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正航整理热阴极电离真空计的工作原理与分类

时间:2015-07-24 11:39来源:未知 作者:正航仪器 点击:
正航整理热阴极电离真空计的工作原理与分类
       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
    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。
  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)真空电离真空计(1×10-1~lO-8Pa,有的下限为10-10Pa);
    (3)高压力电离真空计(102~10-3Pa)。
如下表 
 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:
     (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。
图8示出DL一2型普通型热阴极电离规结构 
 
 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    
 
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