Магнитный электроразрядный манометр

0

Одной из удачных разработок манометра, в котором ионизация газа осуществляется не термоэлектронами из накаленного катода, а электронами, возникающими в результате ударной ионизации остаточного газа при холодных катодах, является так называемый магнитный электроразрядный манометр.

На рис. 6-28 схематически изображена манометрическая лампа, а также дана электрическая схема измерительной части этого манометра. Цифрой 1 обозначены металлические пластинки, служащие двойным катодом лампы, 2 — металичеюкое кольцо, служащее анодом, 3 — трубка для присоединения манометрической лампы к вакуумной системе.

Если вакуумная система и, следовательно, манометрическая лампа откачаны до достаточно низкого давления, а к зажимам измерительной части подведено достаточно вы сокое постоянное напряжение, например 2 000 в, то между электродами лампы возникает тлеющий разряд; разряд стабилизируется внешним (балластным) сопротивлением 4, на котором в зависимости от величины разрядного тока падает большее или меньшее напряжение; благодаря внешнему сопротивлению с возрастанием разрядного тока напряжение между электродами манометрической лампы уменьшается, и ток не может возрасти до опасного для лампы значения; наоборот, с уменьшением разрядного тока напряжение между электродами манометрической лампы возрастает и разряд поддерживается длительное время.

В цепи измерительной части манометра имеются еще следующие приборы: миллиамперметр 5 для измерения относительно больших разрядных токов, микроамперметр 6 для измерения малых токов; чтобы не подвергать этот прибор перегрузке при больших токах, он имеет замыкающее приспособление 7, которое отключается лишь при достаточно слабых токах, когда чувствительность миллиамперметра становится недостаточной.

Наконец, необходимым элементом измерительной части магнитного электроразрядного манометра является магнит 8, назначение которого — создать магнитное поле, перпендикулярное плоскостям расположения электродов манометрической лампы.

Для уяснения принципа работы такого манометра разберем более подробно физические явления, происходящие в манометрической лампе при изменении давления в вакуумной системе, к которой она присоединена. Прежде всего отметим, что зажигание разряда и его горение в каком-либо газоразрядном приборе зависят от многих факторов; наиболее важными из них являются: разность потенциалов между анодом и катодом, материал, форма, состояние поверхности и расположение электродов, род газа, произведение расстояния между электродами на давление газа и т. и.

Имея в виду определенное напряжение (2 000 в), прикладываемое к выводам измерительной части, манометрическую лампу определенной конструкции и определенный газ, все разнообразие факторов, влияющих на разрядный ток через манометрическую лампу, мы сводим лишь к одному — к давлению газов По аналогии с ионизационным манометром можно сказать, что разрядный ток находится в прямой зависимости от давления газа; чем выше давление, тем больше в газоразрядном промежутке появляется ионов и свободных электронов вследствие ионизации газа, т. е. тем больше разрядный ток.

Вся конструкция манометрической лампы магнитного электроразрядного манометра, а именно двойной катод, его расположение и форма, кольцеобразная форма анода и его расположение между пластинами катода, наличие магнитного поля и его определенная ориентировка относительно электродов лампы, — все это направлено на то, чтобы зависимость разрядного тока от давления газа сделать возможно большей и распространить чувствительность такого магнитного манометра как можно далее в сторону низких давлений.

Действительно, представим себе электрон, находящийся около какой-либо из пластин катода. Под влиянием электрического поля электрон стремится двигаться с ускорением к кольцевому аноду по сравнительно слабо искривленным траекториям, но магнитное поле заставляет электрон двигаться iio кругу определенного радиуса, зависящего от напряженности магнитного поля. В результате сложения действующих на движущийся электрон сил со стороны электрического и магнитного полей траектория электрона принимает вид винтовой линии с малым шагом; благодаря этому путь, описываемый электроном, увеличивается во много раз.

Дальнейшее увеличение пути электрона происходит за счет того, что, двигаясь по винтообразной траектории, электрон в то же время не сразу попадает на анод: благодаря кольцеобразной форме последнего электрон пролетает внутри кольца анода и продолжает свое движение по винтовой линии к противоположной пластине катода, но уже, очевидно, с замедлением; не долетев до этой пластины, электрон начинает обратное движение, снова по винтообразной траектории и снова может не попасть на кольцеобразный анод, а пролететь через анодное кольцо опять к первой пластине катода и/т. д. Таким образом, электрон, помимо движения по винтообразной траектории, совершает колебательное движение около кольцеобразного анода и попадает в конце концов на анод, но после того, как пройдет достаточно длинный путь.

Благодаря этому удлинению пути электронов сильно возрастает вероятность встречи их с молекулами остаточного газа и, следовательно, разряд не будет гаснуть даже при очень низких давлениях.

Как мы уже видели ( 5-7), такой же метод повышения вероятности ионизации остаточных газов использован в ионных насосах.

Как уже указывалось выше, разрядный ток через манометрическую лампу можно измерять миллиамперметром 5 и микроамперметром 6; следовательно, если эти приборы проградуировать так, чтобы их показания сразу определяли давления, то разрядным током можно измерять давления в вакуумной системе.

Кроме электроизмерительных приборов для измерения давления, если не требуется большой точности, можно пользоваться специальной газоразрядной индикаторной трубкой 9, включаемой последовательно в цепь манометрической лампы. Трубка имеет удлиненный стержнеобразный катод, который при прохождении разрядного тока через манометрическую лампу покрывается тлеющим свечением тем на большей длине, чем выше давление в вакуумной системе.

Особенности магнитного электроразрядиого манометра

Из рассмотрения работы манометра вытекают следующие его особенности:

  • 1) разрядный ток получается при холодных катодах; следовательно, манометр свободен от недостатков, присущих манометрам с горячим катодом (ср. с ионизационным манометром);

  • 2) манометр применим как для газов, так и для паров, причем показания манометра зависят от рода газа или пара;

  • 3) манометр дает непрерывные показания, причем благодаря малой инерционности он практически немедленно отзывается на резкие изменения давления; благодаря этому свойству, а также безопасности для манометра прорыва во включенную манометрическую лампу атмосферного воздуха магнитным электроразрядным манометром удобно пользоваться для блокировки вакуумной системы при повышении давления в ней выше заданного значения.

Далее следует отметить, что по чувствительности при низких давлениях магнитный электроразрядный манометр, к сожалению, неравноценен ионизационному: нижний предел измеряемых давлений ограничивается порядком 105 -f106 мм рт. ст.-, верхний предел может достигать нескольких тысячных миллиметра ртутного столба.

Из конструктивных особенностей магнитного электро-разрядного манометра, кроме отмеченных выше, следует указать на следующие:

  • 1) катодные пластины желательно покрывать слоем ториевого или циркониевого порошка; к этому мероприятию побуждают следующие обстоятельства: при прохождении больших разрядных токов пластины катода подвергаются сильной ионной бомбардировке, ведущей к распылению материала катода и образованию тонких металлических налетов на стекле колбы, опасных в отношении образования утечек; торий и цирконий являются металлами, обладающими наибольшей устойчивостью против распыления под воздействием ионной бомбардировки;

  • 2) из тех же соображений — уменьшения утечек — выводы катода и анода лучше делать с противоположных сторон манометрической лампы.

Градуировка магнитного электроразрядного манометра. Аналогично тепловым или ионизационным манометрам градуировка магнитного электроразрядного манометра произво-дигся путем сравнения его показаний с показаниями компрессионного м аномет-ра; при этом для приведения сравниваемых манометров к одинаковым условиям необходимо применять вымораживание паров.

На рис. 6-29 представлены градуировочные кривые для магнитного элек-троразрядного манометра, причем кривая 1 является усредненной для нескольких газов (Н2, СО, воздуха и Аг), кривая 2 изображает зависимость давления тех же газов от длины светящейся части катода индикаторной газоразрядной трубки. давлений в пределах от 5 • 10-4 до 5 • 106 мм рт. ст. Манометр работает на магнитноэлектроразрядном датчике типа ММ-5; герметичная камера этого датчика имеет трубку для присоединения к вакуумной системе; к измерительной части датчик присоединяется при помощи экранированного кабеля.

Наша промышленность выпускает магнитные электро-разрядные манометры ВМБ-1 с пределами измерений от 8 • Г04 до 2 • 106 мм рт. ст. Измерительная часть заключена в переносный ящик (рис. 6-30), в котором находится также схема электронного реле вакуумной блокировки. Последняя позволяет настроить блокировку на любое из


Leave A Reply