熱陰極電離真空計的工作原理與分類

2020-05-06 真空技術(shù)網(wǎng) 真空技術(shù)網(wǎng)整理

　　電子在電場中飛行時從電場獲得能量，若與氣體分子碰撞，將使氣體分子以一定幾率發(fā)生電離，產(chǎn)生正離子和次級電子。其電離幾率與電子能量有關(guān)。電子在飛行路途中產(chǎn)生的正離子數(shù)，正比于氣體密度n,在一定溫度下正比于氣體的壓力p。因此，可根據(jù)離子電流的大小指示真空度。這就是電離真空計工作原理。

　　由燈絲加熱提供電子源的電離真空計稱為熱陰極電離真空計，其型式繁多，各具不同特點和適用不同的壓力測量范圍。

　　熱陰極電離真空計由測量規(guī)管(或規(guī)頭)和電氣測量電路(真空計控制單元和指示單元)組成。規(guī)管功能是把非電量的氣體壓力轉(zhuǎn)換成電量——離子電流。熱陰極電離真空計規(guī)管的基本結(jié)構(gòu)主要包括三個電極：

　　(1)提供一定數(shù)量電子流Ie的燈絲F(陰極);

　　(2)產(chǎn)生電子加速場并收集電子流的陽極A(亦稱電子加速極);

　　(3)收集離子流I，的離子收集極C(相對陰極為負電位)。

　　離子流Ii與壓力p可用下式表示： Ii=KIep (9) 式中Ie——發(fā)射電子流

　　K——規(guī)管系數(shù)，單位為Pa-1

　　在一定壓力范圍內(nèi)K為一常數(shù)，若保持發(fā)射電子流I，為一恒量時，則離子流Ii與壓力p呈線性關(guān)系

　　當(dāng)壓力高到某一值時，K值會隨壓力p而變化，這就達到了壓力線性測量上限pmax，它由電極的幾何結(jié)構(gòu)、電極間電位分布以及發(fā)射電流大小所決定。

　　規(guī)管系數(shù)K在氣體壓力p很低時仍可保持為常數(shù)，但離子流Ii隨壓力p降低而減小到一定限度后，將會埋沒在電離計工作中不可避免地存在著的其它與壓力p無關(guān)的本底電流之中，因而達到其壓力測量下限pmin。這種本底電流包括X射線光電流等。

　　熱陰極電離真空計主要分類

　　按線性壓力范圍的不同，熱陰極電離真空計主要分三類：

　　(1)普通型電離真空計(1×10-1～lO-5Pa);

　　(2)超高真空電離真空計(1×10-1～lO-8Pa，有的下限為10-10Pa);

　　(3)高壓力電離真空計(102～10-3Pa)。

氣體	對N₂相對靈敏度S_r	氣體	對N₂相對靈敏度S_r
H₂	0.46	CO₂	1.53
He	0.17	干燥空氣	1.0
Ne	0.25	H₂O	0.9
Ar	1.31	Hg	3.4
Kr	1.98	擴散泵油氣	９～１３
Xe	2.71	HCl	0.38
N₂	1.0	CH₄	1.26
O₂	0.95	CCl₄	0.70
CO	1.11

　　用改變規(guī)管電極結(jié)構(gòu)及各電極的電參數(shù)，用抗氧化材料制做陰極(如銥絲涂氧化釔)，可提高線性測量上限。制成高壓力電離真空計，壓力測量上限pmax可達lOOPa以上。圖9示出DL一5規(guī)電極結(jié)構(gòu);圖lO示出DL一8規(guī)電極結(jié)構(gòu)。

　　柵狀陽極受電子轟擊產(chǎn)生X射線，離子收集極接收此射線會產(chǎn)生光電子發(fā)射，形成與壓力無關(guān)的光電本底電流Ix。減少Ix就可以降低線性壓力測量下限pmin,可采取如下四種措施：

　　(1)從電板的幾何結(jié)構(gòu)上減少離子收集極被軟X射照射的面積，這就是B-A型電離計的設(shè)計思想;

　　(2)在離子收集極附近，安置一相對于離子收集極為負電位的電極(抑制極).可以使離子收集極表面發(fā)射的光電子被電場折回，以消除本底電流，這種方法稱為光電子抑制法，如抑制電離規(guī);

　　(3)這是一種在離子收集極電流中扣除本底光電流的方法，稱為離子流調(diào)制法，如調(diào)制B—A電離規(guī);

　　(4)本底光電流Ix對應(yīng)的本底壓力指示px與規(guī)系數(shù)K成反比，所以提高規(guī)系數(shù)K能夠降低測量壓力下限pmin如彈道規(guī)和熱陰極磁控管電離規(guī)。