Розанов Л.Н. Вакуумная техника 1990 (1065500), страница 28
Текст из файла (страница 28)
вателе газов. Благодаря этим свойствам и неограниченному сроку службы радионзотопиый Р пс. 6.12. Раппе- преобразователь с точки зрения метрологии яввветоппыа прево ляется одним из лучших приборов для измереРвзоввтель ния вакуума. При взаимодействии с молекулами газов а- частицы вызывают их ионизацию, причем количество образованных положительных ионов пропорционально давлению. Измерительное уравнение радиоизотопного преобразователя имеет вид 1.=К,р, где К„ — чувствительность преобразователя.
Преобразователи обычно градуируются по воздуху или азоту (для воздуха К.=10 "...10 " Л/Па). Для определения чувствительности к другим газам можно пользоваться представленными в табл. 6.1 значениями )ьг=Кг/К' Радиоизотопный преобразователь (рис. 6.!2) состоит из выполненного в виде стержня коллектора 1, цилиндрического анода 2 и радиоизотопного источника 3. Вылетающие из радиоизотопного источника а-частицы, соударяясь с молекулами остаточных газов, образуют положительные ионы, которые под действием разности потенциалов между анодом и коллектором (-50 В) направляются к коллектору, вызывая в его цепи ионный ток, пропорциональный давлению. Нижний предел рабочих давлений определяется фоновым током, возникающим при бомбардировке коллектора а-частицами.
Этот ток имеет две составляющие, первая связана с положительным зарядом самих а-частиц, а вторая — с возникновением тока вторичной электронной эмиссии с коллектора. Нижний предел измерения давления радионзотопного манометра составляет 10 '... 10 ' Па. Для расширения диапазона рабочих давлений в некоторых преобразователях коллектор защищен экранами или расположен вне зоны видимости источника а-частиц. При этом нижний предел измеряемых давлений может быть снижен еще на два порядка. Этого же можно достигнуть увеличивая габариты преобразователя, что сопровождается повышением чувствительности без измерения значения фонового тока. Верхний предел измеряемых давлений обусловлен независи- 152 мастью от давления газа р ионного тока на коллектор после того, как длина пути, проходимая в газе а-частицей с энергией Е„ до полной потери энергии, будет меньше размеров преобразователя; Е, = Е, Ц( Е„ру (6.13) здесь Еп — энергия ионизацин молекулы газа; Е, — средняя длина свободного пути а-частицы при единичном давлении.
При Е,= =4,79 10' эВ (для радия), Ев= 15 эВ, 1.,=5 10-' см/Па и р= =10' Па получим из (6.13) Е„=1,6 см, Таким образом, максимальная длина пробега а-частицы в преобразователе с верхним пределом, равным атмосферному давлению, не должна превышать 1,6 см. Диапазон рабочих давлений радионзотопных преобразователей составляет 10'...10 ' Па, но обычно его не удается реализовать в одном приборе. Широкодиапазонные конструкции преобразователей выполняются с двумя камерами: большого и малого размеров. Характеристики отечественного радиоизотопного вакуумметра приведены в табл. П.10.
$ 6.8. Градуировка преобразователей для измерения общих давлений Преобразователи для косвенных измерений давления, показания которых не могут быть рассчитаны с необходимой для практики точностью, градуируются путем сличения их показаний с показаниями образцовых приборов: механических преобразователей и компрессионных манометров. К таким преобразователям относятся тепловые, электронные„магниторазрядные и радиоизотопные. Приборы для измерения давления, используемые в качестве исходных для градуировки всех других приборов, называются о бразцовыми средствами измерения первого разрядаа. Их постоянные или градуировочные кривые рассчитывают по размерам преобразователей и другим значениям, входящим в измерительное уравнение. Приборы, используемые в качестве образцовых, предварительно проградуированные по другим образцовым приборам, называют образцовыми средствами изме репн и я в т о р о г о р а з р я д а.
Образцовые средства измерения первого разряда имеют погрешность градуировкн не более 1...5%, второго разряда — до 10...15%. Для расширения диапазона давлений, в котором осуществляется градуировка по образцовым приборам, можно использовать методы изотермического расширения и деления потока. Метод изогергпического расширения состоит в том, что камеру малого объема, давление в которой предварительно измеряется образцовым прибором, соединяют с камерой большего объема, начальное давление в котором можно принять равным нулю. По закону Бойля †Мариот легко подсчитать конечное давление. 153 Дальнейшее понижение давления можно получить увеличивая число ступеней расширения, При этом важно учесть ошибки, связанные с натеканием, сорбционными к процессамн на стенках камер и откачива- Р, ющим действием градуируемого преобразователя.
Эти ошибки определяют нижний предел градуируемого давления. Дополнительная погрешность измерения давления, связанная с точностью измерения объемов, обычно не превышает 0,5%. Этот метод часто используется в диапазоне давлений р не 6 13 ячейка ваку 10 ' ... 1 0-з Па, когда натеканием и газо- умной системы для тра- выделением в калиброванном объеме мождуировкн манометриче- ио пренебречь. скнх пРеобРазователей Г1ри низких давлениях (: Гй ~ Па) методом деления потока когда невозможно непосредственное сличе-' ние показаний градуированного прибора и компрессионного манометра, можно воспользоваться методом деления потока.
Метод деления потока состоит в том, что в динамической вакуумной системе поток газа, проходящий через последовательно соединенные ячейки (первая из которых показана на рис. 6.13), постепенно уменьшается за счет работы 'вспомогательных вакуумных насосов.
Уравнение потоков для такой ячейки () =ь) +Фз, (6.14) где (,?=(?1(ро — р~) — поток газа, поступающий в ячейку через трубопровод с проводимостью (7~ при разности давлений на его концах Ро и Р„ф=51р~ — поток газа, откачиваемый вспомогательным насосом, подключенным к ячейке и имеющим эффективную быстроту откачки 5„Яз=(7з(Р~ — Рз) — поток газа, удаляемый из ячейки через трубопровод с проводимостью (?з при разности давлений на его концах р~ и Рз. С учетом выражений для Я, (',? я (?з уравнение (6.14) можно представить в виде (.7г(Ро Рд=51Р1+(уз(Рз — Рэ) откуда (71 до+ (?э да Зз+(7, +из (6.15)' Если конструктивно обеспечить, чтобы 51.ю(7~+с?з, а (71Ре>> »(?зрз, то ро»Р1»рз и выражение (6.15) можно упростить: (71 Р! = — ' Ро.
лз 154 В ряду последовательно соединенных ячеек давление постепенно снижа тся от ячейки к ячейке и для п-й ячейки может быть определено по формуле Р„=- ''' р„причем давление ро (?,и ... (7„ 818з... Вэ можно измерить компрессионным манометром, Недостатком этого метода является то, что для его реализации нужны насосы с очень низким предельным давлением и большой быстротой действия, так как для получения стабильного значения 5ь где 1= 1, 2,..., и, насос подключается к камере через диафрагму и соблюдается условие 5,»5,.
При градуировке по методу деления потока ошибками, связанными с натеканием н сорбцнонными процессами, можно пренебречь до тех пор, пока газовый поток в градуировочной камере не будет существенно превышать суммарное натекание и газовыделение. Использование насосов с большой быстротой откачки позволяет осуществить градуировку манометрических преобразователей с погрешностью 4...5о?о до самых низких давлений. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. В чем различие между абсолютными вакуумметрами и вакуумметрами для косвенных измерений? 2.
Чем отличается порядок работы с компрессионным манометром по методу линейной и квадратичной шкал? 3. Почему тепловые манометры не используются для измерения высокого вакуума? 4. Каковы причины различия чувствительностей схем электронного преоб разователя с внешним и внутренним коллектором? 5. Что является причиной возннкновекия фоновых токов в электронном преобразователе? 6. Какие существуют пути повышения чувствительностн электронных пре. образователей? 7. Как уменьшить в?емя зажигания магнитного преобразователя? 8. Чем вызвана зависимость чувствительности от рода газа у электронных и магнитных преобразователей? 9. Почему радиоизотопные преобразователи имеют очень высокий верхний предел измеряемых данленнй? 10 Каким образом можно устранить влияние газовыделения вакуумной камеры на точность градуировки манометрических преобразователей? ГЛАВА 7 ИЗМЕРЕНИЕ ПАРЦИАЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЙ й 7.1.
Методы измерения Измерители парцнальных давлений, как н измерители общих давлений, характеризуются нижним и верхним пределами измеРяемых парциальных давлений, чувствительностью, а также свойственным только им параметром — разрешающей способностью. 155 Под разрешающей способностью подразумевается отношение М, к наименьшему различаемому изменению массового числа /аМе: рм =Ма/АМ .
В зависимости от типа прибора во всем диапазоне изменения массовых чисел могут оставаться постоянными значения рм, М,/рм или М.рм. Экспериментально разрешающую способность определяют по масс-спектру. Ширина пика ЛМ, измеряется на уровне 10 нли 50% высоты пика. Измерение парциальных давлений в вакуумных системах в настоящее время проводят двумя методами; ионизационным и сорбционным. Оонизационный метод основан на ионизации и разделении положительных ионов в зависимости от отношения массы иона к его заряду. Можно одновременно или поочередно измерять составляющие ионного тока, соответствующие парциальным давлениям различных газов, присутствующих в вакуумной системе. Для разделения ионного тока на составляющие используется различие скоростей движения ионов различных газов, прошедших одинаковую разность потенциалов, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
