Розанов Л.Н. Вакуумная техника 1990 (1065500), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Для уменьшения фоновых токов и, следовательно, постоянной К был предложен преобразователь с осевым коллектором (рис. 6.9, б), в котором катод и коллектор поменялись местами, Это значительно уменьшило телесный угол, в котором рентгеновское излучение сетки попадает на коллектор. Это привело к уменьшению К, приблизительно в 10' раз по сравнению с конструкцией рис, 6.9, а и расширило нижний предел измерения давления до 10-н Па. Чувствительность К, можно увеличить, если поместить преобРазователь в магнитное поле (рис, 6.9, в).
Электроны от катода к аноду в этом случае движутся по спирали. В электронном преобРазователе с магнитным полем, создаваемым катушкой 2 и направленным параллельно оси анода 3, катод 4 — термоэлектронный, а коллектор 1 расположен в верхней части баллона. Такой преобразователь за счет увеличения чувствительности имеет ниж- 147 Таблица 61 Относительная чувствительность преобразователей о, со, твп преобразователя Аг ие 0,85 0,86 Электронный Магнитный Радиоизотопный 'з 1,4 1,2 0,16 0,15 0,21 0,43 0,43 0,23 1,6 1,3 1,5 Продолзсеяие табл. б.! твп преобразователя со хе Ацегоп ня сн, 2,5 2,8 3,5 Электронный Магнитный Радиоизотопный 1,5 1,04 0,27 0,26 2,7 0,88 При измерении давления смеси газов из условия равенства ионных токов имеем К„Р„,=К1Р1+Кзрз+ -, +Кпр .
Поделив полученное уравнение на К„получим Й1Р1+ ззрз+" +Йярл ний предел на 2 ... 3 порядка ниже, чем конструкция преобразователя, показанная на рис. 6.9, а. Электронный преобразователь имеет неодинаковую чувствительность к различным газам, так как эффективность ионизации зависит от рода газа. Если преобразователь проградуирован по воздуху, а применяется для измерения давления других газов, то необходимо учитывать относительную чувствительность Й. Из условия равенства ионны .
токов запишем К1Р,=Кзрз= .: =К,Р,=К.Р., откуда р = =Рв/Йг, Где Й~=К~/Кв — относительная чувствительность к данному газу. Относительные чувствительности электронного преобразователя представлены в табл. 6.1. вием газов с накаленным катодом и ионной десорбцией под воздействием электронной бомбардировки газов, химически поглошенных анодом. Технические характеристики современных вакуумметров с электронными преобразователями даны в табл. ~П.10. $6.6. Магнитные преобразователи Принцип действия магнитных преобразователей основан на зависимости тока самостоятельного газового разряда в скрещенных магнитном и электрическом полях от давления.
Электродные системы, обеспечивающие поддержание самостоятельного газового разряда при высоком и сверхвысоком вакууме, бывают нескольких видов. Ячейка Пеннинга (рис. 6.10, а) состоит из двух дисковых катодов 1 и цилиндрического анода 2; в магнетронном преобразователе (рис. 6,10, б) в отличие от ячейки Пеннннга катоды соединены между собой центральным стержнем; в ннверсно-магнетронном преобразователе (рис. 6.10, в) центральный стержень выполняет роль анода, а наружный цилиндр становится катодом.
Все электроды находятся в постоянном магнитном поле. На анод подается положительное относительно катода напряжение 2...6 кВ, катод заземлен н соединяется с входом усилителя постоянного тока. Электроны, вылетающие из катода в результате автоэлектрониой эмиссии, в магнетронном или инверсно-магнетронном преобразователе движутся в скрещенных электрическом и магнитном полях по циклоиде, образованной окружностью диаметром В= =2пт(Е!/(с/Вз), катящейся по окружности радиуса и с угловой частотой вращения от=!/В/пт и тангенциальной скоростью и,= =Е/В (Š— напряженность электрического поля;  — магнитная индукции; пт и с/ — масса и заряд электрона).
В ячейке Пеннинга электроны движутся по спиральным траекториям между катодными пластинами. откуда 1 '1 Ц В) Рис. 6ЛО. Электродные системы магнитных преобразователей: магвегровпая; в — ввверево-магвегроввая а — ячейка Певпвпга; б— 149 и Й,.=„'))',ЙХ; )~=Р1/Ргп !=1 Быстрота откачки электронных преобразователей составляет 10 '...10-' л/с, что в закрытых конструкциях преобразователей, присоединяемых через трубку с малой проводимостью, может привести к заметным ошибкам измерения. Дополнительные источники погрешности измерения связаны с химическим взаимодейст- 148 Магнитная индукция В выбираетя, ся больше критического значения, со! 1 2 ответствующего равенству диаметра электрода и диаметра окружности, по которой движется электрон, и составляющего в современных приборах 1в..бкб 0,1 Тл. При соударении с молекулой остаточного газа электрон теряет часть энергии на ее ионизацию и перемещаРее.
бл!, схема ыагпетроп- ется в радиальном направлении к ного преобразователя е умень- аноду. В связи с тем что радиальная шенпыып фоновыми токами скорость электронов значительно меньше, чем тангенциальная, при низких давлениях в разрядном промежутке образуется отрицательный объемный заряд.
Положительные ионы, образовавшиеся в результате столкновения с электронами, движутся к катоду. Так как их масса значительно больше, чем у электрона, то магнитное поле практически не влияет на траекторию движения ионов. Соударение положительных ионов с катодом приводит к появлению вторичных электронов, ток которых пропорционален ионному току, Таким образом, разрядный ток магнитного преобразователя 12 1ь+!а+!а где 1ф — фоновый ток автоэлектронной эмиссии; 1,— ионный ток; 1,— ток вторичной электронной эмиссии, Ток авгоэлектронной эмиссии не зависит от давления и потому может считаться фоновым током; ионно2й и ток вторичной электронной эмиссии зависят от давления: 1,+1,=ар", где а=!0 — '...
10-' А/Па и п=1...1,4 — постоянные. Учитывая эту зависимость и пренебрегая фоновым током, получим измерительное уравнение магнитного преобразователя 12= =Кар; здесь К,=ар" ' — чувствительность прибора. Разрядный ток магнитного преобразователя нелинейно зависит от давления. Верхний предел измерения связан с ограничением максимального разрядного тока балластным сопротивлением, защищающим измерительный прибор от возникновения дугового разряда.
Для расширения верхнего предела измерения следуе~ уменьшить анодное напряжение и размеры разрядного промежутка. Обычно верхний предел измерения находится в области давлений !О... 100 Па. Нижний предел измерения определяется временем зажигания разряда и значением фонового тока.
В современных приборах он составляет 10 " Па. Для уменьшения фонового тока применяются специальные экраны 3 (рис. 6.11), расположенные в промежутке между катодом 2 и анодом 1, где напряженность электрического поля максимальна. Большая часть фонового тока в этом случае переходит на корпус минуя микроамперметр, которым измеряется разрядный ток. 150 Для обеспечения зажигания разряда прн низких давлениях необходимо повышать анодное иапряжение.н увеличивать размеры разрядного промежутка.
Для облегчения зажигания разряда в сверхвысоком вакууме на экранных пластинах устанавливают острые иголки, увеличивающие автоэлектронную эмиссию. Наиболее надежным способом обеспечения быстрого зажигания разряда является использование нагреваемых элементов, включение которых приводит к резкому повышению давления или термоэмиссии электронов. При применении сильных магнитных полей (В)0,1 Тл) значение постоянной п в формуле, описывающей чувствительность прибора, стремится к единице. Прн этом расширяется диапазон работы прибора в области как низких, так н высоких давлений, Магнитные преобразователи, так же как и электронные, имеют неодинаковую чувствительность к различным газам.
Коэффициенты относительной чувствительности магнитных преобразователей Ах=К.!Ка для ряда газов представлены в табл. 6.1. Быстрота откачки колеблется для различных преобразователей в зависимости от рода газа и режимов работы в пределах от 1О ' до 1 л/с, что значительно больше, чем для электронных. Это приводит к увеличению погрешности измерений при наличии вакуумного сопротивления между преобразователем и вакуумной камерой.
Преимуществом магнитного преобразователя перед электронным является более высокая надежность в работе в связи с заменой накаленного катода холодным, а недостатком — нестабильности, связанные с колебаниями работы выхода электронов при загрязнении катодов. Эти нестабильности особенно заметны при работе преобразователя в вакуумных системах с парами масла, продукты разложения которого при ионной бомбардировке и масляные диэлектрические пленки, покрывающие поверхности электродов, могут в несколько раз изменить постоянную преобразователя. Во избежание этого необходимо применять самоочищающиеся магнитные преобразователи, работающие на переменном токе. В таких преобразователях катод и анод меняются местами в соответствии с полу- периодами питающего напряжения, а очистка их поверхностей осуществляется ионной бомбардировкой.
Отечественной промышленностью выпускается большое количе. ство магнитных вакуумметров, технические характеристики котоРых даны в табл. П.10. 6 6.7. Радиоизотопные преобразователи В радиоизотопных преобразователях для нонизации газа ис~ользуется а- или 6-излучение радиоактивных изотопов: 22%а, 232 Рц, "'Рн, 'Н н т. д. Особенно эффективно использование а-из- лучения. Энергия а-частиц (двухзарядных положительных ионов гелия), возникающих при радиоактивном распаде, составляет (4,5... 5,5)н', Х10е эВ. В связи с этим в радиоизотопных преобразователях не требуется накаленного катода н высокого напряжения, как в электронных и магнитных преобразователях. Стабильность работы прибора обеспечивается независимостью радиоактивного распада от температуры окружающей среды и физнко-химического воздействия находящихся в преобразо.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
