Mesure du vide : Corrections dues à la température

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RÉSUMÉ

Le vide est caractérisé par une atmosphère gazeuse à une pression inférieure à la pression atmosphérique. Mais la plage de pressions est très large entre la pression atmosphérique et l'ultra-vide. La mesure du vide est de plus en plus difficile à mesure qu'on s'écarte de la pression atmosphérique et requiert des appareils de mesure très différents suivant les niveaux de pression. Les manomètres décrits dans cet article sont les appareils utilisés en laboratoire ou dans les installations industrielles.

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Auteur(s)

Denis PERRILLAT‐AMÉDÉ : Ingénieur ENSMM (École nationale supérieure de mécanique et des microtechniques) - Ex‐ingénieur d’études « Vide secondaire et ultravide », CIT Alcatel.

INTRODUCTION

Cet article actualise l’article précédemment rédigé par Pierre DUVAL, ancien chef du service Études‐Vide CIT‐Alcatel, dont il reprend de larges extraits.

Ce que l’on nomme couramment le vide est constitué par le domaine des atmosphères gazeuses dont la pression est inférieure à la pression atmosphérique. Il faut être bien conscient que, dès que l’on s’écarte notablement de la pression atmosphérique, « mesurer le vide » est une opération difficile : de la pression atmosphérique à l’ultra‐vide, la plage à mesurer s’étend sur 15 à 16 décades, et l’on conçoit facilement qu’il faut se résigner à utiliser plusieurs appareils de mesure de types différents pour couvrir une étendue aussi considérable.

Par souci de commodité, on découpe assez arbitrairement le domaine du vide en intervalles de pression P, auxquels on donne par convention les noms suivants :

vide primaire10²Pa < P < 10⁵Pa ;
vide moyen10 ^–1Pa < P < 10²Pa ;
vide poussé10^–5Pa < P < 10^–1Pa ;
ultra‐videP < 10^–5Pa.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

Version archivée 1 de juil. 1978 par Pierre DUVAL
Version archivée 2 de avr. 1984 par Pierre DUVAL
Version courante de nov. 2024 par Frédéric BOINEAU

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-r2050

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Conclusion

5. Corrections dues à la température

Lorsque, dans une installation, la température du capteur manométrique est différente de celle du réservoir contenant le gaz à mesurer, on commet une erreur systématique qui peut être importante. Cette erreur est de nature différente selon que l’on opère avec des gaz permanents ou avec des vapeurs condensables (ou un mélange qui contient beaucoup de vapeurs condensables). Dans le premier cas, on a affaire au phénomène d’effusion thermique, dans le second cas, la perturbation est engendrée par la condensation de la vapeur.

5.1 Effusion thermique

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5.1.1 Régime moléculaire

Si l’on considère deux enceintes à des températures différentes T₁ et T₂ , dans lesquelles un même gaz est en régime moléculaire, on peut montrer que les pressions P₁ et P ₂ qui règnent dans chacun des réservoirs sont différentes. Pour simplifier, on admet que la canalisation de raccordement entre la jauge et le réservoir est assimilable à un orifice en mince paroi et l’on a alors :

En introduisant l’erreur de mesure ΔP = P₂ – P₁ on a encore :

La réalité est évidemment un peu plus complexe, car la canalisation est réelle, mais la correction précédente est utilisable.

Dès que, dans une installation, interviennent des surfaces refroidies à des températures cryogéniques ou des éléments portés à haute température, il est nécessaire de vérifier les effets de l’effusion thermique. Si l’on considère une enceinte à température ambiante (T₁ = 300 K ) raccordée à un réservoir à la température de l’azote liquide (T₂ = 77 K...

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