Приступив к сборке откачного поста [1] для изготовления любительских электровакуумных и ионных (газонаполненных) приборов в домашней мастерской [2], неизбежно столкнулся с выбором средств измерения остаточного давления в «системе». Делом, как оказалось, мудрёным, но и прелюбопытным. Прямые измерения отрицательного давления, как, например, в манометрах барометрических [3] и компрессионных — процесс небыстрый, громоздкий и хлопотный, часто требующий ртуть и немало. Применять подобные средства измерения, например, U-манометры c маслом, разумно только для градуировки рабочих вакуумметров косвенного измерения — где используется какой-то из физических эффектов связывающий давление и некую электрическую (не всегда и не везде) величину. Например, в манометрах сопротивления (Пирани) [4], ухудшение вакуума в колбе лампы-преобразователя увеличивает потери тепла нагретой током металлической нити. Регистрируемая величина — изменение сопротивления нити или количество затраченной на нагрев энергии. Рассмотрим же ещё один тип очень распространённых манометров — тепловые термопарные — как включаются, как работают, особенности, ретро и современные заводские варианты, измерительные блоки для них.

Использует тот же принцип, что и манометр Пирани: в высоком вакууме нагретое тело теряет тепло только посредством излучения, при наличии же газа — излучением и теплопроводностью. В отличие от Пирани, в термопарном преобразователе полезным сигналом является электродвижущая сила (ЭДС) миниатюрной термопары, тепло к которой, передаётся от нити нагревателя, через коротенькую металлическую перемычку. Хуже вакуум — больше потерь тепла от нагревателя к стенкам колбы — меньше нагревается термопара — меньше напряжение на её выводах.

Фото 1.1. Весьма распространённая термопарная лампа-преобразователь ПМТ-2 львовского завода «Полярон»: А — внешний вид; Б — устройство преобразователя; В — современная переходная металлическая деталь с резиновым уплотнением и фланцем KF-16, перед установкой в «систему» баллон лампы вскрывают, бариевый геттер удаляется. Предок ПМТ-2 — манометрическая лампа ЛТ-2 (Г) московского электролампового завода (МЭЛЗ)

Благодаря прозрачной стеклянной колбе преобразователя ПМТ-2, легко и познавательно увидеть его типовое устройство — на никелевых траверсах подвешен нагреватель из платиновой нити, обеспечивающей длительную работу при высоких давлениях. К его средней точке прикреплена термопара хромель-копель (Фото 1.1. Б).

Рис. 1.2. Устройство и подключение термопарной манометрической лампы — А, где: 1 — миллиамперметр для измерения тока подогревателя; 2 — милливольтметр для измерения ЭДС термопары; 3 — подогреватель; 4 — термопара (спай в точке А приварен к подогревателю — Фото 1.1. Б); 5 — источник питания подогревателя; 6 — реостат; 7 — выключатель; 8 — трубка для присоединения к вакуумной системе. Градуировочные кривые преобразователя ПМТ-2 по воздуху и некоторым газам — Б (0,1 Па = 7.5*10^-4 Торр; 1 Па = 7.5*10^-3 Торр; 10 Па = 7.5*10^-2 Торр)

Лампа ПМТ-2 с завода откачана до 10^-4…10^-5 Торр (мм рт. ст.) и запаяна, для поддержания и индикации наличия низкого давления, прибор снабжён распыляемым бариевым геттером в отрезаемом носике (Фото 1.1. В). Достаточное (меньше нижнего порога измерения) разрежение в лампе нужно для удобной первоначальной калибровки этого датчика пользователем-вакуумщиком по месту — лампу не вскрывая, присоединяют к измерительному блоку, и определяют ток нагревателя, при котором ЭДС термопары, в этом условном для ПМТ-2 вакууме, будет равняться 10 мВ. Полученный ток (обычно 90…150 мА), отныне является паспортной величиной лампы, его устанавливают и поддерживают во время дальнейшей работы прибора.

Фото 1.3. Натёкший преобразователь ПМТ-2 с испарившимся геттером (сверху) и её уцелевший коллега (снизу). Использовать в работе можно обе лампы, но с верхней придётся повозиться больше

В случае натекания лампы (попадание внутрь воздуха), нормальный вид бариевого геттера (тёмное зеркало) нарушается — зеркальный слой может побелеть, частично или полностью испариться. Лампу в таком случае следует вскрыть, присоединить к вакуумной системе (через ловушку с жидким азотом — для вымораживания паров) и собственноручно откачав до требуемых «ниже 10^-4 Торр» калибровать.

Фото 1.4. Лампы ПМТ-2 и тем более ЛТ-2 давно прекратили выпускать, теперешние вакуумщики пользуются остатками со складов и закромов, которых, вероятно, припасено ещё на десятилетия, тем более лампа это долговечная. Современные же приборы — прямые аналоги, с радостью и удовольствием делают в Китае в нескольких вариантах (фото), заодно предлагают и нанести на лампы любую маркировку. В России такие лампы попадаются под именем «ПМТ-2М» и кроме прочего, легко определяются по отсутствию геттера

Работают с термопарным вакуумметром так — в результате калибровки получаем паспортный ток нагревателя — он даёт показания термопары 10 мВ в сильно откачанной лампе, там, где теплопотери через газ ничтожно малы. Это конец шкалы измерительного прибора-вакуумметра (милливольтметр на Рис. 1.2. А). Присоединив лампу к вакуумной системе и установив найденный паспортный ток, снимаем ЭДС термопары и переводим в общепринятые единицы давления по градуировочной кривой (Рис. 1.2. Б). Работа тепловых преобразователей связана с потерей тепла через газ, а значит, и с теплопроводностью газа. Её учитывают через индивидуальные градуировочные кривые (Рис. 1.2. Б) или поправочные коэффициенты из спецлитературы.  

Фото 1.5. Манометрическая лампа — термопарный преобразователь в металлическом баллоне — ПМТ-4М (А) выпускал новосибирский электровакуумный завод (НЭВЗ); Б — присоединительные и габаритные размеры ПМТ-2, ПМТ-4

В отличие от стеклянных ламп, металлический и чуть более компактный вариант отечественного преобразователя — ПМТ-4М не запаян вовсе — его штенгель закрыт резиновой пробочкой от попадания пыли, влаги и разной пронырливой живности. Эта лампа калибруется на заводе, и ток нагревателя указан на баллоне (Фото 1.5. А). Как видно (Фото 1.5. Б) присоединительные размеры ламп отличаются. Металлический штенгель ПМТ-4 придётся вварить, впаять или раздобыть подходящий зажим-переходник «грибкового типа».

Термопарный преобразователь, например, ПМТ-2 можно заставить работать и при более высоких давлениях. В этом случае, из-за большого количества газа вокруг нити нагревателя, его, нагревателя, теплопотери будут слишком высоки, чувствительность датчика резко упадёт. Чтобы нормализовать его работу при измерении давлений в диапазоне 10…100 Па лампа калибруется при атмосферном давлении (вскрытой) и термоэдс 1.2 мВ. Рабочий ток через подогреватель ПМТ-2 в этом режиме увеличивается примерно в два раза. Интересно, что такой режим в паспорте лампы не приведён, хотя его использовали некоторые ранние вакуумметры.

Фото 1.6. Панельный (для установки в приборную стойку) ретровакуумметр ВТ-2А, имевший два диапазона измерений в режиме постоянства тока нагревателя преобразователя; градуировочная кривая по воздуху преобразователя ПМТ-2, работающего с повышенным током накала. Вакуумметр имеет простейшую схему, из примечательного в нём — только феррорезонансный стабилизатор напряжения и внушительный корпус

Так же как и в родственных манометрах сопротивления [4] применяют режим измерений с постоянным сопротивлением нити, в манометрах термопарных существует режим — с постоянной ЭДС термопары, например, для стеклянного ПМТ-2 он паспортный и позволяет существенно расширить диапазон измерений вверх. Для измерений в этом режиме лампа калибруется «по атмосфере» — её вскрывают и, установив ток подогревателя аж 600 мА, снимают ЭДС термопары (4…10 мВ). Измерения с постоянной ЭДС выполняют так: у лампы, подключённой к исследуемой вакуумной системе, увеличивают ток подогревателя до появления на термопаре калибровочного значения. По измеренному току подогревателя, через специальную градуировочную кривую, определяют давление.

Рис. 1.7. Градуировочные кривые преобразователя ПМТ-2, работающего в режиме постоянства температуры (постоянной ЭДС термопары) по сухому воздуху и некоторым газам. Заводской вакуумметр с режимом постоянной ЭДС преобразователя — стабилизатор и усилитель постоянного тока на германиевых транзисторах, необычная измерительная головка со световым указателем

Работа ПМТ-2 в режимах измерений высоких давлений, с большим количеством газа и крупной долей теплообмена конвекцией, имеет и специфическое требование к установке этой лампы — только вертикально и термопарой (цоколем) вверх. Лампы, работающие только в диапазоне низких давлений, допускается устанавливать вертикально с любым положением цоколя, что здорово облегчает компоновку вакуумной системы.

Рис. 1.8. Термопарные манометрические лампы старого образца имеют просторную конструкцию с траверсами, напоминающими братковскую распальцовку из 90-х или жест «Хэви Метал». Существуют, однако, и современные компактные варианты: А — устройство компактного преобразователя; американское (В) и китайское (В) исполнения такого датчика; Г — типичные размеры

Термопарный преобразователь хотя и долговечная лампа, но обычно работает близко к масляным механическим форвакуумным насосам, и в той или иной степени загрязняется парами масла. Это заметно снижает и без того неблестящую точность прибора: лампу придётся время от времени очищать (промывать органическими растворителями) и калибровать заново. Стеклянные баллоны в этом смысле имеют преимущество — степень загрязнений в них оценить легче. 

Фото 1.9. Ещё несколько компактных современных термопарных преобразователей с разными вариантами присоединения к вакуумной системе. Популярнее остальных — удобные, быстроразъёмные KF-фланцы. Цоколь, как видим, традиционный — старый добрый октальный

Вакуумметр, это манометрическая лампа-преобразователь плюс измерительный блок. С некоторыми заводскими измерительными блоками мы уже познакомились, приведём ещё несколько вариантов, в порядке развития и усложнения.

Фото 2.1. Измерительные блоки ВТ-6 (вакуумметр тепловой) (А) и предок широко известного до сих пор, универсального блока ВИТ (вакуумметр ионизационно-термопарный), здесь, его первый вариант — ВИТ-1 (Б). Эта пара преобразователей (тепловой термопарный, ионизационный) перекрывает наиболее применимый диапазон давлений 10^-1…10^-7 Торр и вместе с вариантами ВИТ, имела широчайшее распространение

Фото 2.2. Вот они, легенды! — ВИТ-2, ВИТ-3. Каждый из них имел исполнения для установки в приборную стойку, входные каскады преобразователей в обоих случаях выполнены на миниатюрных электрометрических лампах

Фото 2.3. Несколько более современные блоки для термопарных преобразователей — что-то из заграничного, в стандартной пластиковой коробке, здорово напоминающее автомобильную CB рацию на 27 МГц; и отечественный прибор с цифровым индикатором и подключением сразу двух манометрических ламп

Фото 2.4. Отечественные современные измерительные блоки. Умеют работать со старыми манометрическими лампами-преобразователями на совершенно другом уровне — компактны, имеют несколько удобных форм представления данных, встроенный цифровой самописец, связь с ПК и специальную программную оболочку для такой дистанционной работы, набор программируемых релейных выходов, автоматическую калибровку и другие подобные радости

Фото 2.5. Современный универсальный, термопарно-ионизационный измерительный блок МЕРАДАТ-ВИТ — специализированный измерительный компьютер и он же в своей родной стихии около вакуумной установки. «Тёплым ламповым» — светится ионизационный преобразователь ПМИ-2, МЕРАДАТ лежит на мягкой подкладке неудачно — перекрыты вентиляционные отверстия снизу, а греется прибор в этом режиме сильно

Манометрические термопарные лампы-преобразователи в целом и ПМТ-2 (ПМТ-4) в частности и в первую очередь — старинные приборы, всё ещё имеющие широкое хождение — звёзд с неба не хватают, но доступны, просты, дёшевы и не слишком капризны в обращении. Стеклянные варианты имеют некоторые преимущества в ежедневной рутинной работе, хотя установить в систему её чуть сложнее. Раритет ПМТ-2 имеет целых две, условно «не задокументированных возможности», расширяющих диапазон возможных измерений.  

Термопарные лампы имеют большие погрешности и в принципе расцениваются как индикаторные. Однако, специфика высоковакуумных установок часто допускает весьма грубое определение предварительного вакуума — как всего лишь необходимого условия для старта и работы высоковакуумной ступени. Более или менее точные измерения в диапазоне высоких форвакуумных давлений проводятся редко, показания вакуумметра здесь, как правило, свидетельствуют только о нормальной работе оборудования и отсутствии грубых течей. Рабочий же газ в ионные приборы помещают при ещё более высоких давлениях, с которыми преотлично справляются обычные механические манометры-круглошкалики деформационного типа.

Фото 3.1. Механические вакуумметры разного класса точности, маленький — вибростойкий вариант, его стрелка плавает в жидкости. Измерения с такими приборами простому смертному неочевидны — «0» шкалы этого прибора — атмосферное давление (~760 мм рт. ст. = 760 Торр). Вся шкала прибора — 1 Атм, т. е. «-1» шкалы прибора = 0 Торр

Современные измерительные блоки ставят работу со старинными лампами-преобразователями на несравненно более высокий уровень, однако, и стоит такое оборудование изрядно.

Очень простой принцип измерений и доступность элементной базы дают возможность самостоятельной сборки внешних цепей — от макета с использованием лабораторных приборов общего применения (источник питания, милливольтметр), до специальных аналоговых [5] или цифровых [6] приборов, в том числе и для многоточечных измерений [7].

1. Лабораторный откачной пост своими руками. Часть 1. Каркас, нагревательная печь. Конспект автора.

2. Лаборатория-мастерская в деревне. Малыми средствами, своими руками, с самого начала. Конспект автора.

3. Простейшие самодельные вакуумметры. Конспект автора.

4. Несложные ходовые вакуумметры. Часть 1. Манометры сопротивления (Пирани). Конспект автора.

5. Дооснащение любительской электровакуумной мастерской. Вакуумметр, течеискатель, полярископ. Конспект автора.

6. Вакуумметр для манометрического преобразователя ПМТ-2.

7. Низковакуумная манометрическая система на 8 позиционном откачном посту.

На благо всех разумных существ, Babay Mazay, июль, 2026 г.

© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»