Магнитные электроразрядные вакуумметры
Магнитные электроразрядные вакуумметры
Магнитные электроразрядные вакуумметры относятся к ионизационным вакуумметрам. Действие магниторазрядных вакуумметров основано на существовании электрического разряда в вакууме в скрещенных электрическом и магнитном полях. При приложении разности потенциалов в разрядном промежутке между анодом и катодом возникает самостоятельный тлеющий разряд. Сильное магнитное поле служит для увеличения длины пути электронов и поддержания тем самым разряда и увеличения степени ионизации газа. Сила тока разряда в таких приборах является мерой давления в системе.
Существует несколько типов магниторазрядных манометрических преобразователей, например преобразователь с плоскими электродами и разрядной ячейкой по типу разрядной ячейки магниторазрядного насоса диодного типа Таким преобразователем является двухкамерный преобразователь ММ-13М-4, изображенный на рис 6-10 Преобразователь имеет два анода и одну общую катодную пластину Большая камера образована анодом 1 и катотом 2, малая — катодом 2 и малым кольцевым анодом 3 Анодное напряжение от общего источника питания подается на аноды через балластные сопротивления R^i и R&2 При низких давлениях общий разрядный ток определяется током большой камеры, так как ток малой камеры существенно меньше из-за малых размеров ее элек тродов и расстояния между ними При повышении давления до 10-2 Па (10~4 мм рт ст) ток большой камеры ограничивается балластным сопротивлением В дальнейшем общий разрядный ток возрастает за счет увеличения тока малой камеры, в анодную цепь которой включено значительно меньшее по величине балластное сопротивление /?б2-
Другими типами магнитных электроразрядных манометрических преобразователей являются магнетронные и инверсно-магнетронные манометрические преобразователи, имеющие один стержневой и один цилиндрический (часто корпус прибора) электроды Стержневой электрод, расположенный по оси прибора и магнитного поля, в инверсно-магнетронном преобразователе является анодом, в магнетронном — катодом Магнетронные вакуумметры пока не нашли широкого промышленного применения Наоборот, инверсно-магнетронные вакуумметры в последнее время приобретают все большее распространение.
Внешний вид схема электродной системы и характерная форма траектории электронов в инверсно-магнетронном преобразователе ММ-14М представлены на рис 6-11 Электродная система преобразователя монтируется на фланце соединения с металлическим уплотнителем с условным проходом 50 мм Катод 1 представляет собой цилиндр с закрытыми торцами Стержневой анод 2 прохоцит по оси катода через отверстия в его торцевых поверхностях Вся электродная система в корпусе прибора помещается в осевое матнитное поле На анод подается высокое напряжение В цепь катода вклю чается вход усилителя постоянного тока
Под действием скрещивающихся электрического и магнитного полей свободные электроны, образовавшиеся в разрядном промежутке, движутся по замкнутым гипоциклоидам При столкновении с молекулой газа электрон теряет часть энергии и его траектория смещается ближе к аноду, как это показано на рис 6-11,в Электроны попадают на анод, произведя по меньшей мере один акт ионизации газа В подобных манометрических преобразователях разряд поддерживается при давлениях до 10“12— 10-11 Па (10-14—10-13 мм рт ст)
Ток автоэлектронной эмиссии со втулок 3 экрана 4 облегчает возникновение разряда при низких давлениях Для усиления этого эффекта на втулках имеются четыре иглы с остриями, направленными к аноду. С другой стороны, экран со втулками препятствует прохождению тока автоэлектронной эмиссии с торцов катода на анод, снижая тем самым фоновый ток преобразователя и расширяя рабочий диапазон прибора в сторону более низких давлений.
Образовавшиеся в результате ионизации газа положительные ионы в силу своей большой массы практически прямолинейно движутся к катоду, являющемуся одновременно коллектором ионов По величине ионного тока судят о концентрации молекул rasa в разрядном промежутке преобразователя, т е. о давлении газа в системе Фоновые токи, токи автоэлектронной эмиссии в измерительной цепи катода не регистрируются, поскольку они замыкаются в цепи экран — анод.
Аналогичны по принципу действия разборные конструкции м® неметрических преобразователей ПММ-22 и ПММ-32-1, схематично изображенные на рис 6-12 и 6 13 Разборность конструкции делает возможным механическую очистку преобразователя в случае за грязнения его органическими соединениями
Загрязнение продуктами разложения и полимеризации органите ских соединений с образованием пленок на внутренних поверхностях прибора отрицательно действует на магнитные электроразрядные манометрические преобразователи Поэтому не следует устанавливать эти преобразователи в незащищенные ловушками вакуумные систе мы с масляными насосами Под действием электронной бомбардировки ионы молекул масла, осевшие на аноде, полимеризуются, что приводит к снижению разрядного тока, а затем и к прекращению разряда. На катоде пленок углеводородов не образуется, так как они распыляются ионной бомбардировкой в процессе работы прибора. Рекомендуемая периодичность очистки прибора от загрязнений пленками органических соединений — не чаще чем через 500 ч работы прибора.
В оригинальной конструкции магнитного манометрического преобразователя ММ-28, имеющего два кольцевых анода, питаемых переменным током, пленок на анодах не возникает, так как они в процессе работы попеременно подвергаются ионной бомбардировке.
Ресурс преобразователя ММ-28, входящего в состав вакуумметра ВЭМБ-1, в системах, не имеющих защиты от проникновения паров органических соединений, составляет без чисткихне менее 4000 ч.
Разборные конструкции преобразователей подвергаются механической очистке с последующей промывкой бензином и ацетоном и сушкой прибора. Неразборные конструкции, если промывка бензином и ацетоном не дает необходимого эффекта, подвергаются промывке соляной кислотой с последующей тщательной промывкой и сушкой.
В вакуумметрах с неразборными преобразователями для очистки их поверхностей от загрязнения, как правило, предусмотрена возможность прогрева и эффективной электронной бомбардировки электродов прибора, производимых в процессе работы установки. Производя прогрев и электронную бомбардировку, ток прогрева и интенсивность бомбардировки увеличивают постепенно во избежание перегорания накаленного анода в результате резкого повышения давления в приборе в начале прогрева
Обезгаживание магниторазрядных преобразователей, так же как и электронных, следует производить при высоком вакууме и только в том случае, если необходимо измерять давление в области высокого и сверхвысокого вакуума. Некоторое время после обезгажива-ния преобразователь обладает сильным откачивающим действием. Ошибка, вызванная откачивающим действием, для открытых преобразователей может достигать несколько процентов, для преобразователей закрытого типа — 20% и более. Ошибка измерения, вызванная газовыделением в случае недостаточного обезгаживания прибора, имеет противоположный знак и по величине обычно намного превосходит ошибку, вызванную откачивающим действием прибора.
Показания магниторазрядных вакуумметров зависят от рода газа, причем коэффициенты относительной чувствительности к разным газам близки по значению к тем же коэффициентам для электронных ионизационных преобразователей, см. табл. 6-1. Показания вакуумметра также зависят от состояния преобразователя и напряженности магнитного поля. Поэтому во избежание изменения напряженности магнитного поля к преобразователям нельзя подносить ферромагнитные тела на расстояние менее 100 мм. В процессе эксплуатации необходимо периодически контролировать сопротивление утечки изоляторов, обусловливающие дополнительный фоновый ток, а также полезно контролировать напряженность магнитного поля.
Рабочий диапазон магнитных электроразрядных вакуумметров определяется в основном конструкцией преобразователя, обеспечивающей те или иные условия возникновения и поддержания разряда. Основные технические характеристики вакуумметров приведены в приложении 10.