+7 (495) 664 22 07 baza@vacuumpro.ru

Принцип работы ионизационных вакуумметров

Ионизационный вакуумметр - сложный прибор для контроля давления. На рис. 4.9 изображена манометрическая лампа электронного ионизационного манометра, который в дальнейшем будем называть просто ионизационным. Принцип действия вакуумметров принципиально не отличается от самых ранних конструкций описываемой лампы. Она представляет собой стеклянную колбу 7 с трубкой 8 для присоединения к вакуумной системе и тремя впаянными в нее электродами: катодом 1, анодом 2 и коллектором ионов 3 в виде охватывающего цилиндра, имеющего по отношению к катоду отрицательный потенциал; 4, 5 и 6 - выводы соответственно катода, анода и коллектора.

манометрическая лампа

Рис. 4.9. Манометрическая лампа ионизационного манометра с охватывающим коллектором: 1 - катод; 2 - анод; 3 - коллектор ионов; 4, 5, 6 - выводы соответственно катода, анода и коллектора; 7 - стеклянная колба; 8 - подсоединительная трубка

Эмитируемые накаленным катодом электроны под действием ускоряющего электрического поля устремляются по направлению к сетке, создавая в ее цепи электронный ток. Отметим, что ввиду большого шага сетки не все электроны сразу попадают на сетку, значительная их часть пролетает между ее витками в пространство между сеткой и коллектором ионов, и в основном здесь происходит ионизация газа электронами. Однако при своем движении в этом пространстве электроны находятся в тормозящем поле; не дойдя до коллектора ионов, они останавливаются и начинают движение обратно к сетке; снова значительная их часть проходит между витками сетки и под действием тормозящего поля катода, не долетев до него, поворачивает снова к сетке и т. д.
Каждый электрон может сделать несколько таких колебаний, прежде чем попасть на сетку. Эти колебания играют положительную роль, так как благодаря ним электроны пролетают больший путь и, следовательно, повышается вероятность столкновения их с молекулами газа и ионизации последних; а это ведет к увеличению ионного тока. С той же целью - увеличить путь электронов, пролетающих между витками сетки по направлению к коллектору ионов, - расстояние между сеткой и коллектором делается относительно большим.

Образующиеся положительные ионы под действием ускоряющего для них поля коллектора ионов устремляются к нему и, отдавая ему свой положительный заряд, создают в его цепи ионный ток (отсюда и название коллектора ионов).

На рис. 4.10 дано изображение основных элементов манометрической лампы и упрощенная схема измерительной части ионизационного манометра, в которую входят:

  1. цепь катода 1, состоящая из источника питания и реостата 6 для регулировки температуры и, следовательно, эмиссии катода;
  2. цепь сетки 2, состоящая из источника питания и прибора 4 для измерения электронного тока;
  3. цепь коллектора ионов 3, состоящая из источника питания и прибора 5 для измерения ионного тока.

Обозначим электронный ток через Ie, ионный ток через Ii. Как показал опыт, при достаточно низких давлениях (обычно ниже 1 -10-3 мм рт. ст.) отношение Ii/Ie, (ионного тока к электронному) прямо пропорционально давлению газа в манометрической лампе.

схема включения

Рис. 4.10. Упрощенная схема вклю чения ионизационного манометра: 1 - катод; 2 - стекла; 3 - коллектор: 4, 5 - измерительные приборы; 6 - реостат

Таким образом, для измерения давления достаточно при заданном электронном токе измерить ионный ток и разделить на постоянную манометра. Отметим, что правильнее было бы говорить о пропорциональности отношения Ii/Ie, не давлению газа, а его молекулярной концентрации, но для упрощения рассуждений это отношение обычно связывают с давлением.

Необходимо учитывать, что если манометрическую лампу не подвергнуть тщательному обезгаживанию, то в высоком вакууме стенки стекла и электродов будут выделять газы и тем искажать показания манометра в большую сторону. Поскольку катод имеет сравнительно небольшую массу, он легко обезгаживается путем кратковременного прокаливания при рабочей температуре. Сетка прокаливается также пропусканием тока, достаточного для придания ей светло-красного каления; хотя при работе сетка имеет значительно меньшую температуру, но она обладает относительно большей массой и при светло-красном калении ее приходится выдерживать не менее 15 мин. Прогрев коллектора ионов и колбы обычно ограничивается сообщением этим деталям тепла, излучаемого сеткой в процессе ее обезгаживания. При необходимости коллектор ионов можно прогреть токами высокой частоты, а колбу - пламенем газовой горелки.

С другой стороны, хорошо обезгаженные детали манометрической лампы становятся способными поглощать остаточные газы, особенно в ионизованном состоянии. Такое откачивающее действие ионизационного манометра приводит к искажению измеряемых давлений в меньшую сторону; правда, эта ошибка становится заметной только при предельно низких давлениях и в случае малого объема вакуумной системы.

При работе с манометрической лампой нельзя забывать о недопустимости попадания атмосферного воздуха при включенном катоде, так как лампа может немедленно выйти из строя из-за перегорания или сильного окисления катода. При небольшом окислении эмиссию катода часто удается восстановить прокаливанием в хорошем вакууме, при котором поверхность катода освобождается от слоя окислов.

Градуировка ионизационных манометров так же, как и тепловых, выполняется путем сравнения их показаний с показаниями компрессионного манометра, причем пары вымораживаются ловушкой. При градуировке необходимо соблюдать все условия, связанные с режимом прогрева манометрической лампы.
Ввиду прямой пропорциональности между давлением и ионным током (при неизменном электронном токе) градуировочный график (Ii = Ср) получается в виде прямой линии. Благодаря этому градуировку манометра при самых низких давлениях можно не производить; достаточно снять необходимое число точек в области давлений порядка 10-4- 10-6 мм рт. ст. и по ним построить градуировочную прямую, продолжив ее в сторону более низких давлений.

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.