В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Электронные ионизационные вакуумметры
Разное - Применение вакуумной техники

Ионизационные вакуумметры являются лучшими по стабильно­сти метрических характеристик среди вакуумметров косвенного дей­ствия. Вакуумметры ВИТ-1, ВИТ-2 и последняя модель ВИТ-3 с электронным ионизационным манометрическим преобразователем ПМИ-2 (рис. 6-7) долгие годы остаются основным средством изме­рения давления в области высокого вакуума.Основными элементами электронного ионизационного маномет­рического преобразователя являются прямонакальный катод, анод-сетка и коллектор ионов.

 

 

 
Катод может располагаться как в центре сетки-анода, например в преобразователях ПМИ-2 (рис. 6-7) и ПМИ-3-2 (рис. 6-8), так и с внешней стороны, например, в преобра­зователе ПМИ-112-8 (рис. 6-9). В первом случае коллектор охваты­вает анод; во втором — коллектор располагается по оси преобразо­вателя. Электрические потенциалы электродов таковы, что они создают для электронов ускоряющую разность потенциалов в про­странстве между анодом и катодом и замедляющую разность по­тенциалов в пространстве между анодом и коллектором ионов, при­чем замедляющая разность потенциалов по величине больше уско­ряющей разности потенциалов. Обычно коллектор имеет нулевой потенциал, анод — высокий положительный, катод — небольшой по­ложительный потенциал. Питание манометрического преобразователя осуществляется измерительным блоком вакуумметра.

Электронный ионизационный манометрический преобразователь действует следующим образом Накаленный прямым пропусканием тока катод испускает электроны. Электроны ускоряются в простран­стве между катодом и анодом. Большинство электронов пролетает анод-сетку, попадая в замедляю­щее электрическое поле. Поскольку замедляющая разность потенциалов больше ускоряющей разности потенциалов, электроны, не долетая до коллектора ионов, изменяют направление движения Затем, приобретая скорость в направлении к аноду, электроны вновь пролетают анод-сетку, тормозятся около катода и вновь направляются к аноду. Таким образом, электроны совершают колебательные движения около анода, как это показано на рис. 6-7.

На своем пути электроны производят ионизацию газа Положи­тельные ионы, образовавшиеся в пространстве между анодом и кол­лектором ионов, притягиваются последним При постоянном токе электронной эмиссии, постоянном числе электронов, колеблющихся около анода, количество актов ионизации, т. е. количество образую­щихся ионов, будет пропорциональным концентрации молекул газа в пространстве, т. е. давлению. Таким образом, ионный ток коллек­тора служит мерой давления газа.

 

 

 


Степень ионизации газа электронами зависит от рода газа. Со­ответственно показания вакуумметра также зависят от рода газа Связь истинного давления газа с показаниями ионизационно1о ва­куумметра аналогична такой же зависимости для теплового вакуум­метра, см. выражение (6-3). Коэффициенты относительной чувстви­тельности ионизационных манометрических преобразователей к раз­ным газам приведены в табл 6-1

 

 

 

Манометрические преобразователи ПМИ-2 и ПМИ-3-2 предна­значены для индицирования давления в диапазоне 1,33•1O-5—1 Па (Ы0-7—10-2 мм рт. ст.) и позволяют с вакуумметрами ВИТ-1, ВИТ-2 и ВИТ-3 измерять давления в диапазоне от 1*10—7 мм рт. ст. до 1-10-3 мм рт. ст. Верхний пре­дел измеряемых давлений ограничен перегоранием накаленного като­да и нарушением линейности характеристики манометрического преобразователя. Нижний предел ограничен фоновым током, который соответствует давлению 5 •1O-6—8•1O-6 .

 

Диапазон давлений, измеряемых вакуумметром ВИ-12 с мано­метрическим преобразователем ПМИ-12 (рис. 6-9)—6*10-8— 6*10-3 Па. Фоновый ток преобразовате­ля соответствует давлению 2,5•1O-8 Па.

 

Электронные ионизационные манометрические преобразователи просты в обращении, удобны в эксплуатации, отличаются высокой стабильностью характеристик и воспроизводимостью показаний. Однако ионизационным манометрическим преобразователям с накаЛенным катодом, какими являются описанные выше преобразователи, свойствен существенный недостаток — выход из строя при превы­шении допустимого давления ,из-за перегорания катода. (Этот недо­статок отсутствует в радиоизотопном ионизационном манометриче­ском преобразователе.) Перегорание катода является основным видом отказа ионизационного манометрического преобразователя с накаленным катодом. В таких преобразователях, как ПМИ-3-2, ПМИ-12-8 и ПМИ-27, этот отказ легко устраним заменой перегорев­шего катода. К тому же при необходимости их длительной эксплуа­тации в области высоких давлений применяют воздухостойкие ири­диевые катоды с покрытием из окиси иттрия. Иридиевый катод выдерживает 20—25 кратковременных повышений давления вплоть до атмосферного. В процессе откачки до низких давлений катод восстанавливает свои эмиссионные характеристики

 

В процессе работы вольфрамовый катод, наиболее распростра­ненный катод ионизационного манометрического преобразователя, утончается и, наконец, разрушается из-за испарения металла или вследствие его окисления. Скорость испарения вольфрама в рабочем режиме преобразователя и при отсутствии загрязнений невелика, так что срок службы катода, обусловленный его перегоранием, со­ставляет 10—16 тыс. ч. Срок службы катода, обусловленный окисле­нием, значительно меньше и зависит от давления и рода газа. Кис­лород, реагируя с накаленным катодом, образует трехокись воль­фрама, которая затем испаряется. Уменьшение диаметра катода примерно на 30% вызывает его перегорание. Срок службы катода, обусловленный окислением, составляет б—10 тыс. ч при давлении 10-4 Па (10-6 мм рт. ст.). Срок службы активированных катодов обусловливается разрушением покрытия и составляет несколько ты­сяч часов.

Перед установкой преобразователя в вакуумную систему необ­ходимо внешним осмотром убедиться в целостности катода, в отсут­ствии замыканий между электродами, в правильности взаим­ного расположения электродов. Особо следует обратить внимание на величину натяга съемного катода. Чрезмерный натяг может ускорить перегорание катода. При недостаточном натяге возможно искривление катода и соответственно изменение электрического поля или нарушение электрического контакта вследствие выпадания ка­тода из катододержателя. При применении воздухостойкого катода преобразователь включают на атмосфере на 16—20 с в рабочем ре­жиме. При этом происходит обгорание защитного лакового слоя.

 

В процессе эксплуатации необходимо периодически проверять сопротивление изоляции участка коллектор — земля, которое должно составлять 1013 Ом для преобразователя ПМ.И-12-8 и ему подобных и 1010 Ом для преобразователя ПМИ-3-2. Если сопротивление мень­ше этой величины, изоляторы протирают бязью, смоченной бензином, затем ацетоном, затем протирают сухой бязью, после чего преобра­зователь сушат в сушильном шкафу при температуре 50—600C в те­чение 15—20 мин и вновь проверяют сопротивление.

 

Для более точного суждения по показаниям вакуумметра о дав­лении в системе в области низких давлений необходимо принимать во внимание целый ряд факторов. Прежде всего надо учитывать состав газа, чтобы ввести поправку на различную чувствительность преобразователя к разным газам. Следует помнить, что такие газы, как кислород или пары воды, содержащие кислород, вызывают уменьшение тока эмиссии, отравляя катод. Наоборот, пары углеводородов вызывают резкое увеличение тока эмиссии. Поэтому непо­средственно перед измерением всегда проверяют ток эмиссии.

 

Широко известно об откачивающем действии ионизационных ма­нометрических преобразователей и о явлениях сорбции на электро­дах и внутренних поверхностях. Быстрота откачки электронными ионизационными манометрическими преобразователями обычно не превышает 0,01 л/с. Поэтому ошибка, вызванная откачивающим дей­ствием преобразователя закрытого типа, составляет небольшую ве­личину. Когда в системе присутствует большое количество углево­дородов, которые интенсивно сорбируются внутренними поверхностя­ми преобразователя, показания вакуумметра могут оказаться существенно заниженными.

 

Противоположное явление — десорбция газа — в силу ограни­ченной проводимости соединительного патрубка может вызвать зна­чительное повышение давления в колбе манометрического преобра­зователя и завышенные показания вакуумметра. Десорбция особенно велика сразу после включения катода ввиду резкого повышения его температуры. Для правильного измерения давления преобразователь необходимо обезгазить. По истечении 15—30 мин после прогрева давление в колбе примерно будет соответствовать давлению в си­стеме.

Обезгаживание преобразователей следует производить при низ­ком давлении в системе за 20—40 мин до измерения давления. В обезгаживании преобразователя при высоких давлениях нет необ­ходимости, так как в этом случае относительная ошибка, вызванная сорбционно-десорбционными явлениями, обычно невелика. Более того, обезгаживание и, как правило, нагрев при высоких давлениях повышают интенсивность химических процессов на электродах, что ведет к ускоренному выходу из строя преобразователя. В связи с этим следует считать неправильной практику начала обезгажива-ния сразу после включения преобразователя, когда в установке еще не достигнут высокий вакуум.

Измерение давления с помощью манометрических преобразова­телей открытого типа, электродная система которых расположена непосредственно в откачиваемом сосуде, дает большее соответствие с истинным давлением в системе, чем при использовании преобразо­вателей закрытого типа.

 

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 121 гостей на сайте
=
Рейтинг@Mail.ru