Ионизационные манометры получили широкое распространение для измерения высокого и сверхвысокого вакуума.

В датчике любого ионизационного манометра есть две системы: для ионизации остаточного газа и для отбора ионов. В установившемся режиме манометра скорость ионизации равна скорости отбора ионов, а ионный ток пропорционален давлению газа. По способу ионизации манометры делят на три типа: 1) электронные манометры с ударной ионизацией электронным потоком, имеющие накаленный катод; 2) магниторазряд-ные манометры с холодными электродами и самостоятельным разрядом в магнитном поле; 3) радиоизотопные манометры с источником ионизирующего излучения.

Эффективность ионизации ε(см^-1 * тор^-1) есть число пар ионов на 1 см пути частицы при давлении 1 тор (рис. 41). Зависимость ε от энергии имеет характерный вид- начинается (ε>0) с U>Uи достигает максимума примерно  при 100 в и медленно спадает.  

Потенциал ионизации Uи равен минимальной энергии отрыва верхнего электрона и 13.59 эв для Н2, 14,54 эв для N2, 12,6 эв для О2. От эффективности можно перейти к сечению ионизации по формуле Рε = nσ, из которой получаем важное соотношение

где Iи и Iэ — ионный и электронный токи; l — длина пути ионизации электрона. Следовательно,

где К(тор^-1)—чувствительность электронного манометра, которая зависит только от геометрии и напряжений на электродах лампы. Иногда используют соотношение

(114)

где величина Ка =КI_Э называется постоянной электронного манометра и имеет размерность микроампер на тор.

Типовая лампа ЛМ-2 получила массовое распространение для давлений 10^-3—10^-7 тор (рис. 42). Катод прямого накала в форме шпильки из вольфрама, служит источником электронов. Сетка в форме цилиндрической спирали имеет напряжение +200 в и является анодом для электронов. Цилиндрический коллектор с потенциалом — 26 в имеет отдельный вывод на горловине лампы для уменьшения утечки электронов с него на сетку по цоколю и стеклу. Стабилизированный ток эмиссии в лампе ЛМ-2 составляет 5 ма. Электроны пролетают редкую сетку, отталкиваются полем коллектора и колеблются у сетки. Постоянная преобразователя ЛМ-2 равна Ка = 105 мка/тор.

В настоящее время промышленность выпускает комбинированный вакуумметр ВИТ-2 (рис. 43), который содержит термопарную часть для работы в диапазоне давлений от 10^-1 до 10^-3 тор и ионизационную часть для давлений oт 10^-3 до 5*10^-8 тор. Манометры ЛТ-2 и ЛМ-2 хорошо сочетаются по пределам, а единый блок вакуумметра охватывает диапазон от 10^-1 до 5*10^-8 тор среднего и высокого вакуума.

Рис. 43. Вакуумметр ионизационпо-термопарпый полупроводниковый ВИТ-2.

Ионизационная часть прибора ВИТ-2 имеет четыре переключаемых поддиапазона по давлению (в торах) : (1-10) • 10^-4; (1-10) • 10^-5 (1-10) • 10^-6; (1-10) • 10^-7. Блок вакуумметра содержит выпрямители, стабилизатор эмиссии и усилитель постоянного тока. Этот усилитель высокой стабильности при давлении 10^-7 тор измеряет ток коллектора 0,01 мкм.

Усилитель может быть использован в лабораторной практике и для других целей.

Электронный ионизационный манометр не является абсолютным. В принципе можно вычислить его градировочную кривую, однако теория его сложна и неточна. Градуировка ионизационного манометра производится сравнением с компрессионным эталоном, причем показания электронного манометра зависят от рода газа из-за различий в эффективности ионизации. Перед измерением датчик ЛМ-2 должен быть обезгажен прогревом, иначе десорбция газов со стекла искажает его показания в сторону завышения. Для обезгаживания лампы через ее сетку в режиме подготовки к измерениям пропускается ток.

Для измерения лампой ЛМ-2 давлений разных газов можно пользоваться пересчетными коэффициентами, приведенными в табл. 18.

Чувствительность ионизационного манометра к различным газам считают приближенно пропорциональной числу электронов в молекуле. Чувствительность к парам масла значительно больше, чем к простым газам. Это можно объяснить разложением на горячем катоде многоатомных молекул на простые.

Электронные ионизационные манометры обладают откачивающим действием. Откачка объясняется несколькими явлениями. Из-за хемосорбции на горячем катоде 1 см2 поверхности вольфрама при 2200° К имеет быстроту откачки около 1 л/сек по кислороду. В результате образуется окисел WO3, распыляемый и осаждаемый на стенках лампы. Кроме того, важны физическая адсорбция и ионная откачка (внедрение ионов в электроды). Для лампы ЛМ-2 быстрота ионной откачки составляет примерно 0,01 л/сек.

Верхний предел электронного манометра по давлению связан с двумя явлениями. Срок службы горячего вольфрамового катода ограничен при высоких давлениях: при 10~3 тор катод ЛМ-2 быстро распыляется. Разработана лампа ЛМ-3, в которой вместо вольфрамового применен воздухостойкий иридиевый катод с покрытием из окиси иттрия со сроком службы 100 ч при верхнем пределе 10~2 тор. Кроме того, при высоком давлении нарушается линейная зависимость тока от давления из-за того, что заметную роль в ионизации газа начинают играть вторичные электроны. Для лампы ЛМ-2 средний пробег электрона от катода к аноду равен среднему пробегу на один акт ионизации при давлении 3,4• 10^—3 тор.

Нижний предел электронного манометра связан с фоновой компонентой тока коллектора, не зависящей от давления. Электроны при торможении на сетке дают мягкое рентгеновское излучение, которое попадает на коллектор и вызывает с него фотоэмиссию. Ток уходящих электронов I_ф имеет тот же знак, что и ток приходящих иоиов, однако от давления не зависит. Когда I_ф>>Iи дальнейшее понижение давления не меняет показания манометра. В лампе ЛМ-2 цилиндрический коллектор захватывает почти все рентгеновское излучение сетки, поэтому нижний предел сравнительно высок (10^-7—5*10^-8 тор).

Был предложен датчик с обращенным расположением электродов: катод снаружи, а коллектор в виде тонкого стержня — внутри сетчатого анода. Угол видимости коллектора с поверхности сетки значительно уменьшен, рентгеновское излучение на него почти не попадает, фоновый ток очень мал. В СССР выпускается преобразователь ИМ-12 с вакуумметром ВИ-12 (рис. 44), основанный на этом принципе. Диапазон манометра ИМ-12 по давлению от 10^-5 до 10^-10 тор, по чувствительности от 2 до 6 тор^-1.

Выпускается также сверхвысоковакуумный преобразователь МИ-12-8 открытой конструкции, встраиваемый па фланце в прогреваемые металлические вакуумные системы.

В термоядерных установках, ускорителях, в устройствах имитации космоса существуют интенсивные помехи манометрам от посторонних частиц и от внешних импульсных полей. Было предложено модулировать электронный ток манометра частотой f2 и затем измерять ионный ток узкополосным усилителем, настроенным на ту же частоту. Этот прием помогает устранять внешние помехи от посторонних частиц. Однако он не устраняет помехи от собственного рентгеновского фона манометра. Если же модулировать чувствительность манометра частотой f2, то устраняется рентгеновский фон, но остаются помехи от посторонних частиц. При одновременной модуляции электронного тока и чувствительности манометра устраняются оба вида помех (рис. 45).