4.4 Магнітні газорозрядні вакуумметри.

Принцип дії магнітних перетворювачів заснований на залежності струму самостійного газового розряду в схрещених магнітому і електричному полях від тиску:

Рис. 3.9. Електронні системи магнітних перетворювачів:

а) комірка Пеннінга; б) магнетрона; в) інверсно-магнетрона;

1 - катоди, 2 – аноди.

Електродні системи, що забезпечують підтримку самостійного газового розряду при високому і надвисокому вакуумі, бувають декількох видів.

Осередок Пеннінга (рис. 3.9а) складається з двох дискових катодів 1 і циліндричного анода 2; в магнетроному перетворювачі (рис. 3.9б) на відміну від осередку Пеннінга катоди з'єднані між собою центральним стержнем; в інверсно-магнетроному перетворювачі (рис. 3.9в) центральний стрижень виконує роль анода, а зовнішній циліндр стає катодом.

Всі електроди знаходяться в постійному магнітному полі. На анод подається позитивна щодо катода напруга 2-6 кВ, катод заземлений і з'єднується з входом підсилювача постійного струму. Сильне магнітне поле служить для збільшення довжини шляху електронів і підтримки тим самим розряду і збільшення ступеня іонізації газу. Сила струму розряду в таких приладах є мірою тиску в системі.

Останнім часом інверсно-магнетронні вакуумметри набувають все більшого поширення. Як приклад наведемо конструкцію інверсно-магнетронного перетворювача ПММ-32-1 (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Інверсно-магнетронний манометричний перетворювач

ПММ-32-1:

а) конструкція перетворювача:

1 – катод, 2 – анод, 3 – приєднувальний фланець;

б) траєкторія електронів

Електронна система перетворювача на фланці з'єднання з металевим ущільнювачем з умовним проходом 50 мм. Катод 1 являє собою циліндр із закритими торцями. Стрижневий анод 2 проходить по осі катода через отвори в його торцевих поверхнях. Вся електродна система в корпусі приладу поміщається в осьове магнітне поле. На анод подається висока напруга. У ланцюг катода включається вхід підсилювача постійного струму.

Під дією перехресних електричного і магнітного полів вільні електрони, що утворилися в розрянутому проміжку, рухаються по замкнутих гіпоціклоідам. При зіткненні з молекулою газу електрон втрачає частину енергії, і його траєкторія зміщується ближче до анода, як це показано на рис. 3.10б. Електрони потрапляють на анод, зробивши щонайменше один акт іонізації газу. В таких манометричних перетворювачах розряд підтримується при тисках до 10^-12 – 10^-11 Па (10^-14 – 10^-13 торр). Утворилися в результаті іонізації газу позитивні іони в силу своєї великої маси практично прямолінійно рухаються до катода, що є одночасно колектором іонів. За величиною іонного струму судять про концентрацію молекул газу в розрядному проміжку перетворювача, тобто про тиск газу в системі. Фонові струми, струми автоелектронної емісії в вимірювального ланцюга катода не реєструються, оскільки вони замикаються в ланцюзі екран-анод.

Показання вакуумметра також залежать від стану перетворювача і напруженості магнітного поля. Тому, щоб уникнути зміни напруженості магнітного поля до перетворювачів не можна підносити феромагнітні тіла на відстань менше 100 мм. В процесі експлуатації необхідно періодично контролювати опір витоку ізоляторів, що зумовлюють додатковий фоновий струм, а також корисно контролювати напруженість магнітного поля.