Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок (1051250), страница 27
Текст из файла (страница 27)
1 При необходимости изм рать давление в диапазоне от 30 до 1 1О-з мм рг. сг. может применяться теплоэчектрическнй манометр сопротивлении типа МТ-6. Йнть начала этого манометра включена в одно из плеч моста сопротивлений. д В одну из диагоналей моста включен генератор переменного тока с частотой 3,4 кги, в другую 4 диагональ — усилитель, который при разбалансе моста в результате изменения давления управляет выходнылг напряжением генератора таким обра.
зом, что мост снова приходит в равновесие. Латчик работает в режиме постоянства температуры нити, которая равна 220' С. При изменении давления от 30 до 1 10-з мм рт. ст. ток накала нити датчика меняегся от 4 до 52 ма а напри>хе! ние — от 0,5 до 6 в. Погрешность измерения дав'- лении доходит до 40е)е. Ионизационные манометры с накаленным катодом.
Работа этих манометров основана на ионнзации молекул остаточных газов электронами, ле. тящнми от накаленного катода, а мерой давления служит ионный ток, измеряемый при постоянстве тока эмиссии катода. Выпускаемый отечественной промышленностью прибор ВИТ-1 использует ионн.
зационный манометр ЛМ-2 с цилиндрической конструкдией электродов, который может измерять давление в диапазоне 1 ° 10 а — 5 10 з мм рг. ст. Конструкция манометрической лампы ЛМ-2, являющаяся разновидностью электронной лампы, показана на рис. 2-32.
Накаленный катод 4 пспу. скает электроны, которые ускоряются по направлению к положительно заряженной сетке 3, играющей в данном случае роль анода. Электроны пролетают между редкими витками сетки, но отталкиваются отрицательно заряисенпым коллектором 2. Совершая колебательное движение около витков сетки, электроны сталкиваются с атомами и молекулами остаточных газов, производят их ионизацию н в конце концов уходят на сетку, Поло:кительные ионы притягиваются отрицательно заряженным ноллектором и отдают ему свой заряд.
Число образовавшихся ионов пропорционально плотности газа. Поэтому ток в цепи коллектора пропорционален давлению в системе, к которой присоединен баллон манометри!еской лампы. 138 Теория ионизацнонного манометра лает линейную зависимость межлу ионным током па коллектор и давлением в манометрической лампе прн усяовнн постоянсзва тока эмиссии. Чувствительность манометра зависит от природы газа, так как различные газы имеют различные потенциалы ионизация и неодинаконый ход кривых вероятности ионнзацин (число ионов, образуемых каждым электроном при длине пробега 1 см).
Использование в начестве источника электронов накаленного катода из тонкой вольфрамовой проволоки не дает возможности вести измерения прн давлениях больше 10-' мм рг, ст., так как прн этом в результате интенсивного химического разрушения катода последний перегорает в течение нескольких минут. Кроме того, при давлениях боец же 10 ' мм лт. сг.
у манометра ЛМ-2 линейность градуировочной крпвои нарушается. От этих недостатков свободен воздухостойкий ионизационный манометр, использующий плоскопараллсльную конструкцию электродов и иридиевый катод, покрытый двуокисью тория. Этот манометр способен измерять давление в диапазоне от 1О-а до 1 мм рг. ст. Нижний предел давлений, измеряемый манометром, обусловлен возникновением фонового тока эмиссии электронов с коллентора поп лействием падаинпего на него мягкого рентгеновского излучения, появляюгггегося при торможении испускаемых катодом электронов в материале сетки.
Фоновый ток (около 10 " а) искажает измерение давления на ба)е при 5 1О "" мм рт. ст. и на 25еэ при 1 1О " льи рт. ст. Верхний предел измеряемых давлений связан с появлением нелинейности градуирово!ных кривых (при р= =-1 мм рт. сг. отклонение от линейности составляет бей).
большим достоинством манометра, использующего нридиевый катод, является то, что он, находясь в накаленном состоянии, не выходит из строя даже в случае аварийного прорыва атмосферного воздуха в ва. куумную систему. В работе [Л. 56) приведена другая конструнция воздухостойкого ионизационного манометра на диапазон давления 1 — 1 10-' мм рт. сг., в которой в качестве катода используется ирилиевый керн, покрытый на эмиттирующем участке окисью иттрия. В манометре применена электродная система с взаимно пересенающимися электрическими полями анода и коллентора из трех параллельных дисков.
Верхний и нижний дяаки являются коллекторами ионов, а находящийся между ними дяск с овальным вырезом выполняет роль анода. Преимушества такой системы по сравнению с ранее описанной состоит в том, что изменение положения катода в процессе сборки и эксплуатзции не приводит к значительному разбросу градуировочных кривых отдельных манометров. Это позволяет использовать прн работе с манометрами типовую градуировочную кривую. Мерой давления в понизапнонном манометре является ионный ток (ь причем (г=К(,р, где /, — электронный ток; Л вЂ” давление газа; К вЂ” постоянная для данного манометра, зависящая от формы и размеров электродов и приложенного к ним напряжения.
Для того чтобы ионный ток был линейной функцией давления, необходимо стабилизировать напряжение на электродах манометра и электронный ток, Если первая задача решается сравнительно 139 просто, то ток эмиссии вследствие местных отравлений катода в условиях изменения давления газа и его состава не остается по. стоянным даже при неизменном такс накала, В обы пнях нонпза.
цнонных манометрах триодного типа катод работает в режиме насыщения, а стабилизация электронного тока обеспечивается за счет введения отрицательной абратнои связи между электронным током и током накала катода. Схема стабилизации эмиссии получается значительно проще и экономичнее, если вместо манометра триодиого типа попользовать тетрадный манометр, установив между катодом и аиодной сеткой еще одну дополнительную управляющую сетку )Л. 5П. Катод тетрадного манометра работает в режиме пространственного заряда, т. е. с запасом эмиссии. Стабилизация тока эьочссии осущесгвляется введением отрицательной обратной связи между электронныч током анодпон сетки и напряжением на управляющей сетке.
Степень стабилизации зависит от крутизны сеточной характеристики трнодной части манометра и сопротивления обратной связи, которое одноврелченно задает отрицательное смешение на коллектор. Предложенный принцип стабилизации тока эмиссии может быть использован в ионизационных манометрах, предназначенных для измерения как высокого, так и сверхвысокого вакуума. Дополонтсльпая сетка может быть использована также для получения пульсируюше. го тока в цепи коллектора ионов. Это дает возможность применять усилители переменного така, что в значительной мере упрощает электрическую схему вакуумметра. Манаметрическая лампа ЛМ-2 имеет чувствительность по 0,1 а)мм рт.
ст. Казалось бы, даже столь низкому давлению. как 10 'з мм рт. ст., должен соответствовать ток порядка 1О-и а, если считать, что линейная зависимость между величиной ионного тока и давлением не нарушается. Такой ток без особых затруднений может быль измерен при помощи современных усилителей постоянного тока. Одна~ко эксперименты, показали, что обыкновенным ионнзацианным манометром практнчески ие удается намерить давление ниже 5 10-а млч рт. ст. Причиной этого является коста!очный» ток коллектора под действием падающего на него мягкого,рентгеновского нзлученвя, новинка!ощего при торможении эмнттируемых катодом электронов в материале сетки.
Так как ионный ток на коллектор и электронный ток с коллектора во внешней цепи имеют одяо направление, то при помощи прибора, измерячощего ток в цепи коллектора, нельзя отлнчить непускание электронов от прихода положительных ионов, Таким образом, электронный гок с коллектора при давлениях порядка 5 1О ' млч рт. сг. п определяет собой нижний предел измерений ионизационного манометра. Для измерения сверхвысокого вакуума широкое применение нашел триадный ионизационный манометр обращенного типа (рис. 2-33). В этом манометре накаленный катод располагается внс цилиндрической сетки, а по ее оси натянут нитевидный коллектор ионов, поверхность которого примерно в 1 000 раз меньше поверности коллектора в триодпом манометре обычного типа. Благодаря этому на коллектор падает лишь незначительная доля рентгеновского излучения сетки, в результате чего величина его фонового тока резко уменьшается.
Положительно заряженная сетка создает патон. циальный барьер и уменьшает возможность вы.чета ионов из объема, заключенного внутри сетки. Для этой же цели иногда применяют цилиндрические экраны, закрывающие основание сетки. 140 Рис. 2-33. Триодцый ионизационный манометр обращенного тапа. à — катал: 3 — положительна зазв>ке пмя сетка, 3— ночлектоа кано». Отечественная промьчшленность выпускает иоиизационный манометр обращенного типа ИМ-12, предназначенный для измерения вакуума в диапазоне 10 ' †" млг рг. ст. Токовая чувствительность манометра по воздуху — 2,3 1О-з а)мм рт.
ст, Относительная чувствительносн манометра ИМ-12 к другим газам примерно такая же, как и для манометра ЛМ-2. Электродная система манометра заключена в стеклянный баллон и присоединяется к вакуумной системе через штенгель диаметром 20 мм. Для цельнометаллических сверхвысоковакуумных систем вместо манометра ИМ-12 может использоваться открытая конструкция манометра. Открытый манометр не имеет оболочки. Его электродная система аакреплена на металлическом фланце и непосредственно устанавливается в откачиваемом объеме.
Отсутствие соединительного трубопровода т между манометром и откачиваемым объемом исключает ошибки, возиикшо- г шве в результате перепада давлений на трубопроводе в результате сорбцни или 3 газовыделения. Обычно ионизационный манометр обращенного типа применяется только для измерения давлений нитке 1О-" мм рт.
ст. Однако иногда возникает необходимость одновременно использовать его и для измерения давлений спектральна чистых инертных газов вплоть до 1 мм рт. сг Схема включения манометра для измерения относительно больших давлений приведена в рабате !Л. 89). Питание сетки и катода осуществляется от стандартного вакуумметра, а на коллектор ионов подается переменное напряжение промышленной частоты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
