемы Уитстона, которая нагревает провод и измеряет его сопротивление и, следовательно, его температуру. Существует два основных типа нагреваемых элементов. Традиционная и гораздо более распространенная конфигурация состоит из тонкой металлической проволоки, подвешенной в измерительной головке. Другая конфигурация - микрообработанная структура, обычно изготовленная из кремния, покрытого тонкой металлической пленкой, такой как платина. В обычной конфигурации тонкая металлическая проволока подвешена, по меньшей мере, с одной стороны, электрически изолированной в измерительной головке и находящейся в контакте с газом. Вольфрам, никель, иридий или платина могут быть использованы для проволоки. Провод электрически нагревается, и теплопередача измеряется электронным способом. Существует три общих метода работы: метод постоянной температуры, мост с постоянным напряжением и мост с постоянным током. Все эти методы косвенно измеряют температуру провода по его сопротивлению. Основным недостатком использования датчиков Пирани является их сильная зависимость от состава газа и их ограниченная точность. Воспроизводимость датчиков Пирани, как правило, достаточно хороша до тех пор, пока не произойдет сильное загрязнение. Диапазон измерения вакуума датчиков Пирани составляет приблизительно от 10-2 Па до 105 Па, но наилучшие характеристики обычно получают между приблизительно 0,1 Па и 1000 Па.

Ионизационные датчики измерения вакуума

Когда вакуум в системе ниже приблизительно 0,1 Па (10 -3 мбар), прямые методы измерения вакуума с помощью таких средств, как отклонение диафрагмы или измерение свойств газа, таких как теплопроводность, уже не могут быть легко применимы, Поэтому необходимо прибегнуть к методам, которые в основном подсчитывают количество присутствующих молекул газа, т. е. измеряет плотность, а не вакуум. Из кинетической теории газов для данного газа с известной температурой Т давление р непосредственно связано с плотностью числа n через уравнение (в пределе идеального газа):

Где с - постоянная. Одним из наиболее удобных методов измерения плотности числа является использование некоторой методики ионизации молекул газа и последующего сбора ионов. В большинстве практических вакуумных датчиков для осуществления ионизации используются электроны с умеренной энергией (50 эВ до 150 эВ). Результирующий ионный ток напрямую связан с вакуумом и, таким образом, может быть выполнена калибровка. Последнее утверждение верно только в отношении конечного диапазона давлений, который определит рабочий диапазон прибора. Верхний предел давления будет достигнут, когда плотность газа будет достаточно большой, что при создании иона имеет значительную вероятность взаимодействия с молекулами нейтрального газа или свободными электронами в газе, так что ион сам нейтрализуется и не может достичь коллектора, для практических целей в типичных лабораторных системах или промышленных установках это можно принять за 0,1 Па (10 -3 мбар).

Нижний предел вакуума манометра будет достигнут, когда электрический ток утечки в измерительной головке или измерительной электронике станет сравнимым с измеряемым ионным током или когда другой физический эффект (например, влияние посторонних рентгеновских лучей) вызовет появление токов этого величина. Для большинства датчиков, описанных в Руководстве, эти пределы лежат ниже 10 -6 Па (10 -8 мбар).

Основным калибровочным уравнением для ионизационной калибровки является:

Ic - ионный ток K - постоянная, содержащая вероятность ионизации молекулы газа какими бы то ни было средствами и вероятность сбора результирующего иона n - плотность числа молекул газа Ie - ток ионизирующего электрона.

Вероятность ионизации молекулы газа будет зависеть от множества факторов, и поэтому ионизационный датчик будет иметь разные значения чувствительности для разных видов газа. Большинство практических вакуумных датчиков используют электронное воздействие для ионизации молекул газа, и это может быть достигнуто просто «кипящими» электронами от нити накаленной проволоки и притягивающей их к какому-то электронному коллектору. Затем ионы притягиваются к коллектору. К сожалению, вероятность ионизации молекулы газа электроном настолько мала за один проход в калибровке нормальных размеров, что необходимо увеличить длину пробега электронов и тем самым увеличить вероятность того, что какой-либо один электрон создает ион.

Широко используются два метода. В калибровочном ионизационном датчике горячего катода электроны, полученные в горячей нити накала, притягиваются к сетке, изготовленной из очень тонкой проволоки и при положительном электрическом потенциале. Поскольку сетка открыта, есть очень большая вероятность того, что электрон пройдет через сетку и не ударит провод. Если сетка окружена экраном с отрицательным электрическим потенциалом, электрон будет отражен этим экраном и будет притягиваться обратно к сетке. Этот процесс может происходить много раз, прежде чем электрон окончательно попадает в сетку. В результате очень длинные траектории электронов могут быть достигнуты в небольшом объеме. В противоположность этому, ионы притягиваются непосредственно в коллектор.

Ионизационная лампа с холодным катодом обходится без горячей нити и использует комбинацию электрических и магнитных полей. Любой электрон будет вращаться вокруг магнитных силовых линий до того, как он, в конечном счете, будет собран на положительно заряженном аноде. Фактически, длина пути будет такой большой, а вероятность ионизации настолько велика, что после запуска будет создан самоподдерживающийся газовый разряд, при условии, что ионы будут быстро вытесняться из области разряда ионным коллектором.

Выбор устройства для измерения вакуума

Прежде чем выбрать прибор для измерения вакуума и определить подходящего поставщика, важно установить критерии отбора. Они будут включать множество факторов, и этот раздел призван помочь потенциальному пользователю сделать выбор.

Глубина измерения вакуума

Характеристики среды

Внешняя среда

Физические характеристики прибора

Тип использования

Безопасность

Установка и обслуживание

Преобразование сигнала

Вакуумом (от латинского vacuum – пустота) называют состояние разряженного газа, когда его давление значительно ниже атмосферного. Количественной характеристикой вакуума служит абсолютное давление.

В технике низких давлений часто используются выражения, подобные следующим: «Давление минус четвертая, откачал до минус пятой». Имеется в виду давление в вакуумной системе, соответственно 10 –4 и 10 –5 мм рт. ст. Характер протекания физико-химических процессов в вакууме зависит от соотношения между числом столкновений молекул остаточного газа со стенками сосуда и числом взаимных столкновений молекул. Это соотношение, вообще говоря, характеризует число молекул в рассматриваемом объеме (вакуумной камере). Численно это соотношение характеризуется отношением средней длины свободного пробега молекул X к характерному (определяющему) линейному размеру s рассматриваемого объема. Это отношение положено в основу разделения областей вакуума на следующие диапазоны: низкий, средний, высокий и сверхвысокий вакуум.

Низкий вакуум – λ << s – соответствующая область давлений от атмосферного до 100 Па (около 1 мм рт. ст.). Средний вакуум – λ ≈ s – соответствующая область давлений от 100 до 0,1 Па. Высокий вакуум – λ >> s – соответствующая область давлений от 0,1 до 10 –5 Па. Сверхвысокий вакуум характеризуется тем, что не происходит заметного изменения свойств поверхности, первоначально свобод­ной от адсорбированного газа, за время, существенное для рассматриваемого процесса. К сверхвысокому вакууму относят область давлений ниже 10 –5 Па.

Степень разрежения, достигаемая в откачиваемых объемах, определяется равновесным давлением, устанавливающимся под действием как минимум трех процессов: 1) откачки газа с помощью насосов (или какого-либо его поглощения); 2) натекания газа через зазоры в рассматриваемом объеме; 3) газовыделения от стенок сосуда (или газопроникновения через них).

Здесь необходимо отметить, что абсолютно герметичных сосу­дов не существует. Немаловажным является понятие «чистоты» вакуума. Дело в том, что при использовании различного рода механических или пароструйных насосов в откачиваемый объем могут попадать молекулы рабочей жидкости насоса, например, масла, и тем самым искажать состав остаточного газа. Кроме того, следует иметь в виду, что скорость откачки различных газов неодинакова, и, начиная откачивать объем, заполненный воздухом, где основные компоненты азот (~ 80 %) и кислород (~ 20 %), при давлении порядка 10 -5 мм рт. ст. в камере получают совершенно иное соотношение остаточных компонентов.

Приборы, предназначенные для измерения давления, значи­тельно ниже атмосферного, называют вакуумметрами. Вакуумметры состоят из преобразователя давления (ПД) и измерительного блока (ИБ). ПД – устройство, присоединяемое к вакуумной камере для непосредственного восприятия давления и преобразования его в другую физическую величину, подлежащую измерению. ИБ – устройство, обеспечивающее требуемый режим работы ПД, усиление и измерение его выходного сигнала.

Вакуумметры классифицируют по принципу действия и методу измерения давления. По методу измерения различают вакуумметры, основанные на абсолютных или косвенных измерениях.

К первой группе относят вакуумметры, непосредственно измеряющие давление как силу, действующую на поверхность чувствительного элемента. Это жидкостные, грузопоршневые и деформационные вакуумметры, характеризующиеся независимостью показаний от рода остаточного газа. Наименьшее давление, которое можно измерить приборами этой группы, составляет 10 –4 – 10 –5 Па.

Ко второй группе относят вакуумметры, принцип действия которых основан на использовании зависимости параметров некоторых физических процессов от давления. Это ионизационные, вязкостные, радиометрические и тепловые вакуумметры.

Показания вакуумметра косвенного метода измерения зависят от рода остаточного газа. Градуировку таких приборов обычно проводят по воздуху или азоту, а для измерения давления других газов используют поправочные коэффициенты. Приборы этой группы позволяют измерять давления до 10 –12 Па. Принцип действия жидкостных вакуумметров (рис. 6.19) основан на уравновешивании измеряемого давления (или разности давлений) давлением столба жидкости. Об измеряемом давлении судят по высоте уравновешивающего столба жидкости.

ПростейшийU -образный вакуумметр представляет собой изогнутую в виде буквы U стеклянную трубку постоянного сечения, заполненную жидкостью. Внутренний диаметр трубки во избежание погрешностей, вызванных действием капиллярных сил, должен быть не менее 7 мм. Один конец трубки соединяют с вакуумной системой (Р Х ), а другой может быть открытым или закрытым. Давление в закрытом колене должно быть значительно меньше измеряемого. Измеряемое давление рассчитывают по формулам:

с

Рис. 6.19. Принцип действия

жидкостного вакуумметра

открытым коленом–

; (6.6)

с закрытым коленом –

, (6.7)

где Р А – атмосферное давление;
– плотность жидкости; g – ускорение свободного падения; Δ h – разность уровней жидкости.

Диапазон измеряемых значений давления зависит от жидкости, геометрических размеров прибора и способа измерения разности уровней, для чего используют различные методы – от обычной линейки с миллиметровыми делениями до интерференционных методов. В последнем случае точность отсчета уровней составляет ~10 –5 мм, а предел измерения давления –10 –3 Па.

В качестве рабочих жидкостей выбирают жидкости с малым давлением насыщенного пара и малой способностью к растворению газов. Для измерения давления, близкого к атмосферному, необходимо выбирать жидкость с большой плотностью (обычно ртуть), а для измерения малых давлений – жидкости с минимальной плотностью (часто используют вакуумное масло).

В деформационных вакуумметрах давление определяют по деформации упругого элемента, происходящей под действием разности давлений. Такие вакуумметры различают по типу чувствительного элемента и способу измерения деформации.

По типу чувствительного элемента – трубчатые, сильфонные, мембранные. В трубчатых и сильфонных вакуумметрах подвижную часть чувствительного элемента через систему зубчатых передач соединяют со стрелкой, по отклонению которой судят о давлении.

В мембранных вакуумметрах для определения прогиба мембраны используют оптические, но чаще электрические методы. В последнем случае прогиб измеряют с помощью тензопреобразователей либо применяют емкостной метод, при котором мембрана совместно с неподвижным электродом образует конденсатор, емкость которого меняется при изменении давления. При незначительных прогибах относительное изменение емкости прямо пропорционально изменению давления. Мембранные преобразователи позволяют измерять давление от атмосферного до 10 –4 Па (о чем уже упоминалось при описании емкостных датчиков).