Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Градуировочные кривые теплового манометра показаны на рис. 2.7 лля обоих метолов работы. Они представляют собой в средней части параболу и гиперболу. Концы градуировочных кривых у верхнего и нижнего пределов измерения уже не описываются уравнением (2.25) и переходят в линии„параллельные оси давления. б) Ряс. 2.7. Градуировочные кривые тепловою преобразователя: в — пря постоянном токе накала; б — пря постоянной температуре нити Для увеличения верхнего предела измерений тепловым преобразователем следует уменьшать его габариты, вследствие чего увеличивается отношение 7. )гу и слвигается грашща низкого вакуума в сторону более высоких давлений Зависимость коэффициента конвективного теплообмена от давления используется для измерения давлений в области низкого вакуума.
17едостатком этого способа является зависимость показания прибора от его положения в пространстве. Нижний предел измерения тепловых преобразователей можно оптимизировать путем Уменьшениа поли Екг ч- Ем в сУмме тепловых потеРь нити. Этого мохгно постичь понижением температуры нити и уменьшением диаметра вводов, соединяющих нить с баллоном. Показания тепловых преобразователей определяются соотношением (2.24) и зависят от рода газа. Преобразователь будет давать одинаковые показания при выполнении следующих условий: р~Кп = рзйкз ='''' 41 а, Физика и техника вакуума пыпускаемые промышленностью приборы проградуированы по сухому воздуху.
Если необходимо измерить давление других газов, то нужно учитывать относительную чувст- вительность прибора к данному газу Р, = Рк = РяЬ Кгв Кп (2.26) где ря и К,я — давление и коэффициент теплопроводности воздуха; г7, = К,„/ʄ— ко- эффициент относительной чувствительности теплового преобразователя к данному газу, Если преобразователь измеряет давление смеси газов, то его показания будут выражены в воздушном эквиваленте ря, Р, Кг г + УгКг г " "ь Р,Кг, = Р„К П для воздуха сумма в (2.27) равна Р„Кн а коэффициент относительной чувствительности теплового преобразования к данному газу примет вид д, = Кг„! Кь, Так как нз определения относительной чувствительности следует, что ря = рл„/г)„„. То- гда можно записать: Р,./й.„= Р/Ч, +Р/4, ~" Р„/4„ Разделив обе части уравнения на р„.„, получим г), г7г г72 г( где (;...
(;, — объемные концентрации соответствующих газов, причем ~ ~Р, = ! Таким образом, коэффициент относительной чувствительности для смеси газов определя- ется по формуле ! /:, г(л, Ч, (2.28) Тепловые преобразователи в зависимости от способа измерения температуры делятся на пгерл апаркые и преобразователя сопрогггггеяеггггя. ц термопарном преобразователе (рис.2.8,а) температура нити ! измеряется термопарой 2.
Электролы расположены в стеклянном или металлическом баллоне 3, имеющем 'затрубок для подключения к вакуумной системе. Термо-ЭДС термопары измеряется милливольтметром, ток накала нити регулируется реостатом и измеряется миллиамперметРом. "Реобразователе сопротивления для измерения температуры используется зависимость ~~противления нити от температуры. Он включается в мостовую схему (рис. 2.8, б). Ток накала нити измеряется миллиамперметром, включенным в то же самое плечо моста, что " преобразователь, а температура нити — по току газьванометра в измерительной диаго"али моста. Ток накала регулируется реостатом, Оба преобразователя могут работать как в режиме постоянного тока накала, так и в режиме постоянной температуры пити. Часть!. Вакуумная и плазменная электроника 42 а) Рис. 2.8. Схемы тепловых преобразователей.
з — термопарного; 6 — преобразователя сопротивления. 7 — нить накала; 2 — термопзра; 3 — баллон Преимуществом тепловых преобразователей является то. что они измеряют общее давление всех газов и паров, присутствующих в вакуумной системе, а также обеспечивают непрерывность измерения давления. Инерционность показаний, связанная с тепловой инерцией нити, излзеняется от нескольких секунд при низких давлениях до нескольких миллисекунд при высоких давлениях.
Тепловые преобразователи как приборы для относительных измерений давления обычно градуируются по компрессионному манометру, Диапазон измеряемых рабочих давлений лежит в пределах 10' — ! О мм рт. ст. (ух!0' — 1О ' Па). В основе принципа действия электронных яояпзаг(погщых ггггкррньзгегггров лежит прямая зависимость между давлением остаточных газов и ионным током, образовавшимся а результате нонизации молекул газа термоэлектроиамн. Существует две схемы электронного преобразователя. с внутренним и внешним коллектором, реализованных на базе триодной конструкции. а) Рис. 2.9. Схемы злектроиных преобразователей а — с внутренним коллектором, б — с внешним коллектором Схема с внутренним коллектором (рис, 2.9, а! аналогична обы <ному триоду. Коллектором ионов является сетка, на которую относительно кщода подается отрицательное напряжение величиной в несколько десятков вольт.
На анод подается соответственно положительное напряжение 1ОΠ— 200 В. Электроны на пути от катола к аноду (ток О1 соударяют- я Физика и техника вакуума ся с молекулами остаточных газон и ионизируют их. Образовавшиеся положительные ионы попадают на сетку, создавая ионный ток!я, измеряемый гальванометром. В схеме с внешним коллектором (рис. 2.9, б) потенциалы сетки и анода меняются местами, и коллектором становится анод. Электроны, летящие от катода к сетке, соверп»ают ~округ ее витков ряд колебаний, что увеличивает длину траектории электронов и повышает вероятность нонизации молекул остаточных газов.
Это делает схему с внешним коллектором более чувствительной, несмотря на то, что часть положительных ионов, образовавшихся между сеткой и катодом, не участвует в измерении давления. для электронного преобразователя справедливо уравнение »(А» = и!»с Ь, (2.29) где »(А» — число положительных ионов! п — число электронов;»(г — элементарная длина траектории электронов; а — эффективность ионизации. равная количеству положительных ионов, образуемых одним электроном на единице пути при единичном давлении. Если ввести в уравнение (2,29) электронный ток 1» = и11, то получим »Ь»1/1= 1»дв»(г. Интегрируя это уравнение по всей длине траекгории электрона с энергией, большей по- тенциала ионизации, получим выражение для ионного тока 1л = !„р~с»Ь, которое перепишем в виде (2.30) 1» = К»»1„,Ф, где К»» = ) а гЬ вЂ” чувствительность электронного вакуумметра, г, и г, — пределы ин- тегрирования, определяемые геометрией манометра.
Выражение (2.30) называется уравнением электронного преобразователя. Для того чтобы измеряемый ионный ток был пропорционален давлению, необходимо во время измерения поддерживать постоянное значение электронного тока. Тогда и = 1„,К»» — постоянная электронного манометра, которая равна тангенсу угла наклона градуировочной кривой 1я(Р) к оси давления. Конструкция электронного преобразователя с внешним коллектором представлена на Рис, 2.)0, гь Коллектор ионов 1 имеет форму цилиндра с электрическим вводом в верхней части баллона, сетка 2 — форму двойной спирали с двумя выводами для обезгаживания путем пропускания электрического тока. Катод 3 изготовлен из вольфрама.
Постоянная а при токе эмиссии 5 мА для типового преобразователя составляет примерно )О А»Па. Пределы давлений, которые могут быть изл»ерены такил» манометрическим преобразователем, составляют !О ' — )О "мм рт. ст. (! — !О ' Па). ерхний предел измерения типового электронного преооразователя составляет примерно !П . а и соответствует нарушенюо линейности градуировочной характеристики, когда средняя длина свободного пробега электрона в объеме прибора становится меньше величины пробега электрона между электродами. Для расширения верхнего предела можно Часть!. Вакуумная и плазменная электроника уменьшить расстояние межлу электродами.
Чтобы катод не сгорел при таких высоких давлениях, его изготовт|яют из оксидов редкоземельных металлов. б) а) а) Рис. 2.10. Конструктивные схемы электронных преобразователей а — с внешним коллекторам; б — с осевым коллекторам: в — с магнитным полем Нижний предел измерения определяется фоновыми токами в цепи коллектора, возникающими из-за эмиссии фотоэлектронов в результате мягкого рентгеновского излучения знодной сетки и ультрафиолетового излучения накаленного катода.
Рентгеновское излучение анодной сетки является результатом ее бомбардировки электронами. Автоэлекгронная эмиссия коллектора появляется под действием разности потенциалов 200 — 300 В иежду коллектором и анодной сеткой и вносит дополнительную составляющую в фоновый ток, фоновые электронные токи имеют одинаковое направление с ионным током и поэтому сказывают одинаковое воздействие на измерительные приборы. Максимальным фоновым током является ток рентгеновского излучения, пропорциональный эмиссионному току: )а = Кз)„, де Кз — коэффициент пропорциональности. "учетом фоновых токов рентгеновского излучения уравнение электронного преобразова- геля можно записать в следующем виде: ) = )п " )е = )' (Кт )ха р) з нижний предел измерения определить соотношением ионного и фонового токов: )и Кп Кар ' (2.31) Гакам образом, для расширения нижнего продела измерения с помощью электронного ~акУУмметйа нУжно пРи постоЯнном давлении Р Увеличить коэффициент Кп или Уменьцить Кл тля уменыцения фоновых токов и, следовательно, постоянной Кт был предложен преоб>азователь с осевым коллектором (рис.
2. 1О, б), а котором казал и коллектор поменялись ластами. Зто значительно уменьшило телесный угол, в котором рентгеновское излучение :етки попадает на коллектор. Это привело к уменьшению К, приблизительно в 1000 раз Р, Физика и техника вакуума 45 цо сравнению с конструкцией, приведенной на рис. 2.10, а, и расширило нижний предел измерения давления до 10 мм рт. ст. (10 Па) цувствительность Кл можно увеличить, если поместить преобразователь в лгагнитное поле (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
