Материал: 1381

61

вакуумметры на основе изменения сопротивления прогреваемых металлических нитей от теплоотвода газа (вакуумметры сопротивления блокировочные марки ВСБ-1 с датчиком ПМТ-6 – преобразователь манометрический тепловой). Широкое распространение нашли датчики на основе измерения температуры нити с помощью термопары (термопарные вакуумметры марки ВТБ, ВИТ с датчиками ПМТ-2, ПМТ-4 – преобразователь манометрический термопарный). На рис. 3.9 представлена схема термопарного датчика и вид его градуировочной кривой.

Рисунок 3.9 – Схема термопарного датчика и его градуировочная кривая

Для измерения давления менее 0,1 Па нашли широкое распространение ионизационные датчики ПМИ – 2 на основе ионизации газа. Такой датчик устроен по типу трехэлектродной радиолампы (рис. 3.10).

Рисунок 3.10 – Схема ионизационного датчика ПМИ-2 и его градуировочная кривая.

Ионизация газа происходит за счет электронов, получаемых с накаленного катода. Ионы улавливаются коллектором. Диапазон измерения давлений более 0,1 Па ограничивается перегоранием вольфрамового катода. Для расширения диапазона измерения в сторону более высоких давлений (до 1 Па) используются датчики с ирридиевоториевым катодом. (ПМИ-10 в комплексе с вакуумметром типа ВИ-14). Для измерения давлений от форвакуума (менее 100 Па) до сверхвысокого вакуума (10-10 Па) в последнее время применяются электроразрядные датчики с вакуумметрами типа ВМЦБ в комплексе с ЭВМ. На рис. 3.11 представлены схемы электроразрядных датчиков и их характеристика. Работа датчиков основана на зависимости тока разряда от давления. Стимулирование разряда проводится магнитным полем или эмиссией электронов с катода.

62

Рисунок 3.11 - Схемы электроразрядных датчиков и типовая зависимость тока разряда от давления

3.1.10.3Погрешности при измерении давлений

разброса при изготовлении.

Чувствительность различных датчиков к роду газа отличается вследствие различий по теплопроводности и коэффициенту ионизации. В табл. 3.4 приведены коэффициенты пересчета чувствительности для некоторых датчиков.

Таблица 3.4 – Чувствительность некоторых датчиков давления к роду газа

Не рекомендуется проводить измерение вакуума в период горения разряда или испарения материалов и т.п., вследствие десорбции газов из-за нагрева или электронной бомбардировки. В начальный момент измерения происходят процессы обезгаживания элементов датчика.

3.1.10.4Измерение парциальных давлений

Общее давление газа в вакуумной системе по закону Дальтона складывается из суммы парциальных давлений. Приборы для измерения парциальных давлений называются газоанализаторами или спектрометрами. Принцип работы масспектрометра заключается в ионизации газа с последующим разделением тока ионов Ii по массам. В случае однозарядной ионизации массовое число иона, отнесенное к заряду (М / е) равно молекулярной массе иона. На рис. 3.12 приведен фрагмент записи спектра масс. В таблице 3.5 приведено соотношение интенсивностей спектральных линий для расшифровки спектра масс.

63

Рисунок 3.12 – Спектр масс

Таблица 3.5 – Соотношение интенсивности спектральных линий для некоторых газов

Для измерителей парциальных давлений характерны следующие параметры:

1) К – газоаналитическая чувствительность к роду газа, равная отношению парциальной компоненты Pп к общему давлению.

К = Рп / Р [Ампер/Паскаль];

2) предел анализа верхнего давления, т.к. с увеличением давления (более 0,01 Па) возрастает рассеяние ионов.

3) диапазон измеряемых масс;

4) разрешающая способность (R) как отношение ионного тока (высоты пика) предполагаемого элемента к разнице масс между пиками:

R = M /(M +∆M );

На рис. 3.13 представлена схема спектрометра с магнитной разверткой.

Рисунок 3.13 – Схема спектрометра с магнитной разверткой

64

Электроны с термокатода ионизируют исследуемый газ. Ионы, в пролетной камере искривляют свою траекторию в магнитном поле под действием силы Лоренца. Радиус искривления r обратно пропорционален

где В – индукция магнитного поля;

U – разность потенциалов на пути пролета ионов.

Изменяя разность потенциалов, и напуская известные газы, производят калибровку спектрометра по массам.

По подобному принципу устроены масс-спектрометрические гелиевые течеискатели ПТИ-6, ПТИ-7, ПТИ-10. При обдуве вакуумной системы гелием, течеискатель позволяет отыскивать малейшие негерметичности. Разрешающая способность подобного класса приборов относительно невелика (М / ∆ М = 30). В последнее время появились водородно-гелиевые спектрометры-течеискатели СТИ-11, СТИ-12.

В практике вакуумных исследований состава газа широкое применение нашел измеритель парциальных давлений омегатронного типа (ИПДО), у которого произведение разрешающей способности R на массовое число М – есть величина постоянная. Это позволяет оперативно определять род газа (М) и разрешающую способность по массам ( ∆M =М/R). Например, для реперной точки М=18 (Н2О) разрешающая способность прибора постоянна R=20. На рис. 3.14 представлена схема датчика масспектрометра.

Рисунок 3.14 – Схема датчика омегатрона

При обеспечении в объеме датчика давления менее 10-2 Па включается термокатод К и на пластины подается напряжение Евч до 5 В с изменяющейся частотой f от единиц килогерц до 2,5 Мгц. Пробный газ подается в датчик, где подвергается ионизации. Ионы начинают вращаться под действием электрического и магнитного полей. Радиус орбиты ионов обратно пропорционален их массе. Масса М, отбираемых коллектором (КОЛ) ионов, обратно пропорциональна частоте вращения ионного облака и определяется выражением:

где с – постоянная прибора; В – индукция магнитного поля прибора; f – частота развертки генератора. (Для ИПДО-1 с =15,2; В=0,26 Тл; f=0,1 кГц- 2,5 Мгц).

Регулируя частоту генератора можно отбирать на коллекторе ионы определенной массы, а по уравнению (3.19) проводить расшифровку спектра. Сигнал с коллектора КОЛ подается на усилитель и записывается на ленту самописца. Разрешающая способность омегатрона R определяется отношением:

Рисунок 3.15 – Вид диаграммы с расшифровкой спектра

На рис. 3.16. представлена схема времяпролетного масспектрометра (хронотрона). Он содержит стартовую и финишную сетки.

Рисунок 3.16 – Схема времяпролетного масспектрометра (хронотрона)

В хронотроне сигнал прихода ионов со стартовой сетки поступает на ждущий осциллограф. Скорость пролета ионов между сетками пропорциональна массе иона и его энергии. Разрешающая способность масспектрометра достигает 200.