Способы измерения глубокого вакуума

Для измерения глубокого вакуума используются ионизационные манометры. Их разделяют на два типа:
1) Ионизационные манометры с горячим катодом.
2) Газоразрядные манометры с холодным катодом.

Горячий катод. Устанавливается термокатод (обычно) в форме стержня, он окружается сеткой, на которую подается положительный потенциал, и сетка окружается заземленным коллектором, на который также подается положительный потенциал, но меньшего значения, чем на сетку. Принцип действия похож на газоразрядный насос. Испущенные с катода электроды оседают на сетке; ускоренные сеткой попадают в поле обратной направленности, и летя обратно, снова проходя через сетку. Таким образом, электроны движутся по сложной искривленной длинной траектории, пока они не осядут на сетку, и ионизуют при этом остаточные газы. Ионы остаточных газов всегда заряжены положительно, потому что это неметаллы (ковалентные связи), поэтому, будучи ионизованными, они движутся в сторону наименьшего потенциала, то есть в коллектор, создавая своими зарядами ток коллектора. Интенсивность потока, следовательно, ток коллектора, пропорциональны концентрации остаточных газов, и соответственно, давлению. На сетку подается обычно 150 В (небольшие потенциалы)

Манометры с холодным катодом.

Между анодом и катодом подается напряжение в несколько кВ, что вызывает самостоятельный разряд остаточных газов. Для усиления ионизации используется магнитное поле, закручивающее и удлиняющее траекторию электронов. Мерой давления является ток разряда. Манометры с холодным катодом различают по геометрии электродов. На сегодняшний день распространены три основных геометрии:

1. Ячейка Пеннинга. Два дисковых катода…

2. Магнетронная ячейка. Катод, два диска, соединенные стержнем, и вокруг анод.

3. Инверсно-магнетронная ячейка. На ней наоборот – цилиндрический катод и стержень-анод. Должна быть самой эффективной, т.к. вероятность попасть электрону в анод больше.

Соединения и течи.

Требования к соединениям должны быть таковы, чтобы вакуум без откачки сохранялся в течение длительного времени.

То есть поры имеют размеры порядка атомных.

Подобные уплотнения возможны только с помощью ножевых уплотнений (conflate).

Применяются к фланцевым соединениям. На фланцах выполняется напротив друг друга острый выступ, на другом выполняется проточка. Между соединяемыми деталями устанавливается мягкая медная прокладка. При затягивании болтами фланцевого соединения происходит деформация мягкой прокладки, и она заполняет все неровности поверхности фланцев, образуя, тем самым, вакуум-плотное соединение. Считается, что ножевое уплотнение в состоянии поддерживать остаточное давление до 10^-11 Па.

Размеры труб под ножевые уплотнения стандартизованы, существует несколько типоразмеров с разным внутренним диаметров.

Внутренний диаметр	Внешний диаметр
19	34
38	70
63	114
100	150
150	270
200	750

 

Помимо постоянных уплотнений, также нужны управляемые соединения, которые могут быть открыты/закрыты извне. В этом случае ножевое уплотнение неприменимо. Используется специальные уплотнения.

Например, угловой вентиль.

Для качественного ограждения пути остаточного газа на самом вентиле используется конструкция в виде грибка – он заходит в трубу с одной стороны, с другой стороны сделаны проточки, на концах грибка сделаны уплотнения из резины.

Корпус соединен фланцевыми соединениями. В местах, где выполнен вакуумный вход ручки, установлен дополнительный сильфон.

Второй вариант – угловой (шлюзовой) вентиль. Отличается тем, что воздух проходит напрямую, а не под углом. Здесь тоже уплотнения из вакуумной резины. Конструкция сверху – пневматическое управление. Сильфон защищает пространство управляющего вентиля.

27.09.14.