热阴极电离真空计的工作原理与分类

2020-05-06 真空技术网 真空技术网整理

  电子在电场中飞行时从电场获得能量,若与气体分子碰撞,将使气体分子以一定几率发生电离,产生正离子和次级电子。其电离几率与电子能量有关。电子在飞行路途中产生的正离子数,正比于气体密度n,在一定温度下正比于气体的压力p。因此,可根据离子电流的大小指示真空度。这就是电离真空计工作原理。

  由灯丝加热提供电子源的电离真空计称为热阴极电离真空计,其型式繁多,各具不同特点和适用不同的压力测量范围。

  热阴极电离真空计由测量规管(或规头)和电气测量电路(真空计控制单元和指示单元)组成。规管功能是把非电量的气体压力转换成电量——离子电流。热阴极电离真空计规管的基本结构主要包括三个电极:

  (1)提供一定数量电子流Ie的灯丝F(阴极);

  (2)产生电子加速场并收集电子流的阳极A(亦称电子加速极);

  (3)收集离子流I,的离子收集极C(相对阴极为负电位)。

  离子流Ii与压力p可用下式表示: Ii=KIep (9) 式中Ie——发射电子流

  K——规管系数,单位为Pa-1

秒速飞艇官网   在一定压力范围内K为一常数,若保持发射电子流I,为一恒量时,则离子流Ii与压力p呈线性关系

  当压力高到某一值时,K值会随压力p而变化,这就达到了压力线性测量上限pmax,它由电极的几何结构、电极间电位分布以及发射电流大小所决定。

  规管系数K在气体压力p很低时仍可保持为常数,但离子流Ii随压力p降低而减小到一定限度后,将会埋没在电离计工作中不可避免地存在着的其它与压力p无关的本底电流之中,因而达到其压力测量下限pmin。这种本底电流包括X射线光电流等。

  热阴极电离真空计主要分类

  按线性压力范围的不同,热阴极电离真空计主要分三类:

  (1)普通型电离真空计(1×10-1~lO-5Pa);

  (2)超高真空电离真空计(1×10-1~lO-8Pa,有的下限为10-10Pa);

秒速飞艇官网   (3)高压力电离真空计(102~10-3Pa)。

气体
对N2相对灵敏度Sr
气体
对N2相对灵敏度Sr
H2
0.46
CO2
1.53
He
0.17
干燥空气
1.0
Ne
0.25
H2O
0.9
Ar
1.31
Hg
3.4
Kr
1.98
扩散泵油气
9~13
Xe
2.71
HCl
0.38
N2
1.0
CH4
1.26
O2
0.95
CCl4
0.70
CO
1.11
 
 

  用改变规管电极结构及各电极的电参数,用抗氧化材料制做阴极(如铱丝涂氧化钇),可提高线性测量上限。制成高压力电离真空计,压力测量上限pmax可达lOOPa以上。图9示出DL一5规电极结构;图lO示出DL一8规电极结构。

  栅状阳极受电子轰击产生X射线,离子收集极接收此射线会产生光电子发射,形成与压力无关的光电本底电流Ix。减少Ix就可以降低线性压力测量下限pmin,可采取如下四种措施:

秒速飞艇官网   (1)从电板的几何结构上减少离子收集极被软X射照射的面积,这就是B-A型电离计的设计思想;

  (2)在离子收集极附近,安置一相对于离子收集极为负电位的电极(抑制极)。可以使离子收集极表面发射的光电子被电场折回,以消除本底电流,这种方法称为光电子抑制法,如抑制电离规;

  (3)这是一种在离子收集极电流中扣除本底光电流的方法,称为离子流调制法,如调制B—A电离规;

  (4)本底光电流Ix对应的本底压力指示px与规系数K成反比,所以提高规系数K能够降低测量压力下限pmin如弹道规和热阴极磁控管电离规。

几种热阴极电离真空计原理图

图:几种热阴极电离真空计原理图

  图8示出DL一2型普通型热阴极电离规结构,其Ie=5mA,K=0。15Pa-1,线性压力测量范围是l×10-1~10-5Pa。

  由于不同气体电离截面不同,所以电离规管系数K与气体种类有关,引入相对灵敏度S,概念,Sr=K/KN2。

  由于电离真空计是以N2校准的,若被测气体非为N2,则电离真空计的读数pread是被测气体离子流所对应的等效氮压力,非为真实压力preal。若知道被测气体相对灵敏度Sr时,其真实压力为

  preal=pread/Sr (10)

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