2.3.3. Електронний іонізаційний манометр для вимірювання надвисокого вакууму
Нижня границя тисків, що вимірюються електронними іонізаційними манометричними перетворювачами, визначається фоновим струмом, який не залежить від тиску. Це перш за все фоновий струм фотоелектронної емісії з колектора та струм іонно-електронної десорбції. Фоновий струм фотоелектронної емісії утворюється при опромінюванні колектора іонів м'яким рентгенівським випромінюванням з анода, яке виникає при бомбардуванні його електронним потоком. Фоновий струм фотоелектронної емісії
,
(33)
де
kф.е. - коефіцієнт
пропорційності; Іе -
електронний струм на аноді; Zа
- атомний номер матеріалу анода; n =
1.4 - 2 - показник степені; Uа.к.
- напруга на аноді відносно катода; j
- тілесний кут, під яким колектор іонів
проглядається з анода. Так фоновий струм
фотоелектронної емісії одного з
перетворювачів має значення, що відповідає
тиску 5×10-9
мм рт.ст., тобто тиск 5×10-8
мм рт.ст. перетворювач вимірює з додатковою
похибкою в 10%. Тому вважають, що нижня
границя вимірюваних тисків
визначається умовою
і у відповідності з рівняннями (31) та
(33)
,
(34)
де
S - чутливість,
- фонова стала:
.
(35)
Для зниження фонової сталої зменшують перш за все тілесний кут j. При цьому колектор манометрів надвисоковакуумного діапазону виготовляється у вигляді тонкої нитки або стрижня.
Можливе ще одне джерело значної похибки при вимірюванні низьких тисків. Електронний потік на анод поряд з десорбцією газу з його поверхні частково іонізує цей газ. Разом з іонами з газової фази іони десорбованого газу також поступають на колектор і спотворюють відлік тиску.
При тисках вище 10-7 мм рт.ст. ефектами іонно-електронної десорбції можна нехтувати. При більш низьких тисках для пониження струмів іонної десорбції необхідно ретельно та довгий час прогрівати анодну сітку манометра (в окремих випадках навіть декілька годин).
Для вимірювання тисків до 10-10 мм рт.ст. застосовуєтся манометр з осьовим колектором іонів - манометр Байарда-Альперта (мал. 17.). Роль колектора іонів в ньому виконує тонка вольфрамова нитка 3, поверхня якої приблизно на 2 - 3 порядки менша поверхні колектора звичайного манометра з циліндричним колектором іонів. Зрозуміло, на такий колектор буде попадати значно менше рентгенівського випромінювання з сітки 2, яка виконує роль анода, і фотострум також зменшиться на 2 - 3 порядки порівняно зі струмом в звичайному манометрі. Джерелом електронів тут також служить вольфрамовий катод 1, розміщений зовні сітки.
Мал. 17. Будова датчика іонізаційного манометра з осьовим колектором
Якщо катод розміщений на невеликій відстані від сітки, іонізація газу відбувається в порівняно великому об'ємі, який знаходиться всередині спіральної сітки, і практично всі іони попадають на колектор. Це в деякій мірі компенсує відсутність попередніх умов для коливного руху електронів, тому чутливість манометра з осьовим колектором іонів може бути порівняна з чутливістю звичайних манометрів. Однак нижня границя вимірюваних тисків в манометрі з осьовим колектором вдається розширити до 5×10-11 мм рт.ст.