Между холодными электродами, к которым приложено электрическое напряжение, образуется тлеющий газовый разряд, и величина разрядного тока служит мерой давления. Пределы измерения 1—10^-7 мм рт. ст. Чтобы поддержать самостоятельный газовый разряд при давлениях ниже 1O^-3 мм рт. ст., необходимо увеличить путь электрона между катодом и анодом, что достигается наложением дополнительного магнитного поля. Если магнитное поле приложено перпендикулярно плоскости катода, то электрон движется по спирали, длина его пути значительно возрастет, а следовательно, возрастет степень ионизации газа внутри манометра, благодаря чему газовый разряд может сохраняться вплоть до 10^-7 мм рт. ст.

Одновременно для увеличения ионизации применяют систему из двух плоских катодов или полый катод с поверхностями, имеющими большую вторичную эмиссию. Разрядный ток манометра после усиления. можно непосредственно измерить или использовать для работы автоматических устройств.

Разрядная трубка — датчик прибора (рис. 507) — имеет катод-коллектор 3 из двух параллельных пластин, к которым подведено электрическое напряжение. Анод выполнен в виде рамки или кольца 1, расположенного посередине между пластинами катода. Разрядная трубка помещена между полюсами сильного постоянного магнита 2, при этом магнитное поле перпендикулярно плоскости катодных пластин. Кольцевая форма анода заставляет электрон, движущийся по спирали под влиянием магнитного поля, совершать, кроме того, колебательные движения между катодами. Пролетая внутрь анодного кольца, электрон тормозится противоположной катодной пластиной, направляется обратно к аноду и таким образом многократно колеблется около плоскости анодного кольца.

Преимущество магнитного электроразрядного манометра состоит в том, что он не имеет накаленного катода. Благодаря этому он более надежен в эксплуатации, чем ионизационный манометр, и менее чувствителен к повышению давления по сравнению с манометром с горячим катодом. Важно и то, что его можно применять в качестве реле для автоматического управления процессами, происходящими в вакуумной системе. 

Магнитный блокировочный вакуумметр ВМБ-2 предназначен для измерения давлений 5*1O^-5 — 1 мм рт. ст. и работает с датчиком ММ-8 (рис. 508). В датчике ММ-8 для фокусирования пучка заряженных частиц имеется дополнительный секционированный катод (коллектор), благодаря чему возможно измерение давления до 1 мм рт. ст. Постоянный магнит имеет в зазоре напряженность 850 э.

Магнитный блокировочный вакуумметр ВМБ-ЗА состоит из измерительной установки и магнитного электроразрядного манометрического преобразователя ММ-13М-4 (рис. 509) или ММ-13М-4А. В неразборном корпусе датчика ММ-13М-4, изготовленном из коррозионностойкой стали, размещены два анода 1 и 2 из вольфрамовой проволоки диаметром 0,5 мм. Аноды разделены перегородкой с небольшим отверстием и имеют общий катод 3. Большая разрядная камера с прогреваемым анодом 1 работает при давлениях ниже 1 X X 10^-4 мм рт. ст. Камера с анодом 2 имеет устойчивый разряд в области высоких давлений. Напряженность общего магнитного поля датчика 450 э. Основное отличие преобразователя ММ-13М-4А от ММ-13М-4 в том, что конструкция первого разборная; это позволяет производить чистку деталей и корпуса преобразователя.

Показания преобразователей зависят от рода газа, поэтому требуется специальная градуировка преобразователей по данному газу. Вакуумметр ВМБ-ЗА имеет выход для подключения внешнего измерительного прибора или самопишущего электронного потенциометра для автоматической регистрации показаний. Манометрические преобразователи присоединяются к вакуумной системе фланцем Ду 20.

Магнитные электроразрядные блокировочные вакуумметры ВМБ-4, ВМБ-5 и ВМ-5 предназначены для измерения давления газов в металлических вакуумных установках и для автоматической сигнализации о достижении заданного давления. Каждый вакуумметр состоит из измерительной установки и разборного магнитного электроразрядного манометрического преобразователя ММ-15 магнетронного типа (рис. 510). Электроны в центральной зоне под воздействием электрического и магнитного полей закручиваются вокруг катода, благодаря чему увеличивается вероятность ионизации молекул остаточного газа. Образующиеся ионы попадают на катод и вызывают вторичную эмиссию электронов.

Корпус 1 датчика является анодом. В корпус на отдельном фланце 2 с изолятором 3 из фторопласта вставлен катод 4, представляющий собой рамку с двумя экранами. На катод подается постоянное напряжение 2 кВ.

Снаружи на корпус надет постоянный магнит 5 с напряженностью 450 э. Габаритные размеры преобразователя: высота 157 мм, диаметр 70 мм. Масса 1,4 кг. Технические характеристики вакуумметров ВМБ-4, ВМБ-5 и ВМ-5 приведены в табл. 109.

Чувствительность магнитных электроразрядных манометров при понижении измеряемого давления ухудшается из-за наличия фоновых токов. Хобсон и Редхед экранировали катод вспомогательным электродом (рис. 512). Цилиндрический катод 1 закрыт с обеих сторон и имеет в основаниях отверстия, через которые проходит анод 2. Между основаниями катода и анода находятся два коротких полых цилиндра (втулки), соединенных с вспомогательным катодом 3. На анод подается напряжение до 6 кВ, система находится в аксиальном магнитном поле 2 кэ. При такой конфигурации электродов из тока, проходящего через прибор, исключается ток автоэлектронной эмиссии. Ток фотоэмиссии, возникающий вследствие рентгеновского излучения, пропорционален давлению. Такие манометры называют инверсо-магнетронными.

Инверсо-магнетронный вакуумметр ВИМ-1 предназначен для измерения давлений в диапазоне от 1 • 10~4 до 1 • 10^-12 мм рт. ст. и работает с инверсо-магнетронным датчиком ММ-14С (рис. 513).

Вдоль оси электродной системы накладывается магнитное поле напряженностью 1800—2000 э. Электроны, эмитируемые катодом, перемещаются по гипоциклоиде и ионизируют молекулы газа. Положительные ионы двигаются практически без закручивания и попадают в основном на катод, создавая в его цепи ионный ток, пропорциональный давлению. Втулки экрана, прикрывающие края торцовых пластин катода, предотвращают возникновение автоэлектронной эмиссии с катода. Длительный прогрев в печи при температуре до 400° С можно производить без съема магнитов.

Инверсо-магнетронный вакуумметр ВИМ-2 предназначен для измерения давления газов от 1 • 10^-4 до 1 • 10^-13мм рт. ст. Вакуумметр работает с инверсномагнетронным преобразователем MM-14М (рис. 514). Преобразователь ММ-14М имеет линейную зависимость разрядного тока от давления в указанном диапазоне.

Рис. 513. Схема датчика ММ-14С: 1 — катод; 2 — экран; 3 — анод; 4 — магнит; 5 — стеклянная колба

Преобразователь изготовляют из коррозионностойкой стали и керамики. Его присоединяют к вакуумной системе с помощью фланца с медным уплотнителем. Он допускает прогрев в печи до 550° С; электродная система преобразователя прогревается электронной бомбардировкой.

Вакуумметр имеет выходы для подключения самописца и осциллографа. Потребляемая вакуумметром мощность 120 Вт. Габаритные размеры измерительной установки 380 x 273 x 240 мм, преобразователя ММ-14М— 142 X 122x92 мм. Масса измерительной установки 22 кг, преобразователя ММ-14М — 2,3 кг.

Комбинированный вакуумметр ВИМС-1-3 предназначен для измерения давления газов от 30 до 10^-6 мм рт. ст. В комплект вакуумметра входят инверсо-магнетронный манометрический преобразователь ММ-22 с диапазоном измерения 1O^-6 — 10^-2 мм рт. ст. и манометрический теплоэлектрический преобразователь МТ-6 с диапазоном измерения 1O^-2 — 30 мм рт. ст.

Вакуумметром ВИМС-1-3 можно периодически измерять давление в одной точке вакуумной установки с помощью инверсо-магнетронного и в трех точках — с помощью теплоэлектрических преобразователей.

 Габаритные размеры измерительной установки 250 X 240x230 мм, масса 8 кг. Потребляемая мощность не более 140 Вт. Параметры датчика ММ-22: диапазон измерения 1O^-6— 10^-2 мм рт. ст., диаметр 90 мм, высота 70 мм, масса 0,9 кг.

Приборы для измерения парциальных давлений. Для определения парциальных давлений какого-либо газа, присутствующего в вакуумной системе в смеси с другими газами, обычно регистрируется изменение каких-либо вторичных эффектов, зависящих от природы данного газа и от его концентрации. В некоторых случаях применяют обычные методы газового анализа смеси. Однако чем ниже давление, тем труднее использовать эти методы, в связи с чем для измерения парциальных давлений созданы специальные вакуумметры, в которых использован метод масс-спектрометрического анализа.

В масс-спектрометрических приборах анализируемый газ ионизируется. Образовавшиеся положительные ионы разделяются по массовым числам M = m/е (отношение массы иона к его заряду). Для однозарядных ионов массовые числа совпадают с их молекулярными массами.

Основные характеристики масс-спектрометрических приборов: разрешающая способность р = M/ΔM, т. е. отношение массового числа к наименьшему различаемому изменению массового числа ΔM; диапазон анализируемых масс; чувствительность к заданному компоненту смеси (отношение ионного тока к соответствующему ему парциальному давлению). Диапазон измеряемых, давлений обычно от 10^-3 до 10^-12 мм рт. ст.