Капиллярные и диффузионные меры потока: чем различаются конструкции
По принципу действия меры потока газа делятся на два больших класса: капиллярные и диффузионные. Конструкция определяет всё: диапазон воспроизводимых потоков, пригодные газы, стабильность, уязвимости и даже интервал между калибровками. Разберём оба класса и сведём отличия в таблицу.
Диффузионные меры
Гелий из герметичного баллона просачивается сквозь стенку проницаемого элемента — обычно шарообразной колбы из кварцевого или молибденового стекла. Скорость диффузии определяется толщиной и площадью стенки и давлением заполнения, поэтому поток чрезвычайно стабилен во времени: в метрологической практике диффузионные меры признаны самым стабильным классом — при калибровке на эталонной установке их относительное стандартное отклонение составляет порядка 0,8 % вплоть до потоков 10⁻⁹ Па·м³/с.
Диффузия — процесс селективный: сквозь кварц проходит практически только гелий. Отсюда два следствия: диффузионная мера работает только с гелием и почти не боится загрязнений снаружи. Плата за стабильность — сильная температурная зависимость (у мер Гелит-1/Гелит-2 — 2,5–3,5 % на градус) и малые потоки: выше ~10⁻⁸ Па·м³/с диффузионную меру построить трудно.
Капиллярные меры
Газ истекает из резервуара через калиброванный стеклянный капилляр микронного сечения. Поток задаётся геометрией канала и давлением заправки, поэтому капиллярная течь:
- покрывает большие потоки — от ~10⁻⁸ до 10⁻⁴ Па·м³/с (семейство БГ.63.002.00.000, КТК-2УП);
- работает с разными газами: гелий, азот, аргон, элегаз, хладагенты;
- позволяет перезаправку и настройку потока под задачу;
- но чувствительна к загрязнению капилляра и к давлению в резервуаре (см. статью о давлении в резервуаре).
Сравнение классов
| Критерий | Диффузионная | Капиллярная |
|---|---|---|
| Типовой диапазон | 10⁻¹¹ – 10⁻⁸ Па·м³/с | 10⁻⁸ – 10⁻⁴ Па·м³/с |
| Газ | только гелий | He, N₂, Ar, SF₆, хладагенты |
| Стабильность | наивысшая (σ ≈ 0,8 % на эталоне) | хорошая у лучших образцов |
| Температурная зависимость | сильная (2,5–3,5 %/°C у Гелит) | умеренная (~1 %/°C) |
| Главная уязвимость | стеклянная колба: удары | загрязнение капилляра |
| Перезаправка | нет (запас на весь срок службы) | да, с повторной калибровкой |
| Типовое применение | поверка и калибровка течеискателей, I–II классы герметичности | настройка аппаратуры, щуповой метод, большие потоки |
Какую конструкцию выбрать
Правило простое: диапазон решает. Порог браковки ниже 10⁻⁸ Па·м³/с — диффузионная мера (Гелит); выше — капиллярная. Если нужен не гелий, а рабочий газ изделия (например, хладагент) — только капиллярная. Если требуется статус поверенной меры из реестра СИ — Гелит. Пошаговый алгоритм — в руководстве по выбору; о происхождении паспортных значений обоих классов — на странице «Методы воспроизведения потока».