Способы получения и контроля вакуума

2. Способы получения и контроля вакуума

2.1  Общая характеристика вакуумных насосов

Для создания в установках требуемой степени разрежения приме­няют разнообразные вакуумные насосы.

Вакуумные насосы классифицируются по назначению на низковаку­умные, средневакуумные, высоковакуумные и сверхвысоковакуумные, а в зависимости от принципа действия - на механические и физико-хи­мические.

Основными параметрами любого вакуумного насоса являются быст­рота действия, предельное давление, наименьшее рабочее давление, наибольшее давление запуска и наибольшее выпускное давление.

Быстроту откачки насоса S_i в произвольном сечении соедини­тельного трубопровода, рис. 2.1., определяют как объем газа,  проходящий через это сечение в единицу времени: S_i=dV_i/dt.

рис. 2.1.

          Объем газа, поступающий в единицу времени из откачиваемого объекта в трубопровод через сечение II при давлении P₂, называется быстротой откачки объекта или эффективной быстротой откачки насоса:

Рекомендуемые материалы

S_эф=dV₂/dt.                                                       (2.1)

Объем газа, удаляемый насосом в единицу времени через входной патрубок (сечение I) при давлении Р₁ - это быстрота действия насоса: S_н=dV₁/dt. (2.2)

Отношение эффективной быстроты откачки насоса к быстроте действия называется коэффициентом использования насоса:

К_и=S_эф/S_н.                                                         (2.3)

Поток газа, проходящий через входное сечение насоса, называ­ется его производительностью. Для стационарного потока выполняется

условие сплошности:

Q=P₁S_н=P₂S_эф=P_iS_i.                                                              (2.4)

Установим связь между тремя основными характеристиками ваку­умной системы: быстротой действия насоса S_н, эффективной быстротой откачки объекта S_ф и проводимостью вакуумной системы между насосом и откачиваемым объектом U. Согласно (2.4) и (1.54) запишем

S_н=Q/P₁=U(P₂-P₁)/Р₁;             S_эф=Q/P₂=U(P₂-P₁)/Р₂.                      (2.5)

Перепишем (2.5) в виде

;          

и вычтем первое из второго:

1/S_эф - 1/S_н = 1/U.                                                           (2.6)

Уравнение (2.6) называется основным уравнением вакуумной тех­ники. Его можно переписать в виде

S_эф = S_нU/(S_н+U)                                   (2.7)

При условии S_н=U из (2.7) получим, что S_эф=0,5S_н. Если U → ∞то Sэф→Sн; при U→0 следует, что Sэф→ 0.

Введя в основное уравнение коэффициент использования насоса, согласно (2.3), получим

K_и = U(S_н + U);                   (2.8)

U = S_нК_и/(1 - К_и).                (2.9)

Максимальное значение коэффициента использования насоса равно единице.

Предельным давлением Р_пр насоса называют минимальное давле­ние, которое может быть достигнуто во входном патрубке заглушенно­го насоса после длительной работы в стационарном режиме, рис. 2.2.

Рис .2.2.

 Быстрота действия насоса при приближении к предельному давлению стремится к нулю. Предельное давление большинства вакуумных насосов определя­ется газовыделением материалов, из которых изготовлен насос, пере­теканием газов через зазоры и др.

Наименьшее рабочее давление вакуумного насоса Р_м - это мини­мальное давление, при котором насос длительное время сохраняет но­минальную быстроту действия. Оно примерно на порядок выше предельного. Эксплуатация насоса при давлениях между предельным и наименьшим рабочим не оправдана экономически.

  Наибольшее рабочее давление вакуумного насоса Рб - это максимальное давление, при котором насос сохраняет номинальную быстроту действия. Давление запуска Р_з - это максимальное давление во входном сечении насоса, при котором он может начать работу. Для большинства насосов оно совпадает с наибольшим выпускным давлением Рв, - максимальным давлением выпус­кного патрубка, при котором еще обеспечивается нормальная работа насоса. Если это давление превышено, насосы прекращают работу или могут прийти в негодность из-за окисления рабочих деталей. Данные параметры показаны на основной характеристике вакуумного насоса - зависимости быстроты действия от его входного давления.

В качестве дополнительных характеристик вводят такие параметры насосов, как производительность (количество газа, удаляемое из входного патрубка в единицу времени), потребляемая мощность, длительность рабочего цикла и ресурс работы, время запуска и т.д.

2.2 Механические вакуумные насосы

По характеру воздействия на откачиваемые газы механические на­сосы разделяются на объемные и молекулярные. Объемные насосы осу­ществляют откачку за счет периодического изменения объема рабочей камеры. Конструктивные варианты: поршневые, жидкостно-кольцевые и ротационные. Молекулярные насосы работают за счет передачи молеку­лам газа количества движения от твердой, жидкой или парообразной быстродвижущейся поверхности. Среди них различают водоструйные, эжекторные, диффузионные, молекулярные с одинаковым направлением движения откачивающей поверхности и молекул газа, турбомолекуляр­ные с взаимно перпендикулярным движением твердых поверхностей и откачиваемого газа.

Если выпускное  давление механического насоса превысит значение Рв, произойдет т.н. срыв   насоса,   сопровождающийся резким ухудшением его предельного давления и быстроты откачки.  Зависимость быстроты откачки (1) и предельного давления (2) от выпускного давления показана на рис. 2.3.

Рис. 2.3.

Объемная откачка

В процессе объемной откачки выполняются следующие основные операции: 1)  всасывание  газа  за  счет расширения рабочей камеры насоса; 2) уменьшение объема рабочей камеры и сжатие находящегося в ней газа; 3) удаление сжатого газа из рабочей камеры в атмосферу или насос предварительного разрежения.  В  зависимости  от  выбора конструктивной схемы  объемные  насосы делятся на поршневые,  жид­костно-кольцевые и ротационные.

В поршневых откачка осуществляется за счет периодического из­менения объема цилиндра. Быстрота действия современных поршневых насосов составляет 10...4000 л/с. Предельное давление достигает 10 Па. Недостатки поршневых насосов - неравномерность процесса откач­ки, неполная уравновешенность, большие потери на трение и большая удельная масса.

Быстрота действия жидкостно-кольцевых насосов лежит в преде­лах от 25 до 500 л/с. Предельное давление водокольцевых насосов 2000 Па. Насосы могут работать от атмосферного давления. Недостат­ки насосов - большой удельный расход мощности из-за необходимости перемещения жидкости, находящейся в насосе, и большая удельная масса.

Жидкостно-кольцевые насосы, рис .2.3. имеют в цилиндрическом корпусе 1 эксцентрично расположенное рабочее колесо 2 с неподвижно закрепленны­ми лопатками. Жидкость внутри кор­пуса  под  действием  центробежных сил  прижимается к стенкам корпуса и создает  жидкостное кольцо 4. Между кольцом и лопатками образуются ячейки, их объем вначале увеличивается, и газ через отверстие 3 поступает в насос. Затем объем уменьшается, и сжатый газ через отверстие 5 удаляется.

Рис. 2.4.

Ротационные вакуумные насосы имеют несколько конструктивных модификаций. Пластинчато-роторный насос, рис .2.5. содержит цилиндрический

Рис . 2.5.

корпус 7  с впускным 4 и выпускным 3 патрубками и эксцентрично распо­ложенный ротор 6, в пазах которого установлены пластины 5. Под дейс­твием центробежной силы пластины прижимаются к корпусу, обеспечивая изменение объема рабочей камеры.

Уплотнение зазоров, предотвращающее перетечку газа, осуществляется вакуумным маслом.

Предельное давление одноступенчатых роторных насосов достига­ет 1 Па, двухступенчатых 0,001 Па. Оно определяется кроме газовы­деления материалов насоса объемом вредного пространства и давлением насыщенных паров масла.

Пластинчато-статорный насос, рис .2.6., состоит из следующих основных

Рис. 2.6.

 элементов: корпуса 1, эксцентричного ротора 2, выпускного патрубка 3, пластины 5, пружины 4, вхо­дного патрубка 6. При вращении по часовой стрелке за  первый оборот ротора газ всасывается из откачи­ваемого объекта, а за второй происходит сжатие и выхлоп газа.  Пластина под действием пружины гер­метично разделяет области всасывания и сжатия откачиваемого газа.

Золотниковый насос, рис. 2.7., состоит из корпуса 1, эксцентрично уста­новленного ротора 2, золотника 6, выпускного патрубка и обратного клапана 3,

Рис .2.7.

шарнира 7 и входного патрубка 4. Газ из откачиваемого объема через входной патрубок и отверстия 5 в золотнике поступает в камеру всасывания А, увеличивающуюся при вращении ротора по часовой стрелке. В это же время объем камеры В уменьшается, и на­ходящийся в ней газ сжимается и выталкивается  через  выхлопной патрубок. Пластинчато-статорный и золотниковый насосы работают в масляной ванне. Характеристики их примерно одинаковы, но золотниковые насосы имеют большие быст­роты откачки. Предельные давления одноступенчатых насосов достига­ют 10 Па, двухступенчатых 0,1 Па. Давление запуска и выпускное давление насосов обычно равны атмосферному.

Для работы с большой быстротой действия при малых степенях сжатия применяют ротационные вакуумные насосы с обкатываемыми профилями. Вращение роторов обеспе­чивается синхронизирующей передачей. К таким насосам относятся двухроторные насосы (насосы Рут­са), имеющие роторы с леминиска­нтными профилями, рис. 2.8. За один оборот каждый из роторов дважды

Рис. 2.8.

перебрасывает заштрихованный объем газа из области высокого  вакуума  в область предварительного разрежения. Двухроторные насосы при тех же габаритах имеют значительно большие быстроты действия, чем пластинчатые и золотниковые. Быстрота действия современных двухро­торных насосов лежит в пределах от 5 до 5000 л/с. Предельное дав­ление одноступенчатых насосов 0,5 Па, двухступенчатых 0,05 Па. На­ибольшее выпускное давление одноступенчатых насосов от 10² до 10³ Па.

Работа объемных вакуумных насосов может сопровождаться про­никновением паров рабочей жидкости из насоса в откачиваемый объ­ект, загрязнением насоса откачиваемыми веществами и т.д. Для защи­ты откачиваемого объекта от паров откачиваемой жидкости использу­ются ловушки: механическкие, адсорбционные, ионные. Устройство и принцип их действия подробнее будет рассмотрен в разделе "Парост­руйные насосы. Значения предельного давления с применением ловушек существенно снижаются и достигают у ротационных насосов 10^-3 Па.

2.3  Молекулярная откачка

Удаление газа из вакуумной системы с помощью движущихся по­верхностей называется молекулярной откачкой. Существуют две схемы молекулярной откачки.

Первая - откачка через канал, одна из стенок которого совер­шает относительное перемещение со скоростью v_р параллельно оси канала, рис.2.9.

Рис .2.9.

 Молекулы газа в канале соударяются с движущейся поверхностью, получая приращение количества движения. При этом создается перепад давлений: Р₂>Р₁. Максимальная быстрота действия пропорциональна скорости стенки vр:

S_max = γF_кv_р,                          (2.10)

где F_к - площадь поперечного сечения канала;

γ = f_д/(f_д+f_н).

Здесь f_д - движущаяся, f_н - неподвижная часть периметра канала. Номинальная быстрота действия

.               (2.11)

 Вторая - использует для удаления газов зависимость проводи­мости наклонного канала, движущегося перпендикулярно газовому по­току со скоростью v_р от направления течения газа, рис.2.10. Примем, что пластину с наклонным каналом с обеих сторон бомбардируют перпендикулярно к поверхности пластины потоки молекул газа q₁ и q₂. Остановив  пластину  и  сложив вектор  относительной скорости молекул v_р с векторами тепло­вых скоростей молекул v_ар,

получим измененное направление движения молекул, поток q₁ входит параллельно,

Рис. 2.10.

а поток q₂ перпен­дикулярно оси канала. Это приводит к тому, что проводимости канала для потоков q₁ и q₂ различны. Для установившегося режима течения газа

Q = S_нР₁ = U₁₂P₁-U₂₁P₂.                       (2.12)

где U₁₂ и U₂₁ - проводимости канала для потоков q1 и q2 соот­ветственно. Откуда быстрота действия

S_н = U₁₂-U₂₁Р₂/Р₁.                            (2.13)

Конструкция молекулярных насосов

Молекулярные насосы с одинаковым направлением движения газа и стенки имеют много конструктивных разновидностей. Например, насос, на статоре которого выполнен набор цилиндри­ческих канавок, входные и выходные отверстия в которых разделены перегородкой 1. Ротор 2 вращается с частотой, при которой его линейная скорость близка к тепловой скорости молекул, рис. 2.11.

Рис .2.11.

Спиральный паз 1 на поверхности статора 2 и цилиндрическая поверхность ротора 3 образуют рабочий канал, рис. 2.12.

Рис.2.12.

Спиральные канавки на торцевых поверхностях статора 1, отстоящие на минимальном расстоянии от вращающегося диска 2 образуют рабочий канал в данной схеме, рис .2.13.

Рис. 2.13.

  Через зазор между статором и ротором происходит возврат газа из камеры сжатия в камеру всасывания, что ухудшает реальные  характеристики насосов.  Нормальная работа молекулярных насосов возможна при зазоре между ротором и статором, не превышающем 0,1 мм. Быстрота действия насосов прямо пропорцио­нальна частоте вращения ротора, которая может достигать 40000 об. мин. Максимальная быстрота действия не превы­шает 100 л/с из-за малого сечения каналов. Предельное давление 10^-5 Па.

Молекулярные насосы с взаимно перпендикулярным движением ра­бочих поверхностей и потока откачиваемого газа (турбомолекулярные) классифицируются по расположению вала ротора - горизонтальные или вертикальные; по устройству рабочих органов - цилиндровые, ко­нусные, дисковые, барабанные.

В корпусе 2 насоса с горизонтальным валом установлены неподвижные статорные колеса 4, между которыми вращаются колеса 3, закрепленные на роторе 1, рис. 2.13. Роторные колеса выполнены в виде дисков с прорезями. В статорных колесах

Рис .2.14.

имеются зеркально расположенные про­рези такой же формы. Для удобства монтажа статорные колеса разрезаются по диаметру. При ди­аметре рабочих колес 200 мм зазоры между роторным колесом и ста­торным могут составлять 1...1,2 мм, что позволяет значительно по­высить надежность их работы.

Предельное давление турбомолекулярных насосов 10^-8 Па. Наибо­льшее выпускное давление 10 Па. К достоинствам можно отнести широ­кий диапазон рабочих давлений, высокая удельная быстрота действия, быстрый запуск насоса.

Недостатки - высокоскоростной ротор с быстроизнашиваемыми подшипниками сложной конструкции.

Пароструйные насосы

Относятся к молекулярным насосам. Принцип их действия основан на передаче молекулам газа количества движения от парообразной быстродвижущейся поверхности. Подразделяются на эжекторные и диф­фузионные.

Взаимодействие откачиваемого газа со струей пара зависит от глубины вакуума. При низком вакууме молекулы, находящиеся в погра­ничном с паровой струей слое за счет внутреннего трения увлекают другие слои газа. По этому принципу работают эжекторные насосы.

В области высокого вакуума все молекулы откачиваемого газа, перемещаясь за счет самодиффузии, непосредственно взаимодействуют с движущейся струей пара. По этому принципу работают диффузионные насосы. Пароструйный насос не может работать самостоятельно, а всегда в комплексе с насосом предварительного вакуума, как прави­ло, с вращательным вакуумными насосами обьемного действия.

Корпуса пароструйных насосов изготавливают из стекла и метал­ла. К достоинствам стеклянных насосов относят простоту изготовле­ния и надежную герметичность; к недостаткам - слабую стойкость стекла к механическим и термическим воздействиям.

Эжекторный насос, рис. 2.15.,  состоит из кипятильника 1, сверхзвукового  - эжекторного сопла Лаваля 2, камеры смешения 5, впускного и выпускного фланцев  3 и 4. Камера смешения теплоизолирована  от корпуса насоса. На выпускном патрубке имеется холодильник 6, охлаждаемый проточной водой, сконденсировавшийся на его стенках пар стекает в кипятильник по трубке  7, обеспечивающей непрерывную циркуляцию рабочей жидкости в насосе.

Рис. 2.15.

Диффузионный насос, рис.2.16., состоит из кипятильника 1, диффузионного  сопла 2, закрепленного на паропроводе 6,  холодильника 4, впускного и выпускного  патрубков 3 и 5. Пары рабочей жидкости из  кипятильника проходят по паропроводу через зонтичное сопло и конденсируются на стенках насоса, охлаждаемых холодильником.  За время движения пара от конца сопла до стенок насоса в струю пара диффундирует  откачиваемый  газ.  После конденсации образовавшейся парогазовой смеси выделившийся газ от­качивается через выпускной патрубок насосом предварительного раз­режения, а сконденсировавшийся пар стекает по стенкам в кипятиль­ник.

Рис.2.16.

Зависимость характеристик насоса от параметров диффузионного сопла: зазора а и угла наклона α, рис. 2.17.

Рис .2.17.

При превышении зазором "а" своего оптимального значения а_о уменьшается скорость струи у стенок, что ведет к увеличению обрат­ного потока откачиваемого газа. Существует и оптимальная величина угла α.

Основная характеристика пароструйного насоса - зависимость быстроты действия от давления на входе в насос, рис. 2.18. В средней области рабочих

Рис. 2.18.

давлений быстрота действия постоянна и равна S_max. При приближении давления к предельному быстрота действия стремится к  0 из-за наличия обратного потока газов и паров в откачиваемом объеме.  При увеличении рабочего давления за верхнюю границу молекулярного режима течения быстрота дей­ствия уменьшается в связи со снижением

скорости диффузии молекул газа  в  струю пара и при максимальном

входном давлении Р_з стремится к нулю.

Предельное давление насоса Р_пр при низких давлениях на выход­ном патрубке Р_вых, мало зависит от последнего, рис. 2.19.

При равенстве выпускного давления и давления паровой струи Р_кр наступает срыв характеристики насоса,  поэтому и необходимо предварительное вакуумирование.

Рис. 2.19.

При увеличении мощности N подогрева насоса за счет увеличе­ния скорости струи пара быстрота действия возрастает, достигая максимального значения при N_опт, а затем снижается из-за увеличе­ния плотности паровой струи, рис.2.20. Максимальное выпускное давление насоса Ркр при увеличении мощности непрерывно возрастает, см. рис. 2.21.

Рис. 2.21.

Применяют многоступенчатые насосы, например насос с двумя            диффузионными ступенями 1, 2 и эжекторной 4 ступенью откачки, рис. 2.22. На схеме 3 - холодильник, 5 - кипятильник, общий для всех ступеней.

Рис. 2.22.

К рабочим жидкостям пароструйных насосов предьявляют следую­щие требования: 1) минимальная упругость паров при комнатной тем­пературе и максимальная при рабочей температуре в кипятильнике; 2) стойкость к разложению при нагревании; 3) минимальная способность растворять газы; 4) химическая стойкость к откачиваемым газам; 5) малая теплота парообразования.

Минимальная упругость паров при 20ºС нужна для получения наи­меньшего предельного давления насоса. Максимальное давление паров при рабочей температуре увеличивает выпускное давление и снижает требуемую мощность подогревателя. Растворимость газов в рабочей жидкости приводит к увеличению обратного потока. При малой теплоте парообразования нужна меньшая мощность нагревателя.

В качестве рабочей жидкости применяют ртуть, минеральные мас­ла, сложные эфиры органических спиртов и кислот, кремнийорганичес­кие соединения. Ртуть (Р1, Р2), стойка к окислению, однородна по составу, не разлагается, не растворяет газы и обладает высокой уп­ругостью паров при нагреве. Но ртуть ядовита, химически активна к цветным металлам и обладает высокой упругостью паров при 20ºС.

Минеральные масла (ВМ1, ВМ5) получают из нефти. Характеризу­ются низкой упругостью пара при комнатной температуре и удовлетво­рительной термостойкостью, однако они образуют смолистые налеты на деталях насоса и окисляются.

Эфиры и кремнийорганические жидкости имеют очень низкое дав­ление паров при комнатной температуре и высокую стойкость к окислению, но они дороги, поэтому применяются ограниченно - для получения сверхвысокого вакуума.

При использовании неоднородных по составу или термически нестабильных жидкостей применяют  насосы  с фракционирующими устройствами, выделяющими более тяжелые фракции с низкой упругостью пара для работы в первой ступени откачки, рис. 2.23.

Рис. 2.23.

Ловушки

Так как предельное давление пароструйных насосов обусловлено обратным потоком паров рабочей жидкости из насоса в откачиваемый объект, его можно уменьшить, применяя ловушки: конденсирующие, диссоциирующие, адсорбирующие. Ловушка должна удовлетворять двум противоречивым требованиям: обладать максимальным защитным дейс­твием и наибольшей удельной проводимостью.

Для охлаждения конденсирующих ловушек, рис. 2.24., применяют воду; смесь льда и NaCl - позволяет достичь -18ºС; смесь льда и CaCl₂ - позво­ляет достичь -48ºС; твердую углекислоту со спиртом -78ºС; фреон -120ºС; жидкий воздух -183ºС; жидкий азот -186ºС.

Рис. 2.24.

В диссоциирующих ловушках углеводороды разлагаются на  легкооткачиваемые газы Н₂, СО, СО₂ и твердый углерод, который осаждает­ся на стенках ловушки. Диссоциирующие поверхности разогреваются пропусканием тока.

В электронных диссоциирующих ловушках молекулы рабочей жид­кости ионизируются в разряде с холодным или горячим катодом и при этом разлагаются. Эффективность ловушек зависит от плотности электронного тока.

Сорбционные ловушки поглощают пары масел поверхностями по­ристых адсорбентов: активных углей, цеолитов, силикагелей и т.д. азот и кислород при комнатной температуре адсорбируются мало. Очи­щают ловушку прогревом в вакууме примерно до 300ºС.

2.4. Физико-химические методы получения вакуума Физико-химические методы получения вакуума позволяют для  работы в определенном диапазоне давлений создавать насосы с лучшими,

чем у механических, технико-экономическими показателями.

Существенное преимущество физико-химических насосов перед ме­ханическими заключается в возможности устранения загрязнения отка­чиваемой камеры парами рабочих жидкостей, которые присутствуют во многих механических насосах для смазки и герметизации.

Ионная откачка

Направленное движение предварительно заряженных молекул газа под действием электрического поля является основой работы ионных насосов. Для передачи молекулам импульса скорости в направлении насоса предварительного разрежения можно использовать силу воздействия  постоянного  электрического поля. Нейтральные молекулы  ионизируются  α-,  β-,    и  γ-излучением.  Наиболее эффективно  β-излучение, осуществляемое  за  счет средств электронной бомбардировки. Газ, поступающий в насос, рис. 2.25., ионизируется в пространстве ионизации 1, а затем с помощью ускоряющих электродов 2, к которым приложена разность потенциалов U (В), направляется к выходному патрубку насоса. Здесь ионы нейтрализуются и откачиваются насосом предварительного вакуума.

Рис. 2.25.

Производительность насоса

Q_н = kTI₊/q-U(P_вых-P_вх),                          (2.14)

где P_вх - давление на входе,  P_вых - давление на выходе из насоса, q - заряд иона;  I₊ - ионный ток в цепи ускоряющих электродов,  U - проводимость насоса.  Быстрота откачки насоса

S_н = Q_н/P_вх.                                (2.15)

Из-за трудностей ионизации газов при низких давлениях насосы получили малое распространение.

Хемосорбционная откачка

Хемосорбционная откачка осуществляется путем поглощения ак­тивных газов на поверхности металлов. Наибольшее распространение для хемосорбционной откачки получили следующие металлы: Ti, Zr, Ta, Ba, Mo, W, Hf, Er. Теплота адсорбции Q_а зависит от рода газа; например титан лучше поглощает кислород, азот и углекислый газ, не поглощает инертные газы. Для увеличения поверхности металла при его взаимодействии с откачиваемыми газами используется распыление металла, сопровождающееся нанесением тонких пленок на электроды и корпус насоса. Возможность непрерывного обновления напыленной пленки увеличивает срок службы насоса.

Поглощение газов пленками может носить поверхностный (обычно при низких температурах) или объемный (при высоких температурах) характер. При поверхностном - количество сорбированного газа прямо пропорционально времени сорбции. Объемное поглощение происходит за счет диффузии газа в пленку, и количество поглощенного газа про­порционально корню квадратному из времени сорбции. Сорбционные ха­рактеристики пленок зависят от условий их образования: пленка осажденная при низкой температуре, имеет пористую структуру, что приводит к повышению скорости поглощения газов.

Испарительные насосы

Конструкция испарительного насоса в основном определяется ти­пом испарителя. Испарители бывают прямоканальные, подогревные, электронно-лучевые и дуговые.

В качестве  прямоканального испарителя используется биметаллическая проволока с молибденовым керном, на который иодидным способом осажден слой титана, рис. 2.26.

Рис. 2.26.

Подогревный испаритель представляет собой сферическую оболочку из активного металла, рис. 2.27., внутри которой вставлен проволочный нагреватель.  Для титана максимальная рабочая температура таких нагревателей  составляет  1150ºС, что обеспечивает максимальную скорость испарения 1 мг/с.

Рис. 2.27.

Электронно-лучевой испаритель представляет собой электронную Ti пушку с вольфрамовым катодом 1, помещенную в поперечное магнитное поле, рис. 2.28.

Рис. 2.28.

Это позволяет разместить пушку вне  зоны  нанесения активного металла. Между пушкой и мишенью приложено высокое напряжение. Максимальная скорость испарения - до 30 мг/с.

В дуговых испарителях активный металл распыляется в катодном пятне дуги постоянного тока, рис. 2.29. Катодное пятно хаотически перемеща­ется по поверхности охлаждаемого водой катода из титана. Плотность тока в пятне до 10 А/см².  Дуга  горит в парах испаряемого  материала, что  позволяет поддерживать разряд  в  условиях  сверхвысокого вакуума. Возбуждение дуги происходит, например, при коротком  замыкании подвижного  электрода.  Ток дуги 100...180 А. Напряжение источника 30...50 В. Скорость испарения 20 мг/с.

Рис. 2.29.

Испарительный насос, рис. 2.30, состоит из корпуса 4, в котором располагается испаритель 5. Атомы активного металла, вылетающие из испарителя, конденсируются  на экранах 2  и  обеспечивают откачку химически активных газов.  Экран 3 защищает откачиваемый объект от проникновения паров  испаряемого материала. Экраны 2 для повышения быстроты откачки могут охлаж­даться жидким азотом.

Рис. 2.30.

Предельное давление в испарительных насосах 10^-7Па, а при охлаждении жидким азотом 10^-11 Па. Верхний предел рабочих давлений 0,01 Па. Максимальная быстрота действия при откачке водорода дос­тигает 200000 л/с. Применение насосов испарительного типа неэффек­тивно при откачке продуктов органического происхождения и инертных газов.

Криогенные насосы

Криоконденсационная откачка возможна при условии, что давле­ние откачиваемого пара в вакуумной системе выше давления его насы­щенных паров в насосе. Предельное давление криоконденсационной от­качки зависит от температуры поверхности, на которой происходит конденсация откачиваемого газа, и достигает 10^-9 Па.

Криоадсорбционная откачка осуществляется адсорбцией газов на охлаждаемых адсорбентах. Для откачки применяются адсорбенты с большой площадью внутренней поверхности - активные угли, цеолиты, силикагели.

Криоадсорбционные насосы погружного типа используются для ра­боты в низком вакууме а заливного - для работы в высоком вакууме, рис. 2.31.

Разница в конструкции состоит в том, что сосуд Дьюара 4  для  размещения криоагента 5  в насосах  погружного типа выполняют сьемным, а в насосах заливного типа вакуум,  создаваемый самим насосом, используется для теплоизоляции. Нагреватель 3 служит для регенерации адсорбента после его насыщения  откачиваемым газом.  Адсорбент 1 для предотвращения загрязнения и улучшения условий охлаждения помещается внутри по­ристого металлического фильтра 2.

рис. 2.31.

В полость 2 криоконденсационного насоса, рис. 2.32., заливается низкотем­пературный криоагент (жидкий гелий или водород), в полость 3 - высокотемпературный криоагент  (жидкий азот). Экраны 1 защищают поверхность сосуда с низкотемпературным криоагентом от излучения стенок  насоса,  не  препятствуя проникновению откачиваемого газа к охлаждаемой поверхности.

Температура кипения при атмосферном давлении гелия - 4,2 К, водорода - 20,4 К, азота - 77 К.

Рис. 2.32.

Ионно-сорбционные насосы

При ионно-сорбционной откачке используют два способа поглоще­ния газа: внедрение ионов в объем твердого тела под действием электрического поля и химическое взаимодействие откачиваемых газов с тонкими пленками активных металлов.

Насос с независимым распылением активного металла состоит  из корпуса 6, рис. 2.33. Электроны,  вылетающие  из термокатода 1, направляются на распылитель 4  и анодную сетку 2, к которым  приложено высокое напряжение.  Электронная бомбардировка  распылителя греет его  до температуры испарения находящегося в нем активного металла. При этом электро­ны, направляющиеся к анодной сетке, совершают до попадания в нее несколько колебаний, ионизируя путем соударений молекулы остаточ­ных газов. Управляющая сетка 3 служит для поддержания постоянства эмиссионного тока. Ионизированный газ хорошо сорбируется активным металлом, напыленным на поверхность стенки корпуса, и ионной от­качкой путем внедрения положительных ионов в стенку корпуса.

Рис. 2.33.

2.5. Измерение газовых потоков и давлений

Вакуумметры

Область давлений, используемых в современной вакуумной техни­ке, 10⁵...10^-12 Па. Измерение давлений в таком широком диапазоне нельзя обеспечить одним прибором. Приборы для измерения общих дав­лений называют вакуумметрами. Они обычно состоят из двух частей: манометрического преобразователя и измерительной установки. Ваку­умметры измеряют общее давление газов в вакуумной системе.

По методу измерения разделяются на абсолютные и относитель­ные. Показания абсолютных приборов не зависят от рода газа и могут быть заранее рассчитаны. В приборах для относительных измерений используют зависимость параметров некоторых физических процессов, протекающих в вакууме, от давления. Они нуждаются в градуировке по образцовым приборам.

Диапазон рабочих давлений вакуумметров:

гидростатических - 10⁵...10 Па;                 деформационных - 10⁵...10^-1 Па;

компрессионных   - 10...10^-3 Па;                   тепловых          - 10³...10^-1 Па;

электронных          - 10...10^-8 Па;                  магнитных        - 10...10^-11 Па.

радиоизотопных   - 10⁵...10^-2 Па;

Деформационные преобразователи

К ним относятся трубчатые и мембранные преобразователи, рис. 2.34. Линейность показаний этих приборов сохраняется при небольших деформациях, поэтому приборы измеряют давления, лежащие в пределах  2...3 порядков.

                

Рис. 2.34.

Гидростатические преобразователи

Простейшими гидростатическими преобразователями являются жид­костные манометры с открытым и закрытым коленом. В качестве рабо­чей жидкости применяется масло, диапазон рабочих давлений 10⁵ ...10 Па, и ртуть, диапазон рабочих давлений 10⁵ ...10³ Па. Мано­метры с открытым коленом удобны для измерения давлений, близких к атмосферному. В манометре с закрытым коленом перед заполнением ра­бочей жидкостью получают давление Р_ср=0, что позволяет непосредс­твенно измерять абсолютное давление газа в вакуумной системе. В этом случае показания прибора не зависят от атмосферного давления. При измерении малых давлений манометр с закрытым коленом имеет меньшие габариты, чем манометр с открытым коленом.

Гидростатические манометры с предварительным сжатием газа на­зываются компрессионными.  Диапазон измерения компрессионных мано­метров 10...10^-3 Па.

Тепловые преобразователи

Принцип действия тепловых преобразователей основан на зависи­мости теплопередачи через разреженный газ  от  давления. Передача теплоты происходит от тонкой металлической нити к баллону, находя­щемуся при комнатной температуре. Металлическая нить нагревается в вакууме путем пропускания электрического тока.

Существует два вида тепловых преобразователей: термопарный и сопротивления, рис. 2.35. Оба имеют одинаковую чувствительность к различным газам.

        

Рис. 2.35.

Оба преобразователя могут работать как в режиме постоянного тока накала, рис. 2.36, так и в режиме с постоянной температурой нити, рис. 2.37.

       

Рис. 2.36.                                               Рис .2.37.

Электронные преобразователи

Принцип действия основан на пропорциональной зависимости меж­ду давлением и ионным током, образующимся в результате ионизации термоэлектронами остаточных газов. Существуют две схемы: с внут­ренним и внешним коллектором.

Схема с внутренним коллектором аналогична обычному триоду, рис. 2.38. Коллектором ионов является сетка,  на которую относительно  катода подается отрицательное напряжение в несколько десятков вольт, а на анод - положительное напряжение 100-200 В.  Электроны на  пути  от катода к аноду (ток Ie) соударяются    с молекулами остаточных  газов, и  образовавшиеся положительные  ионы попадают на сетку, создавая ионный ток Iи, измеряемый гальванометром.

Рис .2.38.

В схеме с внешним коллектором потенциалы сетки и анода меня­ются местами, и коллектором становится анод, рис.2.39. Электроны, летящие от катода к сетке, совершают вокруг ее витков ряд колебаний, что уве­личивает длину траектории электронов и повышает вероятность иони­зации молекул остаточных газов. Это делает схему с внешним коллектором более чувствительной, несмотря на то, что часть положительных ионов, образовавшихся между сеткой и катодом, не участвует в измерении давления

Рис. 2.39.

Магнитные преобразователи

Принцип действия магнитных преобразователей основан на за­висимости тока самостоятельного газового разряда в скрещенных маг­нитном и электрическом полях от давления. Применяют несколько ви­дов электродных систем, обеспечивающих поддержание самостоятельно­го газового разряда при высоком вакууме.

Ячейка Пеннинга, рис.2.40, состоит из двух дисковых катодов 1 и цилиндрического анода 2. Электроны, вылетающие из анода в результате автоэлектронной эмиссии, движутся по спиральным траекториям между катодными пластинами. Магнитная индукция В выбирается больше критического

Рис. 2.40.

значения, соответствующего ра­венству диаметра электрода и диаметра окружности, по которой дви­жется электрон. При соударении с молекулой остаточного газа элект­рон теряет часть энергии на ее ионизацию и перемещается в радиаль­ном направлении к аноду. Образовавшиеся положительные ионы движутся к катоду, образуя ионный ток I_и. Соударение положительных ионов с катодом приводит к образованию вторичных электронов, ток которых пропорционален ионному.

Таким образом, разрядный ток магнитного преобразователя I_р=I_ф+I_и+I_в, где  I_ф - фоновый ток автоэлектронной эмиссии;  I_в - ток вторичной электронной эмиссии.  Ток автоэлектронной эмиссии не зависит от давления,  ионный ток и ток вторичной эмиссии от давле­ния зависят, I_и+I_в=аРⁿ, где а=0,1...0,01 А/Па и n=1...1,4 - посто­янные.

Кроме ячейки Пеннинга применяют магнетронные преобразователи, рис. 2.41, в которых катоды соединены стержнем, и инверсно-магнетронные, в которых центральный стержень - анод, а наружный цилиндр – катод.

Рис .2.41.

Преимущество магнитного преобразователя перед электронным - более высокая надежность, т.к. применен холодный катод. Недостаток - нестабильности, связанные с колебаниями работы выхода электронов при загрязнении катодов.

Радиоизотопные преобразователи

В радиоизотопных преобразователях для ионизации  газа используется  α-, или  β-излучение радиоактивных изотопов.  Преобразователь состоит из стержневого коллектора 1, цилиндрического анода 2 и радиоизотопного источника 3, рис. 2.42.

Рис. 2.42.

Вылетающие из радиоизотопно­го источника α- частицы,  соударяясь  с молекулами остаточных газов, образуют по­ложительные ионы,  которые  под действием разности потенциалов между анодом и коллектором направляются к коллектору, вызывая в цепи ионный ток, пропорциональный давлению.

Стабильность работы прибора обеспечивается независимостью ра­диоактивного распада от температуры и воздействия газов. Поэтому данный прибор считается одним из лучших для измерения вакуума.

Газоанализаторы

Измерители парциальных давлений, как и измерители общих дав­лений, характеризуются нижним и верхним пределами измеряемых пар­циальных давлений, чувствительностью, а также свойственным только им параметром - разрешающей способностью.

Измерение парциальных давлений в вакуумных системах в настоя­щее время осуществляют двумя методами: ионизационным и сорбцион­ным.

Ионизационный метод основан на ионизации и разделении положи­тельных ионов в зависимости от отношения массы иона к его заряду. Сорбционный метод использует анализ адсорбированных газов.

Принцип действия магнитного газоанализатора (масс-спектромет­ра) основан на прстранственном разделении моноэнергетического пучка ионов в однородном поперечном магнитном поле, рис. 2.43.  Ионообразование  осуществляется

Рис. 2.43.

электронной  бомбардировкой  нейтральных  газовых  молекул  в ионном источнике 1 за счет тока эмиссии, i_э. Ионный  источник  находится под отрицательным потенциалом относительно земли,  выталкивающим ионный пучок i₊ в пространство дрейфа со  скоростями  v~(q/m)0,5.  В  пространстве дрейфа действует поперечное магнитное поле с индукцией В, под воз­действием силы Лоренца F₁=qvB положительные ионы движутся в направлении, определяемом правилом левой руки, по окружностям посто­янных радиусов R. При этом центростремительная сила Лоренца урав­новешивается центробежной силой F₂=mv²/R. Из условия равенства сил F₁=F₂ найдем радиус траектории ионов:

R=mv/(qB).                                                     (2.16)

В результате на коллектор 3 попадают только те ионы, радиус которых соответствует положению щели в диафрагме перед коллекто­ром. Изменяя радиус траектории иона R за счет изменения ускоряюще­го напряжения или индукции В, можно обеспечить попадание на кол­лектор ионов с различными массовыми числами. Ионный ток регистри­руется прибором 2.

Чувствительность масс спектрометра возрастает при  увеличении ширины щелей. Верхний предел рабочих давлений 0,01 Па определяется постоянством коэффициента чувствительности, нижний 10^-8Па - фоно­выми токами.

Для проведения анализа с помощью метода сорбции в камеру с исследуемым газом, имеющую обычный манометрический преобразова­тель, помещают прогреваемую прямым пропусканием электрического то­ка вольфрамовую нить. Перед началом работы ее обезгаживают прогре­вом до 2500 К. После охлаждения на ее поверхности адсорбируются молекулы остаточных газов. При нагревании нити происходит десорб­ция газов и давление в камере повышается, причем десорбция различ­ных газов происходит при разной температуре нити. Для повышения чувствительности прибора необходимо увеличивать адсорбирующую по­верхность. Если адсорбирующую поверхность охладить, то можно про­вести анализ газов с малой теплотой адсорбции.

Измерение газовых потоков

Газовый поток - это масса газа, проходящая в единицу времени через заданное сечение элемента вакуумной системы. Потоки индиви­дуальных веществ можно измерять также количеством молекул газа, проходящих через заданное сечение элемента вакуумной системы в единицу времени. Единица газового потока кг/с, или при постоянной температуре газа м³Па/с.

Стационарный поток газа можно записать в виде

Q = U(Р₁-Р₂),                   (2.17)

где U - проводимость вакуумной  системы.

Данное уравнение можно использовать для измерения стационар­ных газовых потоков методом двух манометров по перепаду давления на вакуумном элементе известной проводимости.

Другое выражение для определения как стационарных, так и нестационарных газовых потоков можно записать в дифференциальной форме:

                                                   (2.18)

В соответствии с этим уравнением для измерения газовых пото­ков используют два метода: постоянного давления и постоянного объ­ема. При р=const поток газа Q=pdV/dt, а его измерение осуществляется по скорости изменения объема газа при постоянном давлении.

Описанные методы считаются абсолютными. Косвенные методы - тепловые, радиоизотопные, ионизационные - нуждаются в градуировке по абсолютным методам.

Метод двух манометров

Метод двух манометров основан на измерении перепада давлений на элементе с известной проводимостью. Может применяться для изме­рения производительности и быстроты действия вакуумных насосов.

        Поток газа, откачиваемый насосом 5, измеряется по перепаду давлений на диафрагме 3 известной проводимости U, рис.2.44. Диафрагма установлена в измерительном колпаке 6. Давления Р₁ и Р₂ измеряются соответственно манометрами 2 и 4. Регулировка потока газа осуществляется с помощью натекателя 1, подключенного к вспомогательной вакуумной  системе. Рабочее давление вспомогательной вакуумной системы больше, чем основной. Производительность насоса, или газовый поток, рассчитываются по уравнению (2.17), а быстрота откачки

S = Q/Р₂ = U(Р₁ - Р₂)/Р₂.            (2.19)

Для расширения пределов измерения проводимость диафрагмы ме­няют, например, применяя ирисовую диафрагму, или поворотные диски с отверстиями различных диаметров.

Рис. 2.44.

Метод постоянного давления

1. С использованием жидкостной бюретки

Давление в измерительном обьеме 5  жидкостной бюретки 6 P_изм=P_в-pgh, где

P_в - давление внешней среды; ρ - плотность жидкости; h - разность уровней,

рис .2.45.

Рис. 2.45.

Если Р_в>>рgh, то можно считать, что Р_изм=const, тогда Q=P_измDV/Dt= К_бР_измDh/Dt; К_б=pR²_изм - постоянная бюретки.  Кран 4 нужен,  чтобы опустить обьем жидкости в бюретке, и повторить измерения. Натекатель 3 - для регулирования по­тока газа. Бюретку обычно заполняют вакуумным маслом.

2. Метод газовых пузырей

При вытекании газа из обьема 2 в  обьем 1, рис.2.46., при Р₂>Р₁ газовый поток может быть рассчитан по скорости dN/dt возникновения и обьему V_п  газовых пузырей 4, возникающих в жидкости 3: Q = V_пєР₁єdN/dt.         Вакуумирование пространства над жидкостью увеличивает чувствительность измерения, т.к. сопровожда­ется увеличением обьема пузырьков.

Рис. 2.46.

                          Метод постоянного обьема

       Насос 1 и клапан 2 используют для получения вакуума в обьеме 3. В процессе измерения клапан 2 закрывается, рис. 2.47. Газ из баллона 6 через

Рис. 2.47.

натекатель 4, поступающий в обьем 3, вызывает увеличение давления Р. Если поток газа постоянен, то происходит линейное повышение давления (кривая 1).

По скорости повышения давления определяют газовый поток Q=VdP/dt.

В момент прекращения откачки вакуумной камеры (t=0) в ней возникает газовыделение адсорбированных газов, приводящее к нелинейному повышению давления (кривая 2), рис. 2.48. Суммарное изменение давления идет согласно

Рис. 2.48.

кривой 3. Для надежного измерения потока методом  постоянного  объема газовыделение должно быть мало по сравнению с измеряемым газовым  потоком.  Этого  можно  достичь длительной предварительной откачкой вакуумной камеры.

Методы измерения газовых потоков, точность которых может быть обеспечена только после предварительной градуировки, называются косвенными. Чувствительность по потоку приборов для косвенных из­мерений K_Q=a/Q, где a - показания прибора в делениях самой чувствительной шкалы; Q - газовый поток, определенный абсолютным мето­дом. В процессе градуировки определяется диапазон потоков, в котором сохраняется линейность градуировочной характеристики.

Проверка градуировки в процессе эксплуатации осуществляется с помощью калиброванных течей.  Например, в стеклянный баллон 1, заполненный гелием  при  давлении 10⁵ Па, впаяна через переход  2 кварцевая трубка  3, рис. 2.48. Гелий диффундирует сквозь плавленый  кварц, величина потока 10^-6...10^-9 м³∙Па/с.

Рис. 2.49.

Тепловой метод

Теплопередача в области низкого вакуума при вынужденной конвекции зависит от скорости течения газа, а температура нагретой нити, следовательно, от потока газа. Градуируют тепловой потокомер по абсолютному прибору.

Методы течеискания

При изготовлении вакуумных систем из-за пор или трещин в ма­териалах возможно появление течей. Из-за малых размеров дефектов, вызывающих течи, обнаружить визуально их практически невозможно. Для определения места течей разработаны следующие методы течеиска­ния: а) пробного газа; б) высокочастотного разряда; в) люми­несцентный; г) радиоизотопный; д) пузырьковый.

Метод пробного газа получил наиболее широкое распространение, рис. 2.50.

Рис. 2.50.

После получения вакуума в испытуемом объекте место, проверяемое на наличие течи, обдувается пробным газом, который через    дефект начинает поступать в обьект и регистрируется масс-спектрометром. Для предотвращения повышения давления проверяемый объект должен находиться под непрерывной откачкой. Основным пробным газом является гелий. Он безопасен в работе, хорошо проникает через течи, у него низкая адсорбируемость.

При использовании метода пробного газа следует учитывать инерционность испытаний и невысокую точность нахождения места те­чи. Для уточнения места поверхность покрывают специальной вакуум­ной замазкой, которая в момент прекращения проникновения пробного газа фиксирует место течи. Так можно определить координаты места течи с точностью до нескольких миллиметров.

Вместо пробных газов иногда используют пробные жидкости - спирт, эфир, бензин, ацетон. При этом время проникновения жидкости может достигать нескольких часов. Поэтому пробные жидкости исполь­зуют для индикации грубых течей при высоких давлениях.

Метод высокочастотного разряда заключается в том, что при приближении электрода высокочастотного трансформатора к месту течи образуется направленный разряд. Появление разряда связано с пони­жением давления воздуха в месте течи и улучшением условий электри­ческого пробоя газового промежутка. Этот метод удобен для опреде­ления течей в стеклянных вакуумных системах.

Люминесцентный метод использует проникновение раствора люми­нофора в капиллярные течи. Проверяемый обьект длительное время вы­держивается в растворе люминофора. После удаления люминофора с по­верхности обьекта заполненные капилляры обнаруживаются в виде то­чек или полос при облучении ртутно-кварцевыми лампами. Люминофор дает желтое или красное свечение.

Радиоизотопный метод обнаружения течей состоит в том, что испытуемые обьекты в течение некоторого времени выдерживаются в атмосфере радиоактивного газа. После удаления радиоактивного газа и тщательной очистки поверхности от радиоактивных загрязнений из­лучающими остаются только негерметичные приборы. Метод применяется при автоматической проверке на герметичность малогабаритных полуп­роводниковых приборов.

Пузырьковый метод наиболее простой. В испытуемом обьекте соз­дается избыточное давление газа, и обьект погружается в жидкость. Диаметр пузырька в месте его образования равен диаметру капилляра. Воду без образования пузырьков можно нагреть до 80ºС, масло до 200ºС.

Герметичность вакуумных систем

Требования к герметичности вакуумных систем формируются с учетом условий их дальнейшей эксплуатации. В техническом задании на разработку вакуумной системы, работающей под непрерывной откач­кой, задается рабочее давление Рраб, при котором должен осущест­вляться технологический процесс. Для обеспечения эффективного использования откачных средств необходимо обеспечить предельное давление

Р_пр≥0,1Р_раб.                                           (2.20)

Если вакуумная система хорошо обезгажена и газовыделением можно пренебречь по сравнению с натеканием, тогда допустимый газо­вый поток, поступающий через все течи, имеющиеся в вакуумной уста­новке,

Q_н≤P_пр∙S_о=0,1P_раб∙S_о,                                    (2.21)

где S_о - быстрота откачки обьекта.

Если технические требования связаны с поддержанием не общего, а парциального давления Рп какого-то компонента смеси, содержание которого равно g, то

Q_н≤0,1∙Pп∙S_o/g.                                     (2.22)

В вакуумных системах объемом V, работающих в течение времени t без непрерывной откачки, для допустимого возрастания давления Р газовый поток

Q_н≤V∙DP/Dt.                                        (2.23)

Если требования ставятся по парциальным давлениям, то анало­гично (2.21) получим

Q_н≤V∙DP/(Dtg).                                      (2.24)

При совпадении условий испытаний на герметичность с рабочими условиями уравнения (2.21)...(2.24) определяют требования к поро­говой чувствительности испытаний. Если контроль на герметичность производится с помощью пробного газа или при другой

 температуре и перепаде давлений, то требования к пороговой чувствительности не­обходимо уточнить по уравнению

                 (2.25)

Q_п DP_пєU_п

_{---- = -------,                                                                                   (2.25)}

Q_в DР_вєU_в

где U_в,  U_п - проводимость течи по воздуху и пробному  газу,  ∆Р_в,

∆Р_п - перепад давлений по воздуху и пробному газу.

Аппаратура для определения герметичности

Наиболее широко применяется масс-спектрометрический течеиска­тель, обладающий самой высокой чувствительностью, рис.2.51. Минимальные

Рис. 2.51.

Рекомендуем посмотреть лекцию "13 Медь".

обнаруживаемые течи равны 10^-13 м³∙Па/с. Электроны, эмитируемые като­дом 9, попадают в камеру ионизации 8. Источник питания катода 11 подключен к анализатору через фланец 10. В случае негерметичности вакуумной системы, обдуваемой пробным газом, молекулы гелия через фланец 5  проникают в камеру ионизации. Положительные ионы гелия  ускоряющим напряжением направляются в камеру магнитного анализатора 6. Ускоряющее напряжение  Еу  и магнитная индукция В подбираются таким  образом,  чтобы  ионы гелия,  прошедшие через входную щель 7, двигаясь по траектории 4, попали в выходную щель 2. Остаточные газы по траектории 3 раз­ряжаются на стенках анализатора. Коллектор ионов 1 соединяется че­рез электрометрический каскад с блоком усиления и измерения ионно­го тока.

В отличие от анализаторов парциальных давлений, которые долж­ны иметь высокую разрешающую способность и перестраиваться на раз­личные массовые числа, датчик течеискателя настраивается только на пробный газ. При этом входная и выходная щели могут быть расшире­ны, что увеличивает чувствительность течеискателя. Этот способ по­вышения чувствительности можно применять для гелия, не имеющего в составе воздуха веществ с близкими массовыми числами.

Течеискатель подключается и испытуемому обьекту, рис.2.52., с помощью фланца 1. Для предварительной градуировки может применяться гелиевая течь 12, подключенная через клапан 13.  Для дросселирования больших потоков,  поступающих в течеискатель, служит клапан-натекатель 2. Ловушка 3 с насосом 10, подключенным  через  клапан 11, используется  для  создания рабочего давления 10  Па, измеряемого  преобразователем  4  и необходимого для  работы  масспектрометрической камеры        5.

Рис .2.52.

Форвакуумный насос 8 обеспечивает через клапан 9 работу высокова­куумного пароструйного насоса 10 и через клапан 6 - байпасную откачку камеры 5.  Работоспособность насоса 8 можно определить с по­мощью манометра 7.  Вакуумная система течеискателя предназна­чена для откачки масс-спектрометрической камеры  и,  как  правило,  не  может  быть использована для откачки испытуемого объекта, который должен иметь собственную откачную систему.