Датчик ионизации с горячей нитью накаливания
 | Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют соответствующие встроенные цитаты . ( Октябрь 2016 ) |
 Ионизационный манометр Bayard-Alpert с нитью накала из горячего тория иридия на фланце CF 2,75 дюйма | |
| Другие имена | Датчик Байярда-Альперта с горячим катодом |
|---|---|
| Использует | Измерение давления |
Ионизационный манометр с горячей нитью , иногда называемый манометром с горячей нитью или манометром с горячим катодом , является наиболее широко используемым измерительным прибором низкого давления (вакуума) для диапазона от 10−3 до 10−10 Торр . Это триод , в котором нить накала является катодом .
Примечание: принципы в основном те же самые, что и для источников ионов с горячим катодом в ускорителях частиц для создания электронов.
Функция
Регулируемый электронный ток (обычно 10 мА ) испускается нагретой нитью накала . Электроны притягиваются к спиральной сетке постоянным потенциалом около +150 В. Большинство электронов проходят через сетку и сталкиваются с молекулами газа в замкнутом объеме, в результате чего часть из них ионизируется. Ионы газа, образованные столкновениями электронов, притягиваются к центральной проволоке коллектора ионов отрицательным напряжением на коллекторе (обычно −30 В). Ионные токи составляют порядка 1 мА/ Па . Этот ток усиливается и отображается дифференциальным усилителем/ электрометром с высоким коэффициентом усиления .
Этот ионный ток отличается для разных газов при одном и том же давлении; то есть, ионизационный датчик с горячей нитью зависит от состава. Однако в широком диапазоне молекулярной плотности ионный ток из газа постоянного состава прямо пропорционален молекулярной плотности газа в датчике.
Строительство
Ионизационный датчик с горячим катодом в основном состоит из трех электродов, все из которых действуют как триод , где катодом является нить накала. Три электрода представляют собой коллектор или пластину, нить накала и сетку . Ток коллектора измеряется в пикоамперах электрометром . Напряжение нити накала относительно земли обычно имеет потенциал 30 вольт, в то время как напряжение сетки составляет 180–210 вольт постоянного тока, если только нет дополнительной функции электронной бомбардировки , путем нагрева сетки, которая может иметь высокий потенциал приблизительно 565 вольт. Наиболее распространенным ионным датчиком является датчик Байярда-Альперта с горячим катодом , с небольшим коллектором внутри сетки. [1] Стеклянная оболочка с отверстием для вакуума может окружать электроды, но обычно обнаженный датчик вставляется в вакуумную камеру напрямую, штыри подаются через керамическую пластину в стенке камеры. Термокатодные датчики могут быть повреждены или потерять калибровку, если они подвергаются воздействию атмосферного давления или даже низкого вакуума в горячем состоянии.
Электроны, испускаемые нитью накала, совершают несколько возвратно-поступательных движений вокруг сетки, прежде чем, наконец, попадают в сетку. Во время этих движений некоторые электроны сталкиваются с молекулой газа, образуя пару ион и электрон ( электронная ионизация ). Количество этих ионов пропорционально плотности молекул газа , умноженной на электронный ток, испускаемый нитью накала, и эти ионы вливаются в коллектор, образуя ионный ток. Поскольку плотность молекул газа пропорциональна давлению, давление оценивается путем измерения ионного тока.
Чувствительность к низкому давлению термокатодных датчиков ограничена фотоэлектрическим эффектом. Электроны, попадающие на сетку, производят рентгеновские лучи, которые производят фотоэлектрический шум в ионном коллекторе. Это ограничивает диапазон старых термокатодных датчиков до 10−8 Торр , а датчиков Байярда-Альперта — до примерно 10−10 Торр . Дополнительные провода при катодном потенциале на линии визирования между ионным коллектором и сеткой предотвращают этот эффект. В извлекающем типе ионы притягиваются не проводом, а открытым конусом. Поскольку ионы не могут решить, в какую часть конуса попадать, они проходят через отверстие и образуют ионный пучок. Этот ионный пучок может быть передан на
- Чаша Фарадея ,
- квадрупольный масс-анализатор с чашей Фарадея,
- Детектор на основе микроканальной пластины с чашей Фарадея,
- квадрупольный масс-анализатор с микроканальным пластинчатым детектором, чаша Фарадея,
- ионная линза и ускоряющее напряжение направляются на мишень, образуя распылительную пушку ; в этом случае клапан впускает газ в сетку.
Типы
- Байярд–Альперт (использует запаянную трубку). [2]
- Датчик Nude (использует вакуумную камеру для создания полной герметизации).
Смотрите также
Ссылки
Внешние ссылки
- Как работает ионизационный датчик?
- Какой материал нити следует использовать в моем ионометре?
- Трубки для измерения ионизации с горячей нитью накала
- Патент США 4792763 - Ионизационный манометр с горячим катодом
- Патент США 5373240 - Термокатодный ионизационный манометр, включающий последовательность электродов, расположенных на расстоянии друг от друга в последовательности вдоль оси.
