10. Электронные и ионные измерительные преобразователи
10.1. Ионные преобразователи малых концентраций газа (вакуумметры)
Простейшим примером преобразователя с термоэлектронной эмиссией является преобразователь ионного вакуумметра, представляющий собой трехэлектродную лампу, баллон которой соединен патрубком с исследуемым объектом (рисунок 10.1).
Рисунок 10.1 Схема ионного вакуумметра
Ионизация газа в лампе производится электронами, вылетающими из накаленного катода К. При постоянстве ЕН, ЕА, ЕСМ., величина ионного тока зависит только от степени вакуума в баллоне. Полученные ионные токи очень малы. При давлении 10-6 мм.рт.ст. и ЕА=220 В отклонение числа создаваемых ионов к числу ионизирующих электронов, т.е. ионного тока к электронному (ионизирующему) току равно 10-5-10-4.
На схеме ионизация происходит на всем пути от катода к аноду. Указатель ионного тока включен в цепь сетка-катод и воспроизводит ионный ток, стекающий на сетку. В качестве лампы используется специальная лампа ЛМ-2. Вакууму 10-6 мм.рт.ст. соответствует ток указателя 0,1 мкА. Поэтому при работе в диапазоне от 10-7 до 10-3 мм.рт.ст. измерительные приборы должна измерять постоянные токи от 0,01 до 100 мкА.
10.2. Электронные преобразователи перемещения
В преобразователях перемещения вакуум внутри баллона поддерживается постоянным, а под воздействием измеряемой механической величины меняется расстояние между электродами. Простейшая конструкция, это конструкция с двумя неподвижными анодами А1, А2 и подвижным общим катодом К (рисунок 10.2.).
Представленная на рисунке конструкция называется мехатроном. Измерительная схема представляет собой мост, образованный двумя сопротивлениями R1, R2 и сопротивлениями промежутков между подвижным катодом и анодами А1, А2. В измерительную диагональ включен измерительный прибор ИП, а питающую - источник питания Е. При отсутствии перемещения Δl=0 мост уравновешен и показания прибора равны нулю.
Рисунок 10.2. Схематическое устройство мехатрона
Чувствительность по току 100 мкА на 1 мм смещения. Другие конструкции более чувствительны, например 600 мВ на 1 мкм, 30 мкА на 1 мкм.
Такие преобразователи можно использовать для преобразования любых физических величин, которые могут быть преобразованы в малые перемещения, вибрации, ускорения, деформации и т.д.
10.3. Масс-спектрометры
Это электронные преобразоват6ели для измерения концентраций различных компонентов (газа, твердых веществ и др.).
Рисунок 10.9. Принцип действия
масс- спектрометра
Основное уравнение масс-спектрометра:
,
где r – радиус закругления траектории ионов,
В – индукция в «трубе», где есть поток ионов,
m – относительный молекулярный (атомный) вес иона,
U – управляющее напряжение,
К – ускоряющее напряжение.
Основным преобразователем масс-спектрометра является разделение ионов по мессам m при изменении индукции В.
Порог чувствительности в пределах 0,1÷0,001 % относительной концентрации данной компоненты.