15. 3. Іонізаційні манометричні перетворювачі

Вимірювання тиску за допомогою цих манометрів відбувається завдяки іонізації залишкового газу і визначення іонізаційного струму, що буде мірою молекулярної концентраціі, тобто тиску газу. Очевидно, що збільшення струму буде відповідати зростанню тиску.

Іонізаційний манометр, як і термопарний, складається з двох частин: вимірювальної і датчика. Датчик – це скляна лампа – перетворювач манометричний іонізаційний (ПМІ – 2), має вигляд (рис. 15.5) скляної колби 1, що закінчується трубкою 2, через яку приєднується до вакуумної системи. У середині колби впаяні три електроди: вольфрамовий катод 3, розміщений на осі колби у вигляді петлі з двома відводами 4, анод – молібденова сітка у вигляді біфілярної спіралі 5, що охоплює катод і також має два відводи 6, і нікілевий колектор іонів 7 у вигляді циліндра, що охоплює ці електроди і має відвід 8. Два відводи у сітки-анода необхідні для розжарювання її електричним струмом, щоб викликати виділення поглинутих газів як з неї, так і з інших елементів лампи.

Е

Рис. 15-5.

лектрони, що емітуються нагрітим катодом, спрямовуються до анода і створюють електронний струм, а іони, що створилися під дією ударної іонізаціі, збираються колектором іонів і створюють іонний струм, який вимірюється мікроамперметром (рис.15.6, а). Оскільки сітка має великий період намотки, то значна частина електронів не зразу досягає її поверхні, а пролетівши повз неї, опиняється в гальмуючому електричному полі анода і починає коливальних рух навколо сітки перед тим, як потрапить до неї. Збільшення довжини траєкторії руха електронів збільшує імовірність іонізаціі і значно підвищує чутливість манометра. З цією ж метою відстань між сіткою-анодом і колектором іонів роблять відносно великою. Для створення іонного струму достатньо до колектора прикласти від’ємну напругу приблизно до 10 В, але для прискорення емісійних електронів необхідна позитивна напруга до 250 В.

Підключення іонізаційного датчика можна здійснювати також за схемою рис. 15.6, б, де функцію анода виконує колектор іонів, а іони збираються сіткою 5. Але чутливість манометра при такому підключнні нижча, тому схема за рис. 15.6, а має більше застосування.

З експериментів відомо, якщо тиск газу буде не вище Торр, то відношення іонного струму до електронного буде прямо пропорційним до тиску в манометричній лампі:

. (15.5)

Коефіцієнт пропорційності k визначає чутливість манометра і якщо електронний струм підтримувати завжди на постійній величині, то можна вважати, що

, (15.6)

де – постійна манометра.

В

Рис. 15.7.

еличина постійної манометра залежить від роду газу, електричної схеми підключення і режиму її роботи, конструкції датчика, тому її визначають геометрично з градуювального графіка, який будують при градуюванні іонізаційного манометра за допомогою іншого манометра. Очевидно, що при збільшенні величини електронного струму іонний струм також зростатиме.

Градуювальний графік має в головному лінійну залежність (рис. 15.7), але можна бачити, що за підвищених тисків (> Торр) при збільшеному електронному струмі (20 mA) іонний струм зростає швидше ніж тиск. Це пояснюється виникненням лавинної іонізації.

Завдяки лінійній залежності іонізаційного струму від тиску іонізаційні манометри мають високу точність вимірювань у діапазоні тисків - Торр.

До недоліків їх слід віднести можливість руйнування розжареного катода при раптовому проникненні у колбу атмосферного повітря. Руйнування відбудеться завдяки інтесивному бомбардуванні іонами, що будуть утворюватися біля катода. Крім цього приєднувати манометр до вакуумної системи треба через трубку великого діаметра, в супротивному разі газовий розряд, що протікає в манометрі, призведе до поглинання газу електродами, тобто до помітного зниження тиску в ньому в порівнянні з вакуумною системою. Тому перед кожним вимірюванням необхідно провести знегаження елементів манометра інтенсивним електронним бомбардуванням, яке створюють розжаренням спіралі анода.

При вимірюванні низьких тисків (< Торр) з’являються помітні неточності, пов’язані з появою фотоелектронної емісії з колектора іонів, що виникають під дією рентгенівських променів, які випромінює анод внаслідок бомбардування його прискореними електронами. Останній недолік частково усувається зміною конструкціі.