Термопарные манометры

2.4 Термопарные манометры

На рисунке 2.7 схематически изображена конструкция термопарного манометра. Манометрическая лампа ЛМ представляет собой стеклянный или металлический корпус, в котором на двух вводах смонтирован платиновый или никелевый подогреватель 3, на двух других вводах крепится термопара 4, изготовленная из хромель-копеля или хромель-алюмеля.

Термопара и подогреватель сварены через перемычку П. Подогреватель нагревается током, который можно регулировать реостат 5 и измерять миллиамперметром 1. Спай термопары, нагреваемый подогревателем, является источником термо - э. д. с., значение которой показывает милливольтметр 2.

Пока давление в вакуумной системе равно атмосферному, стрелка миллиамперметра при заданном для данной манометрической лампы токе накала I стоит вблизи нуля. При понижении давления в системе стрелка начинает перемещаться в сторону увеличения термо-э. д. с. так как с уменьшением давления уменьшается теплопроводность газа и, следовательно, повышается температура перемычки. Точность измерения давления термопарным манометром существенно зависит от правильного подбора тока накала подогревателя. Ток накала подогревателя можно опредёлить до вскрытия новой лампы (в случае стеклянного корпуса) или при откачке манометра до давления  (1·10 мм рт. ст.).

При этих давлениях теплоотвод по газу от подогревателя пренебрежимо мал и вся подводимая мощность расходуется на излучение (около 63%) и теплоотвод по вводам (около 37%). Ток подогревателя подбирают таким образом, чтобы стрелка милливольтметра точно совпадала с последним делением шкалы; при этом показания миллиамперметра (шкала «ток накала») будут соответствовать рабочему току подогревателя.

Рисунок 2.7 - Термопарный манометр и упрощенная схема измерительного блока. ЛМ — монометрическаа лампа; 1 — миллиамперметр; 2 — милливольтметр; З — подогреватель; 4 — термопара; 5 — реостат; 17 — общая точка подогревателя и термопары.

2.5 Ионизационные манометры

Электронные ионизационные манометры предназначены для измерения давления в диапазоне (~ мм рт. ст.).

Конструкция электронного ионизационного манометра представлена на рисунке 2.8. В стеклянном баллоне 1 смонтирована трехэлектродная система, состоящая из коллектора ионов 2, анодной сетки З и прямонакального катода 4.

На анодную сетку подается положительный относительно катода потенциал, а на цилиндрический коллектор ионов — отрицательный.

Вольфрамовый катод манометра при нагреве испускаёт электроны, которые под действием ускоряющего электрического поля устремляются по направлению к сетке, создавая в ее цепи электронный ток. Отметим, что ввиду большого шага сетки значительная часть их пролетает между ее нитками в пространство между сеткой и коллектором ионов, где в основном и происходит ионизация газа электронами. При своем движении в этом пространстве электроны находятся в тормозящем поле. В точке пространства с нулевым потенциалом электроны останавливаются и начинают движение в противоположном направлении— к положительно заряженной анодной сетке. В результате вокруг анодной сетки непрерывно колеблются электроны, причем прежде чем попасть на сетку, электроны совершают в среднем до пяти колебаний. Эти колебания играют положительную роль, так как благодаря им электроны пролетают больший путь и, следовательно, повышается вероятность столкновения их с молекулами газа и ионизации последних, что приводит к увеличению ионного тока.

Рисунок 2.8 - Конструкция электронного ионизационного манометра. 1 – стеклянный баллон; 2 – коллектор ионов; 3 - сетка; 4 - катод.

Образующиеся положительные ионы под действием ускоряющего для них поля коллектора ионов устремляются к нему и, отдавая ему свой положительный заряд, создают в его цепи ионный ток (отсюда и название коллектора ионов).

На рисунке 2.9 показаны изображение основных элементов манометрического преобразователя и упрощенная электрическая схема измерительного блока, в которую входят:

а) цепь катода 1, состоящая из источника питания и реостата 6 для регулировки температуры и, следовательно, эмиссии электронов катодом;

б) цепь сетки 2, состоящая из источника питания и прибора 5 для измерения электронного тока;

в) цепь коллектора З, состоящая из источника питания и прибора 4 для измерения ионного тока.

Как показал опыт, при достаточно низких давлениях [обычно ниже 0,1 Па (~мм рт. ст.)] отношение ионного тока  к электронному току прямо пропорционально давлению газов р в манометричёской лампе:

Это соотношение и лежит в основе работы электронного ионизационного манометра.

Множителем пропорциональности

выражает чувствительность манометра: очевидно, чувствительность тем больше, чем больше отношение  при данном давлении р.

Рисунок 2.9 - Упрощенная схема включения электронного ионизационного манометра. 1 — катод; 2 — сетка; З — коллектор ионов; 4 — прибор для измерения ионного тока; 5 - миллиамперметр; 6 — реостат.

Для получения однозначной зависимости ионного тока от давления электронный ток манометра поддерживают постоянным. Тогда

где  характеризует величину ионного тока на единицу давления (величину k, называют токовой чувствительностью или постоянной ионизационного манометра).

При работе с различными газами чувствительность манометра будет отличаться от чувств по воздуху, но линейная зависимость сохраняется.

На основании (8) давление определяется соотношением

Таким образом, для измерения давления достаточно при заданном электронном токе измерить ионный ток и разделить на постоянную манометра.

Заключение

В результате проделанной работы нам удалось восстановить рабочий вакуум в колонне микроскопа. Нами была проделана теоретическая и практическая работа по изучению конструкции, назначения и принципа работы растрового электронного микроскопа РЭМН – 2У4.1.

Основным объектом исследования являлась вакуумная система. В процессе работы были теоретически и практически изучены диффузионный и форвакуумный насосы, а также датчики для измерения вакуума.

Список литературы

1.  Горшковский Я. Техника высокого вакуума. – М.: Мир, 1975г. – 622с.

2.  Деркач В.П. Электронно-зондовые устройства. / Кияшко Г.Ф., Кухарчук М.С.- Киев: Наука думка, 1974г. – 354с.

3.  Дж. Гоулдстейна, Х.Яковица. Практическая растровая электронная микроскопия. / Пер. с англ. – М.: Мир, 1978г. – 656с.

4.  Добровольский Г.В., Шоба С.А. Растровая электронная микроскопия почв. – М.: МГУ, 1978 – 295с.

5.  Королёв Б.И. Основы вакуумной техники./А.И. Пипко, В.Я. Плисковский.- М.: Энергия, 1975г. – 415с.

6.  Крымский Л.Д. Растровая электронная микроскопия сосудов и крови./ Нестайко Г.В., Рыбалов А.Г. – М.: Медицина, 1976г. – 356с.

7.  Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Микроскоп растровый электронный низковольтный типа РЭМН – 2 У4.1 250с.

8.  Хокс П. Электронная оптика и электронная микроскопия.- М.: Мир, 1974г. – 354с.