+7 (495) 664 22 07 baza@vacuumpro.ru

Магнитные электроразрядные вакуумметры

Магнитные электроразрядные электроконтактные вакуумметры относятся к ионизационным вакуумметрам.

В датчиках магниторазрядных вакуумметров используется зависимость разрядного тока в анодно-катодном промежутке от давления. Магнитный электроразрядный датчик представляет собой двухэлектродную систему, состоящую из катода и анода.

Через балластное ограничивающее сопротивление на анод подается высокое напряжение. Балластное сопротивление автоматически снижает разность рабочих напряжений на электродах датчика при высоких давлениях, предотвращая тем самым возможность появления дугового разряда в межэлектродном промежутке.

Вдоль оси анода прикладывается постоянное магнитное поле напряженностью от 200 до 2000 э, которое стабилизирует плазму в разрядном промежутке и повышает чувствительность датчика. Если вблизи катода по каким-либо причинам появляется электрон, то под совместным действием электрического и магнитного полей он будет двигаться к положительно заряженному аноду по удлиненной траектории. При этом повышается вероятность соударения электронов с молекулами остаточного газа и их ионизация.

Образовавшиеся при ионизации положительные ионы перемещаются к катоду и нейтрализуются на нем. Обладая значительной энергией, положительные ионы при встрече с катодом выбивают из его материала вторичные электроны, которые, двигаясь к аноду, также производят ионизацию газа.

Ток положительных ионов на катод и ток вторичных электронов с него в сумме численно равны электронному току в цепи анода. В результате ионизации газа возникает электрический разряд, ток которого в достаточно широком диапазоне зависит от давления. Зависимость тока разряда манометра / от давления газа р может быть выражена приближенной формулой

$$I= \frac{E-U_{0}}{R_{b}+ \frac{k}{p^{n}}}$$

где Е - анодное напряжение; U0 - минимальное напряжение между электродами датчика при наибольшем измеряемом давлении;Rb - внешнее балластное сопротивление; к - коэффициент, определяющий чувствительность датчика; n - показатель степени (обычно п = 0,9+ 1,15).

Магнитные электроразрядные датчики не содержат в своей конструкции накаленных деталей, вследствие чего не боятся окисления и могут включаться при любом давлении в системе. При измерении давлений электроразрядными вакуумметрами 

рами наблюдается эффект откачки газов самим датчиком, обусловленный сильным электрическим поглощением газа в объеме прибора. Откачивающее действие датчика изменяет давление в системе, а при наличии трубопровода с малой пропускной способностью между испытуемым объемом и датчиком может исказить результаты измерения. При высоких давлениях наблюдается катодное распыление материала под влиянием бомбардировки катода интенсивным хорошо сфокусированным пучком ионов. Это приводит к запыле- нию электродов и изоляторов датчика и, следовательно, также искажает результаты измерения давления. Загрязненные датчики в этом случае необходимо тщательно чистить. Работа датчика в среде, содержащей пары масла или другие органические вещества, сопровождается крекингом последних; продукты крекинга конденсируются на электродах и изоляторах, что нарушает нормальную работу датчика. Для предотвращения загрязнения датчиков обычно применяют охлаждаемые ловушки.

В силу большой устойчивости датчиков к внешним воздействиям и простоты эксплуатации магнитные электроразрядные вакуумметры нашли широкое распространение для блокировки и управления технологическими процессами. При необходимости магнитные электроразрядные датчики могут быть удалены от своего измерительного блока на расстояние до 50 м. Магнитные электроразрядные датчики на обследуемой системе нужно устанавливать так, чтобы магнит датчика был удален от ферромагнитных тел на расстояние не менее 10 см.

Вся совокупность магнитных электроразрядных датчиков может быть классифицирована по взаимному направлению электрического и магнитного полей на две большие группы: датчики с параллельными электрическим и магнитным полями (датчик Пеннинга) и датчики со скрещивающимися полями. (Здесь в свою очередь возможны две разновидности датчиков: магнетронные и инверсно-магнетронные.)

На рис. 4.15 показаны принципиальные схемы датчиков всех типов и траектории движения электронов в них. Ячейка Пеннинга состоит из двух дисковых катодов 1 и цилиндрического анода 2; в магнетронном преобразователе в отличие от ячейки Пеннинга катоды соединены между собой центральным стержнем; в инверсно-магнетронном преобразователе центральный стержень выполняет роль анода, а наружный цилиндр становится катодом.

Все электроды находятся в постоянном магнитном поле. На анод подается положительное относительно катода напряжение 2—6 кВ, катод заземлен и соединяется с входом усилителя постоянного тока. Сильное магнитное поле служит для увеличения длины пути электронов и поддержания тем самым разряда и увеличения степени ионизации газа. Сила тока разряда в таких приборах является мерой давления в системе. Для всех магнитных электроразрядных датчиков характерно то, что прямой пролет электрона на анод запрещен благодаря применению значительного по величине магнитного поля. В датчике с параллельными электрическим и магнитным полями доминирует возвратно-поступательное движение электронов вдоль оси, причем по мере приближения к аноду электрон приобретает одновременно циклоидальный характер движения. В магнетронной и инверсно-магнетронной конструкциях электрон движется по циклоиде (рис. 4.15, б) и гипоциклоиде (рис. 4.15, в).

При своем движении от столкновения до столкновения электроны проходят громадные расстояния, исчисляемые в диапазоне высокого вакуума километрами.
Нижний предел измеряемых электроразрядными датчиками давлений ограничивается трудностью возникновения разряда, а также некоторыми побочными явлениями, которые при малых разрядных токах становятся заметными: ав- тоэлектронной эмиссией, утечками и др.

На верхнем пределе измеряемых давлений наступает такой момент, когда электрон между столкновениями с молекулами газа в силу малой длины свободного пробега не набирает энергии, достаточной для ионизации. Вследствие этого разрядный ток перестает зависеть от давления. Сопротивление разрядного промежутка R = k/pn становится значительно меньше балластного сопротивления Rb, имеющего обычно порядок 106 Ом.

Из огромного количества разработанных конструкций магнитных электроразрядных вакуумметров в последнее время наибольшее практическое применение находят инверсно-магнетронные вакуумметры. В качестве примера приведем конструкцию инверсно-магнетронного преобразователя ПММ-32-1

пмм 32 1

Рис. 4.16. Конструкция инверсно-магнетронного манометрического преобразователя ПММ-32-1: 1 - катод; 2 - анод; 3 - присоединительный фланец

Электронная система преобразователя на фланце соединения с металлическим уплотнителем с условным проходом 50 мм. Катод 1 представляет собой цилиндр с закрытыми торцами.

Стержневой анод 2 проходит по оси катода через отверстия в его торцевых поверхностях. Вся электродная система в корпусе прибора помещается в осевое магнитное поле. На анод подается высокое напряжение. В цепь катода включается вход усилителя постоянного тока.
Под действием скрещивающихся электрического и магнитного полей свободные электроны, образовавшиеся в разрядном промежутке, движутся по замкнутым гипоциклоидам. При столкновении с молекулой газа электрон теряет часть энергии и его траектория смещается ближе к аноду, как это показано на рис. 4.15.
Электроны попадают на анод, произведя по меньшей мере один акт ионизации газа. В таких манометрических преобразователях разряд поддерживается при давлениях до 10-12— 10-11 Па (1014— 1013 Тор). Образовавшиеся в результате ионизации газа положительные ионы в силу своей большой массы практически прямолинейно движутся к катоду, являющемуся одновременно коллектором ионов. По величине ионного тока судят о концентрации молекул газа в разрядном промежутке преобразователя, т. е. о давлении газа в системе. Фоновые токи, токи автоэлектронной эмиссии в измерительной цепи катода не регистрируются, поскольку они замыкаются в цепи экран-анод.

Быстрота откачки колеблется для различных магнитных преобразователей в зависимости от рода газа и режимов работы в пределах от 10-2 до 1 л/с, что значительно больше, чем для электронных. Это приводит к увеличению погрешности измерений при наличии вакуумного сопротивления между преобразователем и вакуумной камерой. Преимуществом магнитного преобразователя перед электронным является более высокая надежность в работе в связи с заменой накального катода холодным, а недостатком - нестабильности, связанные с колебаниями работы выхода электронов при загрязнении катодов. Эти нестабильности особенно заметны при работе преобразователя в вакуумных системах с парами масла, продукты разложения которого при ионной бомбардировке и масляные диэлектрические пленки, покрывающие поверхности электродов, могут в несколько раз уменьшать чувствительность преобразователя.

Разборные конструкции преобразователей подвергаются механической очистке с последующей промывкой бензином и ацетоном и сушкой прибора. Неразборные конструкции, если промывка бензином и ацетоном не дает необходимого эффекта, подвергаются промывке соляной кислотой с последующей тщательной промывкой и сушкой.

В вакуумметрах с неразборными преобразователями для очистки их поверхностей от загрязнения, как правило, предусмотрена возможность прогрева и эффективной электронной бомбардировки электродов прибора, производимых в процессе работы установки. Осуществив прогрев и электронную бомбардировку, ток прогрева и интенсивность бомбардировки увеличивают постепенно во избежание перегорания накаленного анода в результате резкого повышения давления в приборе в начале прогрева.

Обезгаживание магниторазрядных преобразователей, так же как и электронных, следует производить при высоком вакууме и только в том случае, если необходимо измерить давление в области высокого и сверхвысокого вакуума. Некоторое время после обезгаживания преобразователь обладает сильным откачивающим действием. Ошибка, вызванная откачивающим действием, для открытых преобразователей может достигать несколько процентов, для преобразователей закрытого типа - 20% и более. Ошибка измерения, обусловленная газовыделением, имеет противоположный знак и по величине обычно намного превосходит ошибку, вызванную откачивающим действием прибора.

Показания магниторазрядных вакуумметров зависят от рода газа, причем коэффициенты относительной чувствительности к разным газам близки по значению к тем же коэффициентам для электронных ионизационных преобразователей (см. табл. 4.2).

Показания вакуумметра также зависят от состояния преобразователя и напряженности магнитного поля. Поэтому во избежание изменения напряженности магнитного поля к преобразователям нельзя подносить ферромагнитные тела на расстояние менее 100 мм. В процессе эксплуатации необходимо периодически контролировать сопротивления утечки изоляторов, обусловливающие дополнительный фоновый ток, а также полезно контролировать напряженность магнитного поля.

Нет товаров, соответствующих выбору

Страница в разработке - прямо сейчас здесь нет актуальных товаров, соответствующих вашему выбору.
Но у нас есть эта техника. Поэтому свяжитесь с нами по телефону или Email за информацией.