McLeodův manometr

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 1. května 2020; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Kompresor McLeod je zařízení pro měření nízkých tlaků , bylo vyvinuto v roce 1890 . Činnost zařízení je založena na měření výšky sloupce plynu stlačeného rtutí v kapiláře známého průřezu.

Měření tlaku pomocí McLeodova tlakoměru

Měření tlaku pomocí manometru se provádí následovně:

Rozšířením nádrže o pružné stěny jsou trubky 1, 2 a 3 zcela očištěny od rtuti, čímž se spojí přijímač V se studovaným objemem V x .
Poté se stlačením spodního zásobníku plní systém rtutí, dokud se hladina rtuti v kapiláře 2 neshoduje s horním koncem kapiláry 1. Zároveň v 1 zůstává sloupec stlačeného plynu.
Při výrobě je přístroj zkalibrován a vedle trubice je umístěna stupnice, na které lze přímo odečítat tlak v torrech nebo jiných jednotkách.

Je důležité poznamenat, že manometr je určen pro měření tlaku plynu za izotermických podmínek, takže proces plnění manometru a následné stlačování plynu v měřicí kapiláře 1 by mělo být prováděno co nejpomaleji .

Trubka 3 je obvykle mnohem širší než kapiláry 1 a 2, aby se usnadnilo pronikání plynu ze studovaného systému do přijímače.

Pracovní vzorec

Uvádíme odvození vzorce pro zjištění tlaku v objemu podél výšky : $V_{x}$ $h$

Tlak plynu v kapiláře 1 před stlačením se rovná naměřenému tlaku po stlačení: $p$

$p_{1}=p+\rho gh$ .

Současně, protože proces stlačování plynu je izotermický, na základě Boyle-Mariotteova zákona :

$pV=(p+\rho gh)(\pi r^{2}h)$ .

Z toho můžeme vyjádřit požadovaný tlak:

${\displaystyle p={\pi \rho gr^{2} \over (V-\pi r^{2}h)}h^{2))$ .

Vzhledem k tomu, že objem plynu v kapiláře je mnohem menší než objem přijímače, lze vzorec převést na následující přibližnou formu:

$p=Ch^{2}$ ,

$C={\pi \rho gr^{2} \over V}$ , kde

C je konstanta zařízení. Je zřejmé, že za účelem měření většího než minimálního možného tlaku při konstantní výšce plynového sloupce v kapiláře 1 je nutné zvětšit objem jímače a zmenšit poloměr kapiláry.

Použití McLeodova tlakoměru

Praktické použití zařízení je obtížné pro složitost, nepohodlnost a pomalost práce s ním a také nemožnost sériové výroby. Manometry jsou vyráběny a kalibrovány kus po kuse, přičemž pro každý případ se hodnota konstanty přístroje mění. Proto se tlakoměr McLeod používá pouze jako referenční přístroj pro kalibraci sériových tlakoměrů a vakuometrů . Výhodou McLeodova manometru je absolutnost metody měření, protože výška sloupce stlačeného plynu za jinak stejných podmínek přímo souvisí s jeho tlakem. Mez měřítka zařízení je omezena možností čištění pracovního objemu od plynu (s jeho nárůstem se prudce zvyšuje hmotnost použité rtuti v zařízení), průměrem kapiláry (pokud je kapilára příliš úzká, rtuť ulpívá k jeho stěnám), možnost měření plynového sloupce a u nejlépe praktických vzorků je asi 10 −5 Torr .