4.4 Іонізаційні вакууметри
Електронний іонізаційний перетворювач
Р
обота
іонізаційних манометричних перетворювачів
заснована на іонізації газу електронним
потоком і вимірюванні іонного струму
за яким судять про тиск.
Конструкція манометричних перетворювачів наведена на рис.1.4.4. У скляному балоні змонтована трьохелектродна система, що складається з колектора іонів, анодної сітки і прямонакального катода. На анодну сітку подається напруга +200 У щодо катода, а на циліндровий колектор -50 В. Анодна сітка виконана з вольфрамового дроту у вигляді спіралі. При прогріванні перетворювача і його знегажуванні по спіралі пропускається струм 3А.
Вольфрамовий катод перетворювача випускає електрони, які прискорюються електричним полем і рухаються до анодної сітки. Частина електронів пролітають через анодну сітку і потрапляють в простір між анодною сіткою і колектором. Оскільки колектор має негативний потенціал щодо катода електрони зупиняються і починають рух назад до анодної сітки. В результаті поблизу сітки коливаються електрони, причому перш ніж потрапити на неї, електрони здійснюють в середньому 5 коливань. При зіткненні електронів з молекулами газу відбувається іонізація молекул. Позитивні іони, що утворилися, потрапляючи на колектор, створюють в його ланцюзі електричний струм. Як показує досвід, при достатньо низькому тиску (нижче 10-3 мм.рт.ст.) іонний струм колектора прямо пропорційний тиску газу, тобто
Р ~ Iколектора .
Нижня межа вимірювання 10-5 Па визначається фоновими струмами в електричному колі колектора.
Ф
онові
струми виникають або в результаті
рентгенівського випромінювання анодної
сітки, або як наслідок автоелектронної
емісії колектора і ультрафіолетового
випромінювання розігрітого катоду, що
супроводжується виходом з колектора
Рисунок 4.9 – Іоні за-
ційний вакуумметр з зовнішнім катодом та осьовим колектором
фотоелектронів. Рентгенівське випромінювання анодної сітки є результатом бомбардування її електронами. Автоелектронна емісія колектора з’являється під дією різниці потенціалів 200 – 300 В між колектором та анодною сіткою. Фонові струми мають однаковий напрямок разом з іонними струмами, тому дають значну похибку показів вимірювання вакууму.
Для зменшення фонових струмів було запропоновано перетворювач з внутрішнім колектором, в якому катод та колектор поміняли місцями, щоб зменшити кут в якому рентгенівське випромінювання сітки потрапляє на колектор.
Магнітні вакуумметри
Принцип роботи даних вакуумметрів оснований на залежності засомтійного газового розряду в перехресних магнітному і електричному полях від тиску. Електродні схеми, що забезпечують підтримку самостійного газового розряду при високому та надвисокому вакуумі бувають декількох типів.
|
Рис.4.10 - Електродні схеми магнітних вакуумметрів: комірка Пенінга (а), магнетронний перетворювач (б),інверсно-магнетронний перетворювач |
На анод подається позитивна напруга U=+(2 - 6) кВ. Катод заземлений і з’єднаний з входом підсилювача постійного струму. Електрони, що виходить з холодного катоду і ті, що з’являються в об’ємі в результаті даної іонізації прискорюються прикладеною до аноду напругою і потрапляють на анод тільки після багаточислених коливань навколо нього, внаслідок наявності магнітного поля. Циліндрична форма аноду забезпечує стійкість горіння розряду до тиску 10-7 мм рт. ст. Позитивні іони, що утворюються в результаті зіткнення атомів та молекул з електронами рухаються до катоду (їх маса більше ніж електронів, тому магнітне поле не впливає на траєкторію руху).
Датчики магнітних перетворювачів для більш низьких тисків мають допоміжний запалювальний електрод. Ним може бути тонкий електрод, який при швидкому нагріванні виділяє адсорбовані гази і визване цим підвищення тиску полегшує загорання розряду. нижня межа вимірювання в сучасних магнітних вакуумметрах може досягати 10-11 Па.
Переваги магнітних вакуумметрів:
1) прості в експлуатації;
2) не бояться напускання повітря у вакуумну камеру.
Недоліки
1) не стабільно працюють через замаслювання електрода, що бомбардується іонами (корпусу або катоду);
2) селективність роботи (різна чутливість до різних газів);
3) чутливість гірша ніж у іонізаційного вакуумметра.