Магнитный электроразрядный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК G01L21/34 

1

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к магнитным электроразрядным преобразователям, предназначенным для использования в качестве датчиков давлени,я разреженных газов.

Известны магнитные электроразрядные преобразователи с холодным катодом магнетронного и инверсно-магнетрюнного типа, электродные системы которых состоят из цилиндрического анода, коаксиального с ним цилиндрического катода с двумя круглыми дисками, расположенными по его торцам t13.

Недостаток данных преобразователей состоит в ограниченности диапазонов контролируемых давлений - диапазон преобразователей, предн значен} ных для измерения высоких давлений ограничен со стороны низких давлений, а преобразователей, предназначенных для измерения низких давлений

ограничен со стороны высоких давлений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь магнетронного типа, обеспечивающий расширение рабочего диапазона измеряемых давлений и повы шение точности измерений путем осуществления регулировки чувствитель10ности. Электродная система данного преобразователя состоит из полого цилиндрического анода, по оси которого размещен стержневой катод с тремя (или более) дисками. В преfSобразователе с тремя дисками два диска жестко закреплены на стержневом катоде и образуют малую разрядную камеру, предназначенную для измерения высоких давлений. Третий диск

20 расположен на подвижной части стержневого катода, являюсцегося продолжением неподвижного штока сильфонного механизма перемещения. Этот диск. 39 катода, ближайший к нему неподвижный диск и стержневой катод регулируемой длины образуют большую разрядную камеру, предназначенную для измерения низких давлений. Совместная работа камер позволяет получить желаемыйширокий диапазон измерений, а сильфонный механизм - изменять расстояние между дисками и тем самым регули ровать чувствительность датчика и диапазон контролируемых давлений 2 Однако известный преобразователь обладает рядом недостатков, обусловленных наличием в его конструкции движущихся, частей - для двухкамерного преобразователя 31т6 сильфонный механизм перемещения штока с укрепленным на нем диском. При измерении давления сильфонный механизм должен обеспечить не только перемещение, но и точную фиксацию подвижного што ка в одних и тех же дискретных положениях, соответствующих рабочей мувствительности в широком и узких диапазонах. В противном случае.точност измерения падает. При необходимости дистанционного управления работой преобразователя он должен быть снаб жен сложным приводом сильфонного ме . В случае исполнения преобразователя с ручным управлением работа с ним неудобна, особенно при использовании, преобразователя в кон структивно сложных вакуумных системах. Цель изобретения - повышение удо ства эксплуатации. Указанная цель достигается тем, что преобразователь снабжен дополнительными цилиндрическими электродами , расположенными между дисками катода на одной оси с анодом с зазо ром относительно .друг друга, боковые поверхности которых,обращенные в разрядное пространство преобразов теля, вместе с боковой поверхностью анода образуют цилиндрическую поверхность, рассеченную поперечными кольцевыми промежутками, при этом по менБшей мере один дополнительный электрод соединен с анодом или с ка тодом. При измерении высоких давлений дополнительные электроды соединены с катодом, а при измерении низких давлений часть дополнительных электродов или все дополнительные электроды в целом соединены с анодом. На фиг. 1 изображен предлагаемый преобразователь магнетронного типа, разрез; на фиг. 2 - то же, инверсномагнетронного типа. Преобразователь содержит корпус 1, фланец 2, анод 3, дополнительные электроды -6, цилиндрический катод 7, диски 8, вводы 9 изолирующие втулки, 10, изолирующую вставку 11, ,прижимную шайбу 12 и магнит 13Электродная система преобразозателя размещена в герметичном цилиндрическом корпусе 1, снабженным фланцем 2 и выполненным из немагнитного материала. Анод 3 и дополнительные электроды выполнены в виде колец и расположены в корпусе соосно, 1Сатод состоит из цилиндрического катода 7 и закрепленных по его торцам дисков 8. Катод коаксиален акоду и дополнительным электродам. Все электроды укреплены на вводах 9, проходящих через изолирующие втулки 10 в торце корпуса. Со сторонь фланца корпуса положение катода зафиксировано с помощью изолирующей вставки 1 1 и прижимной шайбы 12. .айба 12 выполнена с отверстиями. Разрядное пространство ограничено цилиндрическим катодом, дисками катода и совокупной боковой поверхностью анода и дополнительных электродов, противолежащей катоду. Магнит 13 создает осевое магнитное поле, величина которого значительно превышает критическую напряженность. Преобразователь работает следующим образом. Между электродами преобразователя - вводом, катодом и дополнительными электродами преобразователя прикладывается высокое электрическое напряжение. Под действием скрещенных электрического и магнитного полей свободные электроды, оказавшиеся в области разрядного пространства преобразователя, начинают двигаться к аноду. В плоскости, перпендикулярной оси электродной систе-, мы.траектория электрона представляет замкнутую циклоиду: для инверсномагнетронного преобразователя это гипоциклоида, а магнетронного эпициклоида. Одновременно электроны совершают осевые колебания между дисками катода. Движение электронов по Jнаправлению к аноду, а следовательно, и попадание электронов на анод происходит только вследствие их стол кновений с молекулами газа. Результирующую траекторию движения электронов упрощенно можно представить в виде винтовой линии. Увеличение траектории движения электронов приводит к повышению вероятности ионизации га за, находящегося в пространстве меж ду электродами. Число актов ионизации пропорционально давлению, поэтом и ток разряда, имеющий электронную и ионную составляющие, пропорционален давлению. Возникновение разряда для определенных областей значений напряженности магнитного поля и напряжение между электродами зависит только от давления остаточных газов и геометрии электродов. При прочих равных условиях Чувствительность преобразователя зависит только от расстояни между дисками, т.е. от осевых размеров разрядного пространства. Конструкция преобразователя позволяет дос таточно просто изменять эти осевые размеры разрядного пространства. Достигают это соединением дополнительных электродов с анодом или катодом. Коммутацию соединения дополнительных электродов с электродами преобразова теля удобно осуществлять измерительным блоком, в паре с которым предлагаемый преобразователь составляет вакуумметр. Соединение дополнительного электрода с катодом приводит к тому, что потенциал в точках пространства между катодом и дополнительным электродом становится равным потенциалу катода. Это пространство представ ляет как бы дополнительный диск, ограничивающий область горения разрядЭГпо оси. При подаче потенциала катода на все дополнительные электроды преобра зователь работает в диапазоне высоких давлений. Вследствие малых осевы размеров разрядного пространства его сопротивление в области высоких давлений велико и нелинейность градуировочной зависимости проявляется при более высоких давлениях, что обес печивает повышение верхнего предела измеряемых давлений. Но в этом случае диапазон работы преобразователя ограничен со с- ороны низких дЭвле|Ний, так как зажигание разряда про.исхрдит при более высоких давлениях. Подавая последовательно на дополнительные электроды 6, 6 и 5 6 5 и i вместо потенциала катода потенциал анода, можно дискретно изменять положение дополнительного диска, чувствительность преобразователя и диапазон контролируемых давлений. Осевые размеры разрядного пространства при этом увеличиваются, сопротивление разрядного пространства уменьшается, чувствительность преобразователя возрастает в диапазоне низких давлений, а нижний предел измеряемых давлений смещается в область более низких давлений, так как значительно раньше начинает наблюдаться нелинейность градуировочной зависимости. В целом градуировочная зависимость преобразователя состоит из нескольких кривых; одной, обеспечивающей измерение давления при высоких давлениях, и кривых , число которых равно числу дополнительных электродов, обеспечивающих измерение низких давлений. Предлагаемый преобразователь прост в изготовлении и удобен в эксплуатации, ввиду отсутствия движущихся частей отпадает необходимость в снабжении преобразователя Нрецезионным механизмом перемещения и фиксации электродов. Для разработки преобразователя может быть использовано большинство магнитных электроразрядных преобразователей. Введение дополнительных электродов не меняет осевых размеров электродной системы, что позволяет заимствовать ряд деталей, например корпус преобразователя и магнит. Формула изобретения Магнитный элёктроразрядный пре образователь, содержащий цилиндрический анод, коаксиально располо- женный с ним цилиндрический катод с дискакш и магнит, отличающийся тем, МТС, с целью повышения удобства эксплуатации, он CHa6jr жен дополнительными цилиндрическими электродами, расположенными между дисками катода на одной оси с анодом с зазором относительно друг друга, боковые поверхности которых, обращенные в разрядное пространство преобразователя, вместе с боковой поверхностью анода образуют цилиндрическую поверхность, рассеченную поперечными кольцевыми промежутками,