К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 110
Текст из файла (страница 110)
Давление различных газов вычисляют по показаниям вакуумметров по формуле (3.2.1). Магнитные электроразрядн ы е в а к у у м м е т р ы. Простейший магнитный элекгроразрядный преобразователь давления представшет собой помещенную в магнитное поле двух электродную систему (катод и анод). В системе возникает самостоя- тельный разряд при высоком напра:кенни между ее электродами. Существуют три типа преобразователей, различающиеся по взаимному расположению элеюрического и магнитного полей (рис. 3.2.42). Наиболее распространены преобразователи инверсно-магнетронного типа. В общем случае нх градуировочнзя характеристика имеет вид где г - сила измеряемого тока, А; Ю - абсолютная чувствительность, А/Па; л — показатель степени (в зависимости от типа преобразователя л = 0,9 ...
1,7). Вакуумметры позволяют измерять давление 10-гз — 102 Па. Верхний предел измерений определяется балластным сопр опылением, ограничивающим разрядный ток во избежание перехода разряди в дуговой. Нижний предел ограничивается возможностью зажигания и поддержания разряда, его нестабильностью и фоновыми токами. Недостатками вакуумметров явшются нелинейность нх грздуировочных характернспек, плохая "зажнгвемость" разряда при низком давлении, несгабильносп разряда, большая погрешность измерения.
Однако вакуум- метры получили очень широкое применение в вакуумном технологическом оборудовании благодаря высокому сроку службы из-за МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВАКУУМНЫХ И ГАЗОВЫХ СРЕД 337 3.2.14. Технические харавтеристияи магнитных элеятреразрядиых юи(уумметрев отсутствия накаленных электродов и возможности разборки преобразователей, что позволяет проводить периодически механическую очистку электродов. Выделяемая в преобразовшелях тепловая энерпи (мощность) мала, что позволяет применять их в криогенных системах. Быстрота откачки (3 10 з - 3 104 мз/с) преобразователя выше, чем ионизационного. На базе магнитных электро разрядных преобразователей разработаны специальные вэхуумметры, работающие в среде паров вакуумшах масел (самоочищающиеся вакуумметры) и вакуумметры-течеискпели.
Давление различных газов рассчитывают по формуле (3.2.1). Технические харюаеристики вюгуумметров приведены в табл. 3.2.14. Анализаторы состава газовых сред. Масс-спектрометрические газоанали затор ы. В вакуумном оборудовании состав газовой среды и парциальные давления ощельных ее компоненюв определяют с помощью масс-спекгрометрических газоанализаторов (МСГ). МСГ предстаюшет собой массспектрометр без собственной вакуумной системы, состоящий из первичного массспектрометрического преобразователя, устанюииваемого непосредспюнно в вакуумную систему оборудования, и измерительного комплекса, обеспечивающего требуемый электрический режим работы преобразователя, измерение и обработку его выходного сигнела. Принцип работы МСГ основан на ионизации молекул анализируемого газа и последующем разделении (сепарации) образовавшихся положительных ионов в пространстве или во времени по массовым числам.
Массовым числом иона М называют отношение массы иона т к его заразу е и выражиот в атомных единицах массы (а.е.м); 1 а.е.м. = 1/12 массы атома углерода. Заряд иона выражают числом зарядов электрона, поэтому для однозарядных ионов массовое число совпадает с молекулярной массой. Ионы определенной массы, на которую настроен МСГ, попадают на коллектор ионов и создаяп в его цепи ток, сила которого пропорциональна парцнэльному давлению газа с данной массой. Разделение ионов по массовым числам осущестюшется под действием электрических и (или) магнитных полей.
В статических МСГ разделение ионов происходит под действием постоянных электрических или магнитных полей, в динамических - под действием изменяющихся во времени электрических полей. МСТ различают по принципу разделения ионов (табл. 3.2.15). Изменением параметров нолей в преобразователе МСГ перестраиваегся на регистрацию ионов хрупы масс. В результате перестройки на коллектор поочередно поступают ионы всех массовых чисел, что обеспечивает регистрацию последовательного ряда пиков ионного тока, графическое изображение которого называют масс-спектром анализируемой омеси швов.
Все современные МСГ работают только при давлении, меньшем 10 з - 10 з Па. При большем давлении происходит падение чувствительности МСГ вследствие рассеяния ионов в анализаторе. Максимальным рабочим давлением считается давление, при котором отклонение от линейной зависимости между ионным током и соответствующим парциальным давлением достипют 10 %. Наименьшее опредаиемое парциальное дазление характеризуется порогом чувствительности.
Для большинства МСГ порог чувствительности состаюшет 10 10 э Па. Основными характеристиками МСГ юишютсг также разрешающая способность и диапазон анализируемых маос. Разрешающая способность р характеризует возможносп МСГ разделять ионы с близкими молекулярными массами и определяется как отношение массового числа М = т/е (т— масса иона) к наименьшему разрешаемому измененюо массового числа ЛМ = Ьгл/е, т.е.
р = И/ААГ. Основные технические характеристики МСГ приведены в табл. 3.2.16. Квадрупольные масс-спектрометры являются наиболее перспективными для применения в вакуумном машиностроении, так как позволяют не только измерять парциальные давления остаточных сред в широком диапазоне масс, но и осуществить контроль и управление технологическим процессом. Гааза З.Х ВАКУУМНЫЕ И ГАЗОВЫЕ СИСТЕМЫ 3.2.15. Классификация масс-спектрометркчесвих газоанализаторов Тгш масс- он схтромстрпчесхпх ппсаназпмтсрсз Принцип гззасхепиз ионов Пуан еисппс Статические гвзоавалвзаторы Панорамные (фарвитрон) В однородном поперечном маг- нитном поле С магнитным от- клонением Омегвтро нные Динамичесаме газашализатор Монополярные По времени пролета пространства дрейфа, свободного от электриче- ских и магнитных полей Время пролетные (хронотр он) Газовый анализ в промьшшенных установках, анализ молекулярных потоков в установках вакуумного нанесения пленок Радиочастотные В высокочастотных проколы~а)х злевхрических полях, образованных последовательно расположенными трехсеточными каскадами 3.2.16.
Технические характеристввм масс-свсятрометричесвих газоанализаторов В продольном электростатическом лоле с параболическим распреде- лением потенциала В высокочастотном злекгрическом и постоянном магнитном взаимно перпендикулярных полях В высокочастотном поперечном электрическом лоле, образованном четырьмя шшиндрическими параллельными электродами (квадрупольная линза) В высокочастотном поперечном электрическом поле, образованном цилиндрическим и угловым заземленным электродами Высокоточный количественный анализ созыва газовой среды в вакуумных установках Измерение парциального давления (преимущественно легких тазов), анализ физико- химических процессов в высоком вакууме Измерение парциального давле- ния в широком диапазоне масс, контроль и управление техно- логическим процессом Измерение парциального давле- ния в широком диапазоне масс, контроль и управление техно- логическим процессом Исследование газовой кинетики с контролем газовых процессов дантельно си.ю до нескольких мзгкросекугщ МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ 339 Рве.
3.2.43. Прввяваввивая схема ИВаврувешвеее наес-евааюегаза: 1 - исвяэетср (встсчввк ионов); 2 - диефрмма; 3- етериив (электроды) евезвэетора; 4- коллектор Квадрупольные масс-спектрометрические газоанализаторы. Разделение ионов по массовым числам проводится в квадрупольной линзе, состоящей из четырех параллельно расположенных стериией круглого сечения (рис. 3.2.43). Противолежащие стержни попарно соединены между собой, и на них подается постоянное напряжение б' и переменное напряжение высокой частоты ((соней т.ез е(У= + ((созэ().
траектория ионов, поступивших в квадрупольный фильтр из ионного источника, имеют колебательиый характер с возрастающей по времени амплитудой. В результате ионы пошшают на стержни, нейтрализуются на них и не доопцвют коллектора. Однако ионы, массовое число 212 которых связано с параметрами электрического по2и соотношением 23Г / е = 1,39 10 5(д фтг02)~, где (( - амплитуда высокочастотного напряжеши, В; Г- частота, МГц; 20 - радиус поли, м (2ф - зазор между противолежащими стервзгями), имеют амплитуду колебаний, меньшую л> Зги ионы доспавют коллектора и создают в его цепи ток, сила которого пропорционюьна парциапьноыу давлению газа с данным массовым числом. Развертку масс-спектра можно осуществлять изменением частоты или амплитуды высокочастотного напряжения. Как правило, развертку осуществляют изменением напряжения (при обеспечении постоянства их отношения), так как в этом случае шкала масс линейная.
Главными преимуществами кеалрупольннх МСГ яюиются: отсутствие магнитов, высокая разрешающая способность, линейность шкапы масс и постоянство наименьшего различаемого изменения массового числа ЛМ вппць до верхнего предела диапазона массовых чисел. э.зж метОды РАсчетА и ВЫБОРА ПАРАметРОВ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ В большиииве случаев расчет вакуумных систем сводится к расчету производительности при требуемом рабочем давлении и расчету времени откачки установки до заданного давления.
Разработка вакуумной системы ведется на основе анализа конкретного технологического процесса в следующем порядке: определшот вид и размер рабочей камеры, позволюощей разместить технолопиескую оонастку и управлять ее функционированием; если не задан поток рабочих газов, то его определяют и с учетом парциального и полного давлений выбирают типоразмер насосов, обеспечивающих откачку рабочей камерах определяют эффективную быстроту откачки Я1 и время дооискення заданного давления; разрабатывают принципиальную схему вакуумной системы с входящими в нее конструкционными элементами: насосами, ловушками, коммутирующей арматурой, соединительными коммуникациями и др.
В основу расчета вакуумной сисимы берется основное уравнение вюсуумной техники Яо = Я„(Г /(Я„+ (1), (3.2.2) пге ов - эффективная быстрота откачки объекта, мз/с; Яв - быстрота действия насоса, Ыз/с; 12 - проводимость трубопровода, мз/с. Анализ уравнения (3.2.2) показьиает, что при (г » Ги влияние трубопровода незначительно Н,Я) Ги.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
