Щука А.А. Электроника (2005), страница 8

В их конструкции предусмотрен нагрев рабочей жилкости (вакуумное масло илн ртуть1 до парообразного состояния. Пар поступает к соплу, из которого он с большой скоростью вытекает в рабочую камеру в виде расхолящейся струи. Откачиваемый газ также поступает в камеру, захватывается струей и увлекается к охлаждаемым стенкам рабочей камеры. Рабочий пар конденсируется, и конденсат возвращается к нагревателю. Откачиваемый газ выбрасывается к насосу предварительного разряжения.

В зависимости от механизма увлечения газа струей различают бустерные и диффузионные высоковакуумные насосы. В бустерных насосах увлечение газа струей осуществляется за счет вязкостного трения между паром и газом, а также за счет диффузии газа в струю. В диффузионных насосах увлечение газа струей осуществляется целиком за счет процесса диффузии молекул газа в струю. Современные вакуумные пароструйные насосы представляют собой многоступенчатую конструкцию с общим испарителем и общим паропроводом для питания сопел отдельных ступеней. Коггструкция трехступенчатого лиффузионного пароструйного насоса представлена на рис.

2.5. рис. 2.В. Схема трехступенчатого диФФуэчсннсгс насоса и. Физика и техника вакуума Высоковакуумные пароструйные насосы позволяют производить откачку в пределах 1О' — -10 'мм рт. с . Птметим, что использование паромасляных насосов не позволяет получить вакуум без радикалов. Применение парортутных диффузионных насосов позволят получить "чис- тый" вакуум. -5 -и Для получения вакуума в пределах 10 — -1О мм рт. ст. применяют низкотемпературные ловушки. К другому типу откачных средств относятся насосы, в основе работы которых .лежат фи- зико-химические методы получения вакуума. Хемосорбционная откачка осуществляется путем поглощения газов поверхностью метал- лов: ТК Хг, Та, Ва, Мо, %, Нб В сорбционном насосе, действие которого основано на поглощешш откачиваемого газа поверхностью поглотителя или сорбента газов, в качестве поьнотителей используются пористые вещества с сильно развитой поверхностью (актнвированный уголь.

цеолит, си- ликагель), Такой безмаслянный способ откачки основан на способности сорбента поглощать значи- тельные количества газа при его охлаждении до сверхнизких (азотных) температур. На- сьнценные газом пористые сорбенты после прогрева практически полностью восстанав- ливают свои сорбционные свойства, Конструктивно цеолитовый насос состоит из цилин- дрической капсулы, заполненной сорбентом, которая связана с откачиваемым объемом.

При погружении капсулы в сосуд Дьюара происходиз откачка. Регенерацию сорбента производят с помощью электронагревателя. Цеолитовые насосы позволяют получить ва- куум в пределах 10 = — 10 мм рт, ст. В другом типе сорбционных насосов поглотцающую поверхность создают напылением химически активного металла, активно реагирующего с большей частью газов. По спосо- бу получения поглощающей пленки различают испарительные гезтерные ионные насосы 1ГИН) и магниторазрядные, Работа конно-геттернь|х насосов (ГИН) основана на совмещении в одной конструкции двух параллельно протекающих процессов.

Это процесс поглощения газов периодически нли непрерывно наносимой пленкой активного вещества и процесс откачки инертных газон и углеводородов за счет ионизации и улавливания положительных ионов отрица- тельно заряженными ловушками насоса. В качестве поглощающей пленки используется титан, напыляемый на внутреннюю охла- ждаемую стенку насоса. Ионизация откачиваемого газа осуществляется электронами, испускаемыми накаленным катодом и направляющимися к анодной системе, и коллекто- роч ионов, в качестве которого служит корпус насоса. т)тличительными качествами таких насосов являются их длительная работа без смены нспарнтелей, наличие внутреннего нагревателя, позволяющего сокращать время на запуск ~асоса.

т!редельный вакуум в этом типе насосов может достигать значений порядка мм )тг. ст. оолее высокий вакуум достигается с помощью насосов орбитронного типа. Эти насосы являются продолжением усовершенсзвования конструкции ГИН. С целью увеличения пУти движения электронов они направляются по эллиптическим спиралеобразным орби- там. Это позволяет повысить эффективность ионизации остаточных ~азов и увеличить быстро~у откачки.

В таких насосах можно получить вакуум до 1О о мм рт. ст. Часть ). Вакуумная и плазменная электроника к этому же типу относятся магниторазрядные насосы, работа которых основана на процессах поглощения газов титаном, который распыляется высокочастотным разрядом в магнитном поле, Конструктивной основой магнигоразрялных насосов являются ячейки Пеннинга, состояпгие из двух параллельных пластин-катодов и цилиндрического анода.

Ось анода располагается перпендикулярно католам и параллельно вектору индукции магнитного поля грис. 2.6). Магнитное поле напряженностью до \500 Э создается оксидно-бариевыми постоянными магнитами. При приложении напряжения между электродами возникает газовый разряд. Элелтроны движутся по спираги вдоль магнитных силовых линий, ионизируя газ на своем пути. Образующиеся положительные ионы бомбарлируют катод и распыляют титан, находящийся на катодных пластинах. Активные газы в процессе химсорбции оседают на пленке титана. Инертные газы внедряются в материал катода. б) а) Рис. 2.В. Конструкция мвгниторвзрядного насоса (в] н ячейки Пвннннгв 1д). А — анод; К вЂ” катоды;  — вектор магнитной индукции Благодаря отсутствию в насосах этого типа накаленных и движущихся частей, а также рабочей жидкости они обладают высокой надежностью, большим сроком службы, и не выхолят из строя при аварийном попадании атмосферы в вакуумную систему.

Магниторазрядные насосы предназначены для работы в области высокого и сверхвысокого вакуума и позволяют получить остаточное лавление порялка 1О мм рт, ст. -~О Криогенные насосы работают на использовании процессов вымораживания остаточных газов при температуре стенок, близких к гслиевой температуре 14,2 К), С помощью такого типа насосов давление остаточных газов в системе достигает значений 10 к — 10 ~о мм рт ст, 2.3.

Методы измерения вакуума Способы измерения вакуума являются самостоятельным разделом вакуумной электроники, поскольку необходимо измерять давления в диапазоне ниже атмосферного от тбтО -11 к ло 1О мм рт. ст. (1О' — 10 Па). Универсального метода измерений, охватывающего этот диапазон давлений, не существует. Поэтому исследуются различные физические явлении и эффекты, на основе которых и разрабатываются методы измерений вакуума. г, Физика и техника вакуума Пидростатнческие Ь-образные вакуумметры относятся к абсолютллым маномелт)там, позволяющим непосредственно измерять лавление.

Констру'кция жидкостных манометров представляет собой сдобразную трубку с сообщающимися коленами, которые заполнены ртутью или вакуумным маслом с низким значением упругое~и пара. Процесс измерения давления сводится к измерению разности уровней жидкости в коленах, одно нз которых соединено с измеряемым обьемом. Диапазон излзеряемых давлений лежит в прелелах 760 — 10 мм рт.

ст. П деформацнонном вакуумметре давление измеряется тю деформации упругого датчика типа мембраны или сильфона. Опорным давлением служит атмосферное давление. К абсолютным вакуумметрам относятся компрессионный тип, например манометр Мак))еода, использующий закон Бойля-Мариотта)тт = сопзц все остальные типы вакуумметров относятся к относительным манпметран, в которых измеряются физические параметры в зависимости от давления, и в дальнейшем градуируются по абсолютным образцовым вакуумметрам. Принцип действия тегмовых преобразоеатеяек основан на зависимости теплопроводности разреженного газа от давления, Передача тепла происхолнт от нагреваемой электрическим током тонкой металлической нити к баллону, нахолящемуся при комнатной температуре.

Уравнение теплового бачанса такого прибора можно представить в следующем виде: тн Д = Ек " Ет ' Ел + Еэи 2 (2.22) тле )к — ток, прохолящий через нить; И вЂ” сопротивление нити; Ех, Ет, Ек, Ем — соответствующие значения потерь ~сила за счет конвекцни, теплопроводности газа, излучения нити и теплопроводности материача нити. Конвективным теплообменом в области среднего и высокого вакуума можно пренебречь, т..Е ° =О.

Потери тепла за счет теплопроводности через газовый промежуток Е, и~„(Г„-т,,.)А, (2.23) тле яс — коэффициент теплопроводности газа, А — сечение нити. )з области высокого вакуума коэффициент теплопроводности пропорционален давлению газа (2.24) к, = К, тт, — коэффициент пропорциональности. Потери тепла излучением и конвективным теплообменом: Ед = Ктт),2;' ть);,'.)А, 'дссь А — площадь поверхности нити; Кк — коэффициент излучения материала нити; 'Г н " )ь — соответственно температуры нити и баллона.

~силовые потери нити за счет передачи теплоты по материалам нити и электродов, со- единяющих нить с корпусом преобразователя, Е, =) (1и Еь)А» где ) — — коэффициент теплопроводности материала нити, А, . — сечение нити. Часть 7. Вакуумная и плазменная электроника 4Р Гогда измерительное уравнение теплового преобразователя с учетом уравнений (2.22), (2 25) и (2.24) можно записать так: )о)7 Фп ь Ем) р= (2 15) К? (7н — 7;,) более точное измерение давления может быть достигнуто при условии, чтобы Ек составляло значительную долю от Ен ч.

Екв т, е. чтобы сумма Ек ж Ен была существенно меньше мощности 7,, й, выделяющейся в нкги манометра. Это условие определяет нижний предел измерений вакуума тегшовым преобразователем 7„)7-(ń— Е„,) >О,ОН),,77 . Из уравнения (2.25) видно, что давление является функцией лвух переменных: тока накала 1„и температуры нити 7е. Существует два метода работы тепловых манометров: в режимах постоянной температуры нити и постоянного тока накш|а.