Свойства вакуума |
Особенности вакуумных систем |
контрольно-измерительная аппаратура |
Течеискатели |
Вакуумные материалы |
Уплотнители и и смазки |
Вакуумные вентили и переходники |
Запорные устройства |
Способы соединения вакуумных систем |
Общие принципы |
Подбор вакуумных насосов |
Масляные средства откачки |
Вакуумометрические приборы |
Вакуумные установки |
Сорбционные средства откачки |
Физические явления в вакууме |
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.
|
= | |