Методические указания Челябинск 2012

2.3. Термопарный вакуумметр.
Манометрический преобразователь представляет собой стеклян­ную или металлическую лампу (рис.8), в которой на специальных вводах смонтированы платиновый или никелевый подогреватель и приваренная к нему термопара (хромель – копель или хромель – алюмель). Измерение давления производят при постоянном токе J через подогреватель.

Рис.8. Схема измерительного блока термопарного манометрического преобразователя и градуировочная кривая. Измеряют термо-ЭДС (V) и по графику определяют давление газа в откачиваемом объеме.

При понижений давления в вакуумном преобразователе теплопроводность газа уменьшается, что приводит к повышению темпера­туры нагревателя и, следовательно, увеличению термо-э.д.с. Для измерения разряжения газа в откачиваемом объеме измеряют термо-э.д.с и по градуировочному графику определяют величину давления.
Точность измерения давления зависит от правильности подбора тока накала J. Для определения оптимальной величины J создают в манометрическом преобразователе вакуум не хуже 10^-2 Па. После этого подбирают ток J подогревателя таким, чтобы стрелка мил­ливольтметра в цепи термопары отклонилась вправо до последнего деления шкалы.


2.4. Электронный ионизационный вакуумметр.
М анометрический преобразователь этого типа выполнен в виде стеклянной лампы, в которой смонтированы катод прямого накала, анодная сетка и коллектор ионов, рис.6. На анодную сетку подается напряжение +200 В, на коллектор ионов -50 В. Анодная сетка выполнена в виде спирали из вольфрама. При включении преобразователя для его обезгаживания по спирали анодной сетки кратковременно пропускают ток 3 А, нагревают ее до 1000С.

Рис.9. Схема измерительного блока ионизационного манометрического преобразователя. Ионный ток в цепи нить накала – коллектор ионов пропорционален давлению газа в откачиваемом объеме.

Принцип работы преобразователя основан на ионизации молекул газа внутри лампы потоком электронов. Информацию о давлении газа получают по величине ионного тока.
Вольфрамовый катод испускает поток электронов, который под действием электрического поля движется к анодной сетке. Большая часть электронов пролетает сквозь анодную спираль и тормозится в пространстве между сеткой и коллектором. Затем электроны начинают движение в противоположном направлении. В результате, прежде чем попасть на анод, электроны совершают в среднем до 5 колебаний около анодной сетки (путь электронов от катода к аноду резко увеличивается, следовательно, возрастает вероятность ионизации молекул газа). При столкновении электронов с молекулами газа происходит их иони­зация, образующиеся ионы движутся к отрицательно заря­женному коллектору ионов и создают в его цепи ионный ток.
При давлениях ниже 0,1 Па отношение ионного тока J_и к элек­тронному J_э прямо пропорционально давлению газов Р_изм:
Это уравнение называют уравнением электронного преобразователя.
Для получения однозначной зависимости ионного тока от давления газа электронный ток преобразователя поддерживают постоянным, тогда:
,
где - постоянная электронного ионизационного преобразователя.
Верхний предел давлений, измеряемых электронным ионизационным вакуумметром, ограничен мальм сроком службы вольфрамового термокатода в присутствии химически активных газов и нелинейностью зависимости ионного тока в цепи коллектора от давления газа. Обычно ионизационный вакуумметр включают при давлении газа меньше 0,1 Па. Нижний предел давлений определяется фоновым током (ток фотоэлектронной эмиссии коллектора и ток ионно-электронной десорбции анода), не зависящим от давления и может достигать 10^-8 Па. При работе с разными газами чувствительность преобразователя отличается, т. к. эффективность ионизации зависит от рода газа.