4.2 Іонізаційні вакуумметри.

Число позитивних іонів, що утворюються в результаті зіткнень електронів з молекулами газу, пропорційно щільності газу р:

і₊=Срі_- (1)

де i₊ - іонний струм, i_- – електронний струм і С – коефіцієнт пропорційності. В умовах рівноваги між тиском і щільністю газу при температурі Т, згідно газовій кінетичній теорії, справедливо співвідношення p = nkT, і вираз (1) набуває вигляду:

р=і₊/Ki_- (2)

де K – чутливість вакуумметра. Таким чином, для вимірювання тиску методом іонізації необхідно:

а) джерело електронів (катод);

б) прискорення електроду для підтримки електронного струму (анод);

в) третій електрод, що збирає утворені іони (колектор).

Тому перші іонізаційні вакуумметри представляли собою видозмінені вакуумні тріоди, в яких сітка була анодом, а анод – колектором.

Іонізаційний вакуумметр, використовується для вимірювання надвисокого вакууму. Він повинен забезпечувати максимально можливу чутливість при мінімальних величинах паразитних струмів. Розроблені згідно цим вимогам іонізаційні вакуумметри можна поділити на вакуумметри з гарячим і з холодним катодом. На практиці дотримуються більш вузької специфікації у зв'язку з тим, що вакуумметри з гарячим катодом в своїй більшості сконструйовані на основі вакуумметра Байярда – Альперта, а вакуумметр з холодним катодом на основі магнетронного вакуумметра.

На закінчення відзначимо, що іонізаційний вакуумметр Байярда –Альперта, повсюдно використовується для вимірювань тиску в діапазоні 10^-1 – 10^-8 Па, може бути отградуйована практично у всьому цьому діапазоні з точністю, що перевищує ± 10%. Відносні чутливості для різних газів можуть бути визначені на підставі відомих даних з розумною мірою достовірності.

Інші іонізаційні вакуумметри, такі, як екстракторні і магнетронні, здатні вимірювати більш низький тиск, проте їх виробництво досить обмежена і, крім того, вони відносно дорогі. Ці вакуумметри не годяться для вимірювання тиску, що перевищують 10^-4 Па, що, природно, обмежує область їх застосування. Крім того, градуювати їх досить складно.

Основними недоліками іонізаційного вакуумметра є відносність його вимірів, залежність чутливості від складу газу, а також можливість взаємодії активних газів з елементами вакуумметра, що призводить до зниження точності вимірювань. Вакуумметри, які використовують ефект перенесення механічної енергії молекулами газу, вільні від цих недоліків.

Однак надвисокі вакуумметри цього типу мають прецизійну конструкцію і ускладнену електронну систему управління, що обмежує їх використання для рутинних вимірювань. Тому вони знаходять застосування головним чином як еталон при градуюванні інших вакуумметрів.

Якщо тільки в майбутньому не виникне необхідність створення більш глибокого вакууму (нижче 10^-10 Па), існуючі надвисокі вакуумметри навряд чи піддадуться значного удосконалення. Ймовірно, в найближчі роки будуть проводитися лише непринципові зміни існуючих конструкцій з метою поліпшення їх характеристик, зменшення розмірів і зниження вартості. Зокрема, слід очікувати вдосконалення контрольно-вимірювальних блоків, які будуть мати менші розміри і цифровий вивід інформації.