ИОНИЗАЦИОННЫЙ ВАКУУММЕТР Советский патент 1970 года по МПК G01L21/30 

Изобретение относится к вакуумной технике, в ча-стности к нонизационньш вакуумметрам, и может быть использовано для измерения давления разреженного газа в нрисутствии различного вида помех (например, электроиов, ио-нов и излучений).

Известны ионизационные вакуумметры с (Модуляцией тока эмиссии катода датчика для измерения давления (плотности) -нейтрального газа Вблизи плазмы. Наличие значительного но величине магнитного .поля существенно ограничивает область применения этих вакуум1Метр01в.

Ионизационные вакуумметры с модуляцией электронного тока без магнитного поля способны измерять давление газа на 1-2 порядка выше, чем аналогичные им по конструкции вакуумметры, работающие в режиме постоянного электронного тока. Это обусловлено наличием паразитного емкостного тока между модулирующим электродом и 1коллектором датчика.

|ПредложеННЫЙ вакуумметр позволяет расширить ниЖНий 1нредел измерения ионизационного вакуумметра с модуляцией электронного тока. При этом отпадает необходимость применения магнитного поля.

дуляции (нанример, потенциометр), компенсирующий разность фаз между токовым сигналом на коллекторе и сигналом .модулятора. На фиг. 1 представлена прннциниальная 5 схема вакуумметра; на фиг. 2 показана зависимость токовых сигналов, возникающих в коллекторной цепи датчика, по отношению к модулирующему сигналу. Вауумметр содержит датчик 1, состоящий

0 из катода 2, модулятора 3 электронного тока, анода 4 и коллектора 5 ионов, н электронную блок-схему 6 питания и измерения, включающую начальную цепь 7 катода, сопротивление 8 смещения, блок 9 стабилизации элшсснн,

5 задающий генератор 10, амплитуда которого может регулироваться и контролироваться с помощью органа 11 регулировки (например, .потенциометра), выпрямитель 12 для питания цепи анода и узконолосный усилитель 13 пс0 ременных ионных токов со стрелочным индикатором 14.

Вакуумметр работает следующим образом. Катод 2, находящийся под положительным потенциалом по отнощению к модулятору 3 и

5 коллектору 5, эмитирует электроны, которые под воздействием управляющего модулятора 3, модулируются частотой, равной частоте задающего сигнала генератора 10. Промодулированный электронный ток, ускоряясь нолем

в пространстве, ограниченном анодом 4 и коллектором 5 датчика /.

Положительные ионы, образованные промодулированными электронами, нопадают на коллектор 5. Образующийся нонный ток является мерой давления газа в объеме ионизации, который измеряется с помояхью усилителя 13 и индикатора 14.

3 .ачеотве измерителя ионных токов применяется узко.полосный селективный усилитель (например, усилитель с применением двойного Т-образного фильтра), HacTipoeKHbrn на частоту вадающего /генератора 10. Это позволяет исключить из коллекорной цели измерения noiMP.XH, создаваемые в вакуумной системе заряженны.ми частицами и излучениями.

Пренебрегая временем .пролета электронов и ионов IHO сравнению с еериодо-м си-гнала модуляции, ион«ый ток /и находится с фазе с сигналом модуляции /д (см. фит. 2).

Нижний предел измерения вакуумметра ограничивается фоновыми токами в цени коллектора 5.

iK ним относятся:

как и в большинстве ионизационных вакуумметров, работающих без модуляции электронного то;ка, ток фотоэмиссии /ф.эм с ионного .-коллектора 5, возникающий под дейст1вием мягкого рентгеновского излучения с анода 4, появляющегося цри торможении шромодулированных электронов в материале анода 4 манометра. Ток фотоэмиссии с коллектора 5 находится в фазе с сигналом дгодуляции;

ток /с, проходящий через межэлсктродную емкость модулятор 3 - коллектор 5 датчика /.

Он на - опережает сигнал модуляции;

«наведенный ток /„ав возникающий в результате изменения величины отрицательного объемного заряда в пространстве, заключенном между анодам 4 и коллектором 5 датчика /. Количество промодулированных электронов, т. е. величина объемного заряда в указанном пространстве, сфазировано с сигналом модуляции. Следовательно, индукционно на1веденньш ток в цепи коллектора 5 датчика / отстает на- от сигнала .модулятора 3.

Таким образом, как видно из фиг. 2, ток в цени коллектора 5 ионизационного вакуумметра с модуляцией электронного тока определяется суммой -четырех составляющих (токами /И ф.эм J /с и /нав); три из которых Не зависят от давления. В зависимости от значений амллитуд указанных токов разность фаз между коллекторным током и сигналом модуляции может из.ме}1яться от до 4- --

22

Если сигнал модулятора изменяется т;о закону бд-б д, sinoj/, то емкостгюй 1 «наведенный токи будут выражаться соответспзгино как:

/с /с, sin wt + yj и /нав /ii, sin /сог

При условии /с„ Aij ток в цепи коллектора 5 выражается как: /кол .эм , фи

этом он находится в фазе с модулирующим сигналом. Следовательно, нижний предел измерения ионизационного вакуумметра с модЗЛяцией электронного тока обусловлен током фотозмисСии с колл0ктора 5.

Электрический режим, соответствующий равенству емкостного и «наведенного телков, может быть использован в любой известной конструкции ионизационных датчиков, как с плоской, так и с цилиндричсокой сисгсмой

электродов.

При использовании изобретения в указанные коцструкции манометров необходимо ввести между катодом 2 и анодоМ 4 дополнительный электрод, способный модулировать

электронный поток (например, сетку).

Режи.ч компенсации определяется путем контроля ра1зности фаз между сигналом модулятора 3 и токовым сигналом в коллекторной цепи. При изменении амплитуды модулирующего сигнала f/д и тока э.миссии катода 2 /е режим компенсация соответствует тем значениям f/д и /е, при которых указанный выше сдвиг фаз равен нулю. Изменение тока эмиссии катода 2 при постоянстве электрического режи1ма работы датчика / вызывает ряд технических трудностей, а также приводит к отрицательным явлениям в работе датчика / (к ним следует отнести неопределенность процессов сорбции и десорбции в датчике / и т. д.).

Пацболее рациональным юпособом 1ахождсния компенсации является изменение величины напряжения модуляции с помощью органа 11 регулировки до такого значения,

при .котором ток коллектора 5 находится в фазе с сигналом модуляции, три этом электронный ток катода 2 постоянен.

Предмет изобретения

Ионизационный вакуумметр, содержащий датчик с модулятором электрон)юго тока, расположенным между катодом и анодом, и электронный блок питания и измерения, отличающийся тем, что, с целью расщиреиия нижнего предела измерения, в нем цепь .модулятора электронного тока содержит орган регулировки величины напряжения модуляции (например, потенциометр), компенсирующий разность фаз между токозым сигналом на коллекторе и сигналом .модулятора.

нпв

Риг..2