Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 10
Текст из файла (страница 10)
2.10, е). Электроны от катола к аноду в этом случае движутся по спнршги. и электронном преобразователе с магнитным полем, создаваемым катушкой 2 и направленным параллельно оси анода 3, катод 4 — термоэлектронный, а коллектор ) располо,кен в верхней части баллона. За счет увеличения чувствительности такой преобразователь имеет нижний предел на 2 — 3 порядка ниже, чем конструкция преобразователя, показанная на рис.
2.10, а. Электронный преобразователь имеет неодинаковую чувствительность к различным газам, т. к. эффективность нонизации зависит от рода газа. Если преобразователь проградуирован по воздуху, а применяется для измерения лавления других газов, то необходимо учитывать относительную чувствительность Ь'. Из условия равенства ионных токов запишем Кг)гг = Кгрг =" = КР, = КзРк откупа Р— Рз)гг где К = К,/Кз — относительная чувствительность к данному газу. При измерении давления смеси газов из условия равенства ионных токов имеем Р, =КгРгчКгРг"" чК„Р. Поделив полученное уравнение на Кз, получим К,„р,„ Кз откуда )1,„=," К,р,, г=г и, = Р./Р,.„.
Заметные ошибки измерения возникают в случае, если скорость откачки электронных преобразователей в конструкциях преобразователей, присоединяемых через трубку с малой проводимостью, составляет 1О г — 10 г лгс. 4ополнительные источники погрешности измерения связаны с химическим взаимодействием газов с накаленным катодом и ионной десорбцией под воздействиелг электронной бомбардировки газов, химически поглощенных анодом. Рннцип действия згазггггтных креобраговакгелей для измерения вакуума основан на зависимости тока самостоятельного газового разряда в скрещенных магнитном и электрическом полях от давления.
Элсктродные системы, обеспечивающие поддержание самостоя~~льного газового разряда при высоком и сверхвысоком вакууме, бывают нескольких видов. Ячейка Пеннинга (рис. 2.11,а) состоит из двух дисковых катодов 1 и цилиндрического анода 2, в магнетронном преобразователе (рнс. 2.11, 6) в отличие от ячейки Пеннннга католы соединены между собой центральным стержнем; в ннверсио-магнетронном пре- Часть!. Вакуумная и плазменная элекгроника образователе (рис. 2.11, о) центральный стержень выполняет роль анода, а наружный ци- диндр становится катодом. б) а) Рис.
2.11. Электродные системы магнитных преобразователей: в — ячейка Пеннянгв; б — мвгнетронная; в — инвврсно-мвгнвтроннвя Все электроды находятся в постоянном магнитном иоле. На анол подается положительное относительно катола напряжение 2 — 6 кВ, при этом катод заземлен и соединяется с входом усилителя постоянного тока. В ячейке Пеннинга электроны движутся по спиральным траекториям между катодными пластинами, В конструкциях, показанных на рис.
2.11, а, б, эмитированные электроны движутся в скрещенных электрическом и магнитном полях. Траектория их лвижения описывается уравнениелз циклоиды, образованной окружностью диаметром Е>=2и>1Е1))(г)В'), катя- шейся по окружности радиуса г с угловой частотой вращения го = к)В/ггг и тангенциальной скоростью ог = Е/В, где Š— напряженность электрического поля;  — магнитная индукция; т и г) — масса и заряд электрона. Магнитная индукция В выбирается больше критического значения, соответствующего равенству диаметра электрода и диаметра окружности, по которой дан>котся электрон, и составляющего в современных приборах примерно О,! Тл. При соударении с молекулой остаточного газа электрон теряет часть энергии на ее ионизацию и перемещается в радиальном направлении к аноду.
В связи с тел>, что радиальная скорость электронов значительно меньше, чем тангенциальная, при низких давлениях в разрядном проме>кутке 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 дан>кения ионов. Соударенне положительных ионов с катодом приводит к появлению вторичных электронов, ток которых пропорционален ионному току. Таким образом, разрядный ток магнитного преобразователя )г =)я 6 +)з ° где )в — фоновый ток автоэлектронной эмиссии; )л — ионный ток; )„— ток вторичной электронной эмиссии.
Ток автоэлектронной эмиссии не зависит от давления и потому может считаться фоновым токолз; ионный и ток вторичной электронной эмиссии зависят от давления; )л- )в=ад, где а -.-. 1О'. 1О А>Па и гг = 1...1,4 — постоянные. 2, Физика и техника вакуума 47 учитывая эту зависимость и пренебрегая фоновым током, получим измерительное уравнение магнитного преобразователя 1т = Клр здесь Кл = 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 следует уменьшить анодное напряжение и размеры разрядного промежутка.
Обычно верхний предел измерения находится в области давлений 1Π— ! 00 Па. Нижний предел измерения определяется временем зажигания разряда и значением фонового тока. В современных приборах он составляет 1О ' Па. Для уменьц!ения фонового тока применяются специальные экраны 3 (рис. 2.12), 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 микровмперлтетр, которым измеряется разрядный ток, Рис. 2Д2.
Схема матнетроииото преобразователя с умвныиенными фоновыми токами Для обеспечения зажигания разряда при низких давлениях необходимо повышать анодное напряжение и 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 и тер- моэмиссии электронов.
При применении сильных лтагнитных полей !!1 > 0,1 Тл) значение постоянной л в формуле, описывающей чувствительность прибора, стремится к единице, Прн этом диапазон Работы прибора расширяется как в области низких, так и высоких давлений. М~гнитные преобразователи, так же как и электронные, имеют неодинаковую чувствительность к различным газам. Быстрота откачки колеблется для различных преобразователей в зависимости от рода газа и режимов работы в пределах от 1О до 1 л1с, что значи~~льно больше, чем для электронных.
Это приводит к увеличению погрешности измерений при наличии вакуумного сопротивления между преобразователем н вакуумной камерой, Часть б Вакуумная и плазменная электроника 1 Рис. 2дз. диапазоны измерения давления вакутмметрами различных гипса реимуществом магнитного преобразователя перед алек гронным является более высокая ядежность в работе в связи с заменой накаленного катода холодным. К недостаткам ожно отнести нестабильность, связанную с колебаниями работы выхода электронов при згрязнении катодов.
ти нестабильности особенно заметны прн работе преобразователя в вакуумных сиатеах, где в качестве покрытий поверхности электродов используются масляные диэлекэические пленки, Продукты разложения паров масел, возникающие при ионной бомбарировке, могут в несколько раз изменить постоянную преобразователя. Во избежание гого необходимо применять самоочищающиеся магнитные преобразователи, раоотаю!ие на переменном токе. В таких преобразователях катод и анод меняются местами соответствии с полупериодами питающего напряжения, а очистка их поверхностей осу,ествляется ионной бомбардировкой. а рис.
2.!3 систематизированы методы измерения давления остаточных газов и диапазоы измерения. Штриховой линией обозначены предельные давления. 1з овременная вакуумная техника позволяет получать и измерять давления в !О раз еньше атмосферного, но даже такое состояние газа еще нельзя назвать идеальным ва! гумом, поскольку в 1 м такого вакуума содержатся сотни молекул газа. Идеальный ватум как среда, в которой могут распространяться гравитационное, электромагнитное и тугие поля, до сих пор является предметом тщательного исследования современной теозтической физики. 9 Физика и техника аакуума 49 В квантовой теории поля введено такое понятие как физический вакуум. Это низшее ~нергетическое состояние квантовых полей, которое характеризуется отсутствием реальных частиц, джеймс Кларк Максвелл был одним из первых, кто исследоват вакуум, Он создал его физическую модель и на ее основе получил уравнения электромагнитного поля, известные как уравнения Максвелла.
Автор рассллатриват их как описание свойств вакуума. Согласно модели Максвелла вакуум представляет собой пространства, заполненное "модекулярными вихрями". Вращательное движение между вихрями передается через очень ~алые частицы, находящиеся между вихрями. В результате каждый вихрь заставляет вршпаться соседние вихри. Сегодня такие вихри отождествляют с солнлюнаии... Но это >же не относится к вакуумной электронике, поэтому тонкости этого вопроса отложим на конец книги. 2.4.
Методы течеискания Наряду с методами получения и измерения вакуума сохранение вакуума является важнейшим условием работы электронных приборов, включая электровакуумные, квантовые и другие устройства. Одним из методов контроля приборов на герметичность являются.иелноды щечеисканнл, позволяющие устранить течи или место нарушения целостности оболочки и обеспечить герметичность приборов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
