Если в разреженном газе создать поток электронов, то произойдет ионизация газа, и между двумя электродами, к которым подведено электрическое напряжение, возникнет ионный ток. Сила ионного тока при прочих равных условиях пропорциональна плотности газа, а, следовательно, при определенной температуре пропорциональна его давлению. Так как вероятность ионизации молекулы газа мало зависит от скорости ее теплового движения, более правильно считать, что манометр измеряет не давление, а концентрацию внутри прибора.

Прибор, работающий по этому принципу, состоит из датчика, соединенного с вакуумной системой, и отдельного блока электрического питания и измерения. Показания прибора зависят от рода газа и требуется предварительная градуировка по каждому газу.

Для достижения нужной степени ионизации газа необходимо создать достаточный поток электронов. Эта задача по-разному решена в ионизационных манометрах различных типов. Все манометры делят на три основные группы: электронные с горячим катодом, радиоактивные или радиоизотопные и магнитные электроразрядные с холодным катодом.

Электронный ионизационный манометр. В этом манометре электроны, выделяемые накаленным катодом, ускоряются с помощью специального электрода с положительным потенциалом. Положительные ионы отводятся коллектором ионов, имеющим отрицательный потенциал по отношению к катоду.

Если ускоряющее напряжение превышает ионизационный потенциал данного газа и остается постоянным, то электронный ток Iе в приборе будет постоянным, и тогда ионный ток  пропорционален давлению газа, так как

где J— чувствительность ионизационного манометра, зависящая от параметров прибора и рода газа.

Градуировочные кривые одного из манометров приведены на рис. 498. Образующийся ионный ток весьма мал (порядка 10^-8 мА) и требует специального усиления.

Измерительную систему обычно используют в одном из двух вариантов (рис. 499). Первый вариант: анод является ускорителем электронов и имеет положительный потенциал, сетка — коллектор ионов — имеет отрицательный потенциал по отношению к катоду. Второй вариант: сетка служит ускорителем электронов и имеет положительный потенциал, а анод является коллектором ионов с отрицательным потенциалом. Манометр, работающий с положительным напряжением на сетке, более чувствителен, так как здесь электроны совершают колебания около сетки и проходят значительно больший путь, чем в первой схеме. Как видно из рис. 500, электроны, вылетающие из накаленного катода 1, пролетают сквозь витки сетки 2 и отталкиваются отрицательно заряженным коллектором 3. Прежде чем они попадут на сетку, они совершают колебательные движения, благодаря чему увеличивается число ионизированных молекул газа.

При давлениях ниже 10^-7 мм рт. ст. ионный ток весьма мал, а ускоряющий электрод под влиянием бомбардировки электронами испускает мягкие рентгеновские лучи. Попадая на коллектор, они вызывают эмиссию электронов, которые при движении к ускоряющему электроду создают в цепи коллектора ток того же направления, что и ионный ток. Это явление затемняет основной эффект и препятствует измерению очень низких давлений. Для измерения давлений ниже 10^-7 мм рт. ст. предложен манометр с обращенным расположением электродов (рис. 501), в котором два вольфрамовых катода помещены вне ускоряющего электрода: Коллектор в виде тонкой вольфрамовой проволоки находится внутри ускоряющего электрода, имеющего форму спирали из молибденовой проволоки. Манометр с обращенными электродами надежно измеряет давления до 10^-10 мм рт. ст.

Прежде чем приступить к измерению ионизационным манометром, необходимо прогреть сетку и анод, а также стеклянный баллон манометра.

Кроме того, надо стремиться к увеличению пропускной способности соединительной трубки между датчиком манометра и объемом, в котором измеряется давление, так как это снижает ошибки из-за десорбции газа.

Давления выше 10^-3 мм рт. ст. обычно не удается измерить электронным ионизационным манометром, так как при увеличении давления в манометре возрастает сила ионного тока и накаленная нить катода быстро перегорает. Одновременно материал катода окисляется кислородом воздуха. При внезапном повышении давления возникающий между анодом и катодом разряд расплавляет катод.

Ионизационно-термопарный вакуумметр ВИТ-1А измеряет давления с помощью датчика ЛМ-2. Диапазон давлений, измеряемых этим прибором, от 2- 10^-1 до 5*10^-8 мм рт. ст. Ионизационная часть прибора измеряет давле ния от 1 • 10^-4 до 5• 10^-8 мм рт. ст. Прибор Может работать также с датчиками (ионизационными преобразователями) ЛМ-3 и ЛМ-3-2. С этими же датчиками работает и вакуумметр ВИТ-2; пределы измерения его ионизационной частью от 1 • 10^-4 до 5-10^-8 мм рт. ст.

Преобразователи ЛМ-2, ЛМ-3 и ЛМ-3-2 являются ионизационными преобразователями триодного типа с внешним коллектором. Преобразователь ЛМ-2 представляет собой закрытую стеклянную конструкцию с U-об-разным вольфрамовым катодом. Срок службы преобразователя не менее 100 ч1 при работе в области давлений не выше 1 • 10~3 мм рт. ст. Ионизационный преобразователь ЛМ-3 является модификацией преобразователя ЛМ-2. Вместо вольфрамового катода в нем применен иридиевый воздухостойкий катод с покрытием из окиси иттрия. Благодаря высокой стойкости иридиевого катода к кислороду и другим химически активным веществам вакуумметр ВИТ-2 с преобразователем ЛМ-3 измеряет давления воздуха и других газов до 1•1O-2 мм рт. ст. Срок службы преобразователя при давлении 1 • 10^-2 мм рт. ст. не менее 100 ч. Рабочая температура иридиевого катода— около 1300° С.

Ионизационный преобразователь ЛМ-3-2 открытого типа. В преобразователе возможно применение как иридиевого катода с покрытием из окиси
иттрия, так и вольфрамового катода.

Преобразователи ЛМ-2 и ЛМ-3 рекомендуется применять как в металлических, так и в стеклянных непрогреваемых вакуумных установках; преобразователь ЛМ-3-2 — в металлических прогреваемых высоковакуумных установках. Технические характеристики преобразователей приведены ниже:

Автоматический блокировочный вакуумметр ВАБ-1 предназначен для измерения давлений 1*10^-3 — 10^-7 мм рт. ст. и вакуумной блокировки.

Датчиком служит манометр ЛМ-2. Переключение четырех поддиапазонов автоматическое. ВАБ-1 имеет выход для записи давления на стандартных электронных самопишущих приборах. В любой точке диапазона давлений 1•1O^-4 —  1*1O^-7 мм рт. ст. осуществляется двухточечная рабочая блокировка и сигнализация. В диапазоне 1*10^-3 — 1O^-4 мм рт. ст. предусмотрена одноточечная аварийная блокировка, подающая сигнал во внешнюю цепь и отключающая питание цепи накала датчика ЛМ-2.

Универсальный комбинированный вакуумметр ВИТ-3 работает с термопарными датчиками или с ионизационными — ЛМ-2, ЛМ-3-2 и МИ-10. Диапазон измерения от 0,8 до 10^-7 мм рт. ст. Прибор имеет линейную и логарифмическую шкалу, что делает его пригодным для авторегистрации. Для установок, где наличие местных электрических или магнитных полей или излучений исключает применение типовых вакуумметр ических средств, созданы ионизационные вакуумметры, устойчивые к помехам. Разработан устойчивый к помехам вакуумметр с пределами измерения 10^-2—10^-6 мм рт. ст., создается прибор с нижним порогом измеряемых давлений 10^-8 мм рт. ст.

Для измерения сверхвысокого вакуума в небольших конденсационных насосах предложен ионизационный датчик с уменьшенной мощностью накала [48]. В датчике (рис. 503) использована сетка лампы ЛМ-2, катодом служит вольфрамовая проволока диаметром 20 мкм, длиной 9 мм. Датчик пригоден для измерения давлений до 10^-10 мм рт. ст., постоянная датчика по воздуху 6,2*10^-4 А/мм рт. ст. при напряжении на сетке 225 В, на коллекторе— 25 В и токе эмиссии 2•1O^-4 А.

В ионизационном вакуумметре ВИ-12 применены датчики с обращенным расположением электродов. Различие между схемой обычного датчика ЛМ-2 и датчика с обращенным расположением электродов ясно из рис. 504. Датчики (манометрические преобразователи) МИ-12 и МИ-12-8 выполнены соответственно в стеклянной колбе и на фланце с металлическим уплотнением.

Диапазон измерений вакуумметром ВИ-12 от 10^-5 до 10^-10 мм рт. ст. Его используют преимущественно в лабораторных условиях. Предусмотрен прогрев анода пропусканием тока, а также прогрев анода и коллектора электронной бомбардировкой. Вакуумметр ВИ-12 снабжен блокировкой, разрывающей цепь катода преобразователя при токе, превышающем в 1,5 раза максимальный ток установленного диапазона. Предусмотрена возможность подключения самопишущего потенциометра для записи давления. Преобразователь допускает прогрев в печи при 400° С. Габаритные размеры преобразователя: наружный диаметр 90 мм, длина колбы со штенгелем 190 мм, масса 0,6 кг.

Преобразователь МИ-12-8 смонтирован на коваровом цоколе, который герметично приварен к фланцу из коррозионностойкой стали.

Конструкция преобразователя обеспечивает быструю замену перегоревшего катода. Преобразователь МИ-12-8 допускает прогрев в печи при 400° С. Он присоединен к вакуумной системе фланцем Ду 50 с применением металлической прокладки.