Електронні іонізаційні вакуумметри.

Принцип дії електронного перетворювача заснований на прямій пропорційності між тиском і іонним струмом, що утворився в результаті іонізації термоелектронами залишкових газів.

Існують дві схеми електронного перетворювача: з внутрішнім і зовнішнім колектором. Основними елементами електронного іонізаційного манометричного перетворювача є прямонакальний катод, анод-сітка і колектор іонів. Катод може розташовуватися як в центрі сітки-анода, наприклад, в перетворювачах ПМІ-2 і ПМ-3-2 (рис. 3.8а), так і з зовнішнього боку, наприклад, в перетворювачі ПМІ-12-8 і ІМ-12 (рис. 3.8б). У першому випадку колектор охоплює анод, у другому - колектор розташовується по осі перетворювача.

а) б)

Рис. 3.8. Конструктивні схеми електронних іонізаційних перетворювачів:

а) із зовнішнім колектором (ПМІ-2; ПМІ-3-2);

б) з внутрішнім колектором (ІМ-12; ПМІ-12-8);

1 - колектор, 2 - сітка-анод, 3 - прямонакальний катод.

Електричні потенціали електродів такі, що створюють для електронів прискорення різниці потенціалів у просторі між анодом і катодом і сповільнюючу різницю потенціалів у просторі між анодом і колектором іонів, причому уповільнююча різниця потенціалів за величиною більша прискорення різниці потенціалів. Зазвичай колектор має нульовий потенціал, анод –великий позитивний, катод – невеликий позитивний потенціал. Харчування манометричного перетворювача здійснюється вимірювальним блоком вакуумметра.

Електронний іонізаційний манометричний перетворювач діє таким чином: розжарений прямим пропусканням струму катод випускає електрони. Електрони прискорюються в просторі між катодом і анодом. Більшість електронів пролітає анод-сітку, потрапляючи в уповільнене електричне поле. Оскільки уповільнююча різниця потенціалів більша прискорення різниці потенціалів, електрони, не долітаючи до колектора іонів, змінюють напрямок руху. Потім, набуваючи швидкість в напрямку до анода, електрони знову пролітають анод-сітку, гальмуються близько катода і знову направляються до анода. Таким чином, електрони здійснюють коливальні рухи біля анода.

На своєму шляху електрони виробляють іонізацію газу. Позитивні іони, що утворилися в просторі між анодом і колектором іонів, притягуються останнім. При постійному струмі електронної емісії, постійному числі електронів, що коливаються близько анода, кількість актів іонізації, тобто кількість утворюються іонів, буде пропорційним концентрації молекул газу в просторі, тобто тиску. Таким чином, іонний струм колектора служить мірою тиску газу. Електронний перетворювач має неоднакову чутливість до різних газів, так як ефективність іонізації залежить від роду газу.

Для ламп ПМІ-2 швидкість іонного відкачування становить приблизно 0,01 л / с. Верхня межа електронного манометра (10^-2 торр) пов'язаний швидким розпиленням вольфрамового катода. Крім того, при високому тиску порушується лінійна залежність струму від тиску, коли середня довжина вільного пробігу електрона в обсязі приладу стає менше відстані між електронами. Збільшення верхньої межі вимірювання можна досягти за рахунок застосування спеціальних повітрянностойких іридієвих катодів, а також за рахунок зменшення відстані між електродами.

Нижня межа вимірювання визначається фоновими струмами в ланцюзі колектора. Фонові струми виникають або в результаті м'якого рентгенівського випромінювання анодної сітки, або, як наслідок, автоелектронної емісії колектора та ультрафіолетового випромінювання накального катода, що супроводжуються відходом з колектора фотоелектронів. Рентгенівське випромінювання анодної сітки є результатом її бомбардування електронами. Автоелектронна емісія колектора з'являється під дією різниці потенціалів 200-300 В між колектором і анодною сіткою. В лампі ПМІ-2 циліндричний колектор захоплює майже все рентгенівське випромінювання сітки, з цього нижня межа вимірювання манометрів із зовнішнім колектором типу ПМІ-2 становить 10^-7 торр.

Для більш точного судження за показаннями вакуумметра про тиск в системі в області низьких тисків необхідно враховувати склад газу, щоб ввести поправку на різну чутливість перетворювача до різних газів. Слід пам'ятати, що такі гази, як кисень або пари води, що містять кисень, викликають зменшення струму емісії, отруюючи катод. Навпаки, пари вуглеводнів викликають різке збільшення струму емісії. Тому безпосередньо перед виміром завжди перевіряють струм емісії.