
книги из ГПНТБ / Слободенюк, Г. И. Квадрупольные масс-спектрометры
.pdfПение полосы пропускания Входных цепей УПТ в по следнем случае не имеет значения, так как применяе мые самопишущие потенциометры, как правило, узко полосные устройства, и возможное расширение полосы пропускания УПТ при уменьшении его входного сопро тивления не изменит общей полосы пропускания. При высоких скоростях регистрации и использовании в ка честве индикатора НЧ-осциллографа (например, С1-19Б) полосу пропускания всей регистрирующей части опре деляет входная цепь УПТ: входное сопротивление (RBx) и шунтирующая его паразитная входная емкость (С). При этом, согласно (4.15)
Д / ^ 5 / твх = 5/(ЯвхС). |
(9.52) |
Заметим, что по расчету в начале этого параграфа ско рость регистрации и, следовательно, полоса пропуска ния, при которой обеспечивается максимальное отноше ние сигнала к шуму при отсутствии заметных искаже ний сигнала, тоже могут изменяться на четыре поряд ка, т. е. требования к коммутации RBX согласуются по диапазону изменяемых при этом величин с возможным диапазоном изменения скоростей регистрации. Абсо лютное значение минимального входного сопротивления УПТ определяется максимальным усиливаемым в УПТ входным напряжением и максимальным выходным
ТОКОМ ВЭУ. ЕСЛИ /вэу макс = 10 ^ CL, a U Bx. м акс= Ю в
(УПТ на транзисторах с электрометрическим каскадом на входе), то
•^вх.мин — т/вх.мин//вэу макс = Ю7 ОМ. |
(9.53) |
При этом необходимо соблюдать требование, наклады
ваемое на |
полосу пропускания |
регистрирующей |
части, |
|||||||
т. е. первого |
из двух |
условий |
выражения (9.51), |
кото |
||||||
рое с учетом |
(9.52) можно преобразовать к виду: |
|
||||||||
|
|
|
R b x .m h h |
AM/(vMaKCCBX). |
|
(9.54) |
||||
В нашем |
случае |
|
при |
АМ=1 а. е. м., |
у макс = |
|||||
= 1000 |
а.е.м./сек и |
С= 5-10-12 |
ф, |
согласно |
(9.54), |
|||||
^вх. мин= 2 |
• 108 |
ом, т. е. |
результат |
расчета по |
формуле |
|||||
(9.53) |
не |
противоречит |
результату |
расчета |
на |
(9.54). |
Максимально допустимое значение входного сопротив
ления УПТ после |
определения RBX- мин по |
(9.53) |
или (9.54) |
|
|
^вх.макс |
^ ех.мин ^макс/^мин> |
(9.55) |
т. е. в нашем случае RBX. макс= 1011—1012 ом.
160
Таким образом, при максимальной скорости регист рации входное сопротивление УПТ увеличивать нельзя, оно должно быть минимальным. Поэтому обеспечивать усиление и отображение сигналов в нужном динамиче ском диапазоне можно только с помощью делителей во входных цепях УПТ осциллографа. (В осциллографе С1-19Б, например, имеется возможность деления вход ного сигнала ступенчато и плавно максимум в
10 000 раз.)
Стабильность усиления и погрешности отображения усиленного сигнала должны быть в пределах, заданных требованиями на КМ.
Г л а в а 10. КОНСТРУКЦИЯ И ПАРАМЕТРЫ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ
ИЗАРУБЕЖНЫХ СЕРИЙНОСПОСОБНЫХ КМ
§32. Примеры принципиального и конструктивного решения основных блоков КМ
Рассмотрим положения, которыми целесообразно руководствоваться при конструировании КМ, обладаю щих параметрами приборов III класса классификации, принятой на I Всесоюзной конференции по масс-спект- рометрии [59], предназначенных для решения широко го круга научных и производственных технологических задач.
Датчик КМ. При конструировании датчика КМ по мимо перечисленных ранее проблем необходимы: 1) вы бор конфигурации и взаимного расположения электро
дов ионного источника; |
2) выбор способа |
закрепления |
в пространстве четырех |
полеобразующих |
электродов |
анализатора; 3) решение задачи электровводов для по дачи напряжений на электроды датчика; 4) разработка необходимых экранов, препятствующих или уменьшаю щих возможное при анализе паров конденсирующихся веществ запыление или загрязнение электродов; 5) ре шение вопроса о закреплении в пространстве отдельных элементов относительно друг друга и узлов конструк ции датчика; 6) решение в пределах возможной про блемы унификации узлов датчика; 7) выбор типа и раз работка конструкции нагревательного элемента для прогрева датчика для уменьшения собственного фона и быстрого достижения сверхвысокого вакуума в рабо-
11 Г. И. Слободенюк |
161 |




няют в ней не только свою основную функцию образо вания в межэлектродном пространстве необходимого электрического поля, но и функцию несущих элементов самой конструкции. Это мало способствует сохранению высокой точности взаимного расположения и конфигу рации полеобразующих электродов анализатора в сбо ре. К вынужденным недостаткам конструкции рассмат риваемого датчика, объясняемым спецификой приме ненного ВЭУ, следует отнести углообразную форму корпуса датчика, делающую практически невозможным создание единой жесткой конструкции. закрепленных друг с другом ионного источника, анализатора и ВЭУ. От двух недостатков свободна конструкция датчика прибора КМ-1 (см. рис. 21), в котором благодаря при менению умножителя с динодами типа жалюзи отпала необходимость в несоосном расположении ВЭУ и ана лизатора. Датчик КМ-1 представляет собой единую конструкцию, в которой анализатор и ВЭУ закреплены в несущем корпусе (с отверстиями для облегчения откачки объема, занимаемого датчиком). В данном слу чае полеобразующие электроды анализатора уже не являются конструктивными элементами, поддерживаю щими анализатор в пространстве. Датчик прибора КМ-1 снабжен внешним легко съемным нагревательным эле ментом, с помощью которого можно осуществить его прогрев до температуры порядка +300°С. Анализатор датчика прибора КМ-1 имеет две планшайбы, с прецезионнообработанными отверстиями квадратного сечения, к углам которых с помощью изолированных от корпуса болтов притянуты опирающиеся на точноразмерные изолирующие керамические пластины четыре цилиндри ческих полеобразующих стержня. Планшайбы укрепле ны в несущем корпусе анализатора с отверстиями, сде ланными для облегчения быстрой откачки анализатора датчика. Первые варианты ионных источников с про дольной ионизацией, опробованные еще на ранних ма кетных образцах КМ (см. рис. 20), в датчике прибора КМ-1 ^заменены ионным источником с поперечной иони зацией и продольным расположением катода. Сделано это для обеспечения возможности регистрации с по мощью прибора КМ-1 составов не только газовых сме сей, но и молекулярных потоков (пара) легко конден сирующихся веществ, направляемых в ионный источник перпендикулярно к оси анализатора КМ через узкие
166
щелевые отверстия в защищающем электроды ионного источника экране.
Существенный недостаток, свойственный всем этим датчикам, состоит в том, что электрические гермовводы, необходимые для подачи на электроды датчика элек трических напряжений, размещены на корпусе датчика. Это приводит к жесткой связи корпуса с датчиком и зачастую мешает без значительных дополнительных пе ределок встраивать датчик в разные вакуумные уста новки, особенно если при этом возникает необходимость размещать датчик так, чтобы его ионный источник ока зался внутри рабочей вакуумной камеры гораздо глуб же, чем это позволяют геометрические размеры высту пающего из корпуса датчика ионного источника.
Следует также отметить, что несмотря на заметное улучшение конструкции анализатора датчика она все же не свободна от некоторых недостатков. Так, напри мер, установлено, что от того, с каким натягом притя нуты болтами к углам отверстий в планшайбах цилин дрические электроды, зависит создаваемый в результате этого натяга прогиб стержней. В датчике прибора КМ-1 прогибы стержней составляют 0,01 мм и на параметры данного прибора существенного влияния не оказывают. Однако при разработке прибора, заметно превосходя щего по своим параметрам КМ-1, такой способ закре пления полеобразующих стержней в пространстве ока жется серьезным препятствием на пути повышения точ ности анализатора в сборе.
В похожих друг на друга конструкциях датчиков к макету КМ на 300 а. е. м. и к приборам КМ-1, КМ-2 и
КМ-3 (новый вариант) |
(см. рис. 22, 23 |
и 24) отмечен |
ных выше недостатков нет. В каждом |
из них ионный |
|
источник, анализатор |
и ВЭУ надежно заэкранированы |
|
и представляют собой |
единую жесткую |
конструкцию, |
консольно закрепленную на фланце, несущем все ваку умноплотные электровводы (13 шт.). Такая конструкция облегчает встраивание (в упомянутом выше смысле) датчика в любую вакуумную установку, обеспечивая размещение ионного источника в ней на любой (в пре делах геометрических размеров датчика) глубине с по мощью переходников нужной длины. Анализатор в этих датчиках также претерпел коренные изменения. В ос
нову |
его конструкции |
положено |
предложение |
(авт. |
свид. |
№ 257129) [58], |
позволяющее |
сократить |
длину |
167

ным в обоих случаях расположением катода. Последнее обстоятельство позволило максимально упростить кон струкцию, предельно сократив габариты ионных источ
ников.
ГВЧ. Наибольший интерес в данном случае могут, по-видимому, представлять принципиальные схемы двух, оправдавших себя на практике, вариантов ГВЧ: вариант схемы на лампах (в приборе КМ-1) и на полу проводниках (в приборе КМ-2). На рис. 26 представле на ламповая схема ГВЧ прибора КМ-1, в которой на Л1 (6Ж9П) построен задающий генератор, стабилизиро ванный по частоте кварцевым резонатором, на Л4 и Л5
(ГУ-50)— мощный выходной |
каскад, на Л7 (6Х2П) — |
|||
ВЧ-детектор, |
позволяющий создать на |
выходах ГВЧ |
||
напряжение |
U(t)=KV(t), где Я ^ 0,16784. |
На кенотро |
||
не Л8 построен |
отдельный |
детектор ВЧ-напряжения, |
||
необходимый |
для |
индикации |
амплитуды |
ВЧ-колебаний |
в выходном контуре в процессе настройки последнего. На диоде Д4 (типа Д223Б) построена схема измерителя электрической симметрии обоих выходов ГВЧ. На лам пе ЛЗ (6Ж4П) собран фантастроенный генератор, выра батывающий модулирующее напряжение «пилообраз ной» формы с тремя различными скоростями спада зад него пологого фронта, соответствующего трем скоростям регистрации (60, 300 и 1000 а. е. м./сек), использую щимся в приборе КМ-1. На лампе Л6 собрана импульс ная спусковая схема каскада совпадения, в которой вы рабатывается и подается на экран осциллографического индикатора КМ импульсный сигнал электронного визи ра в момент индикации на экране интересующей опера тора массы. Вращением движка потенциометра «номер массы», снабженного лимбом, отградуированным в атомных единицах массы, можно, перемещая электрон ный визир по спектру масс, совмещать его с любым им пульсом спектра и определять при этом по лимбу соот ветствующий этому импульсу номер массы (точнее, молекулярный вес ионов или ионизированных осколков
молекул, |
создающих упомянутый |
импульс |
спектра |
||
масс). |
|
|
|
|
|
Особенностями |
ламповой |
схемы |
ГВЧ, примененной |
||
в приборе |
КМ-1, |
являются: |
1) несимметричный |
авто |
трансформаторный способ подключения выходного ко лебательного контура к выходным лампам; 2) отсутст вие средств, линеаризующих развертку спектра масс во
169