книги из ГПНТБ / Слободенюк, Г. И. Квадрупольные масс-спектрометры

Пение полосы пропускания Входных цепей УПТ в по­ следнем случае не имеет значения, так как применяе­ мые самопишущие потенциометры, как правило, узко­ полосные устройства, и возможное расширение полосы пропускания УПТ при уменьшении его входного сопро­ тивления не изменит общей полосы пропускания. При высоких скоростях регистрации и использовании в ка­ честве индикатора НЧ-осциллографа (например, С1-19Б) полосу пропускания всей регистрирующей части опре­ деляет входная цепь УПТ: входное сопротивление (RBx) и шунтирующая его паразитная входная емкость (С). При этом, согласно (4.15)

Д / ^ 5 / твх = 5/(ЯвхС).

(9.52)

Заметим, что по расчету в начале этого параграфа ско­ рость регистрации и, следовательно, полоса пропуска­ ния, при которой обеспечивается максимальное отноше­ ние сигнала к шуму при отсутствии заметных искаже­ ний сигнала, тоже могут изменяться на четыре поряд­ ка, т. е. требования к коммутации RBX согласуются по диапазону изменяемых при этом величин с возможным диапазоном изменения скоростей регистрации. Абсо­ лютное значение минимального входного сопротивления УПТ определяется максимальным усиливаемым в УПТ входным напряжением и максимальным выходным

ТОКОМ ВЭУ. ЕСЛИ /вэу макс = 10 ^ CL, a U Bx. м акс= Ю в

(УПТ на транзисторах с электрометрическим каскадом на входе), то

•^вх.мин — т/вх.мин//вэу макс = Ю7 ОМ.

(9.53)

При этом необходимо соблюдать требование, наклады­

ваемое на		полосу пропускания				регистрирующей				части,
т. е. первого			из двух	условий		выражения (9.51),				кото­
рое с учетом			(9.52) можно преобразовать к виду:
			R b x .m h h		AM/(vMaKCCBX).					(9.54)
В нашем			случае		при	АМ=1 а. е. м.,			у макс =
= 1000	а.е.м./сек и			С= 5-10-12			ф,	согласно		(9.54),
^вх. мин= 2		• 108	ом, т. е.		результат		расчета по		формуле
(9.53)	не	противоречит			результату			расчета	на	(9.54).

Максимально допустимое значение входного сопротив­

ления УПТ после	определения RBX- мин по	(9.53)
или (9.54)
^вх.макс	^ ех.мин ^макс/^мин>	(9.55)

т. е. в нашем случае RBX. макс= 1011—1012 ом.

160

Таким образом, при максимальной скорости регист­ рации входное сопротивление УПТ увеличивать нельзя, оно должно быть минимальным. Поэтому обеспечивать усиление и отображение сигналов в нужном динамиче­ ском диапазоне можно только с помощью делителей во входных цепях УПТ осциллографа. (В осциллографе С1-19Б, например, имеется возможность деления вход­ ного сигнала ступенчато и плавно максимум в

10 000 раз.)

Стабильность усиления и погрешности отображения усиленного сигнала должны быть в пределах, заданных требованиями на КМ.

Г л а в а 10. КОНСТРУКЦИЯ И ПАРАМЕТРЫ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ

ИЗАРУБЕЖНЫХ СЕРИЙНОСПОСОБНЫХ КМ

§32. Примеры принципиального и конструктивного решения основных блоков КМ

Рассмотрим положения, которыми целесообразно руководствоваться при конструировании КМ, обладаю­ щих параметрами приборов III класса классификации, принятой на I Всесоюзной конференции по масс-спект- рометрии [59], предназначенных для решения широко­ го круга научных и производственных технологических задач.

Датчик КМ. При конструировании датчика КМ по­ мимо перечисленных ранее проблем необходимы: 1) вы­ бор конфигурации и взаимного расположения электро­

дов ионного источника;	2) выбор способа	закрепления
в пространстве четырех	полеобразующих	электродов

анализатора; 3) решение задачи электровводов для по­ дачи напряжений на электроды датчика; 4) разработка необходимых экранов, препятствующих или уменьшаю­ щих возможное при анализе паров конденсирующихся веществ запыление или загрязнение электродов; 5) ре­ шение вопроса о закреплении в пространстве отдельных элементов относительно друг друга и узлов конструк­ ции датчика; 6) решение в пределах возможной про­ блемы унификации узлов датчика; 7) выбор типа и раз­ работка конструкции нагревательного элемента для прогрева датчика для уменьшения собственного фона и быстрого достижения сверхвысокого вакуума в рабо-

11 Г. И. Слободенюк

161

няют в ней не только свою основную функцию образо­ вания в межэлектродном пространстве необходимого электрического поля, но и функцию несущих элементов самой конструкции. Это мало способствует сохранению высокой точности взаимного расположения и конфигу­ рации полеобразующих электродов анализатора в сбо­ ре. К вынужденным недостаткам конструкции рассмат­ риваемого датчика, объясняемым спецификой приме­ ненного ВЭУ, следует отнести углообразную форму корпуса датчика, делающую практически невозможным создание единой жесткой конструкции. закрепленных друг с другом ионного источника, анализатора и ВЭУ. От двух недостатков свободна конструкция датчика прибора КМ-1 (см. рис. 21), в котором благодаря при­ менению умножителя с динодами типа жалюзи отпала необходимость в несоосном расположении ВЭУ и ана­ лизатора. Датчик КМ-1 представляет собой единую конструкцию, в которой анализатор и ВЭУ закреплены в несущем корпусе (с отверстиями для облегчения откачки объема, занимаемого датчиком). В данном слу­ чае полеобразующие электроды анализатора уже не являются конструктивными элементами, поддерживаю­ щими анализатор в пространстве. Датчик прибора КМ-1 снабжен внешним легко съемным нагревательным эле­ ментом, с помощью которого можно осуществить его прогрев до температуры порядка +300°С. Анализатор датчика прибора КМ-1 имеет две планшайбы, с прецезионнообработанными отверстиями квадратного сечения, к углам которых с помощью изолированных от корпуса болтов притянуты опирающиеся на точноразмерные изолирующие керамические пластины четыре цилиндри­ ческих полеобразующих стержня. Планшайбы укрепле­ ны в несущем корпусе анализатора с отверстиями, сде­ ланными для облегчения быстрой откачки анализатора датчика. Первые варианты ионных источников с про­ дольной ионизацией, опробованные еще на ранних ма­ кетных образцах КМ (см. рис. 20), в датчике прибора КМ-1 ^заменены ионным источником с поперечной иони­ зацией и продольным расположением катода. Сделано это для обеспечения возможности регистрации с по­ мощью прибора КМ-1 составов не только газовых сме­ сей, но и молекулярных потоков (пара) легко конден­ сирующихся веществ, направляемых в ионный источник перпендикулярно к оси анализатора КМ через узкие

166

щелевые отверстия в защищающем электроды ионного источника экране.

Существенный недостаток, свойственный всем этим датчикам, состоит в том, что электрические гермовводы, необходимые для подачи на электроды датчика элек­ трических напряжений, размещены на корпусе датчика. Это приводит к жесткой связи корпуса с датчиком и зачастую мешает без значительных дополнительных пе­ ределок встраивать датчик в разные вакуумные уста­ новки, особенно если при этом возникает необходимость размещать датчик так, чтобы его ионный источник ока­ зался внутри рабочей вакуумной камеры гораздо глуб­ же, чем это позволяют геометрические размеры высту­ пающего из корпуса датчика ионного источника.

Следует также отметить, что несмотря на заметное улучшение конструкции анализатора датчика она все же не свободна от некоторых недостатков. Так, напри­ мер, установлено, что от того, с каким натягом притя­ нуты болтами к углам отверстий в планшайбах цилин­ дрические электроды, зависит создаваемый в результате этого натяга прогиб стержней. В датчике прибора КМ-1 прогибы стержней составляют 0,01 мм и на параметры данного прибора существенного влияния не оказывают. Однако при разработке прибора, заметно превосходя­ щего по своим параметрам КМ-1, такой способ закре­ пления полеобразующих стержней в пространстве ока­ жется серьезным препятствием на пути повышения точ­ ности анализатора в сборе.

В похожих друг на друга конструкциях датчиков к макету КМ на 300 а. е. м. и к приборам КМ-1, КМ-2 и

КМ-3 (новый вариант)	(см. рис. 22, 23	и 24) отмечен­
ных выше недостатков нет. В каждом		из них ионный
источник, анализатор	и ВЭУ надежно заэкранированы
и представляют собой	единую жесткую	конструкцию,

консольно закрепленную на фланце, несущем все ваку­ умноплотные электровводы (13 шт.). Такая конструкция облегчает встраивание (в упомянутом выше смысле) датчика в любую вакуумную установку, обеспечивая размещение ионного источника в ней на любой (в пре­ делах геометрических размеров датчика) глубине с по­ мощью переходников нужной длины. Анализатор в этих датчиках также претерпел коренные изменения. В ос­

нову	его конструкции	положено	предложение	(авт.
свид.	№ 257129) [58],	позволяющее	сократить	длину

167

ным в обоих случаях расположением катода. Последнее обстоятельство позволило максимально упростить кон­ струкцию, предельно сократив габариты ионных источ­

ников.

ГВЧ. Наибольший интерес в данном случае могут, по-видимому, представлять принципиальные схемы двух, оправдавших себя на практике, вариантов ГВЧ: вариант схемы на лампах (в приборе КМ-1) и на полу­ проводниках (в приборе КМ-2). На рис. 26 представле­ на ламповая схема ГВЧ прибора КМ-1, в которой на Л1 (6Ж9П) построен задающий генератор, стабилизиро­ ванный по частоте кварцевым резонатором, на Л4 и Л5

(ГУ-50)— мощный выходной			каскад, на Л7 (6Х2П) —
ВЧ-детектор,	позволяющий создать на			выходах ГВЧ
напряжение	U(t)=KV(t), где Я ^ 0,16784.			На кенотро­
не Л8 построен		отдельный	детектор ВЧ-напряжения,
необходимый	для	индикации	амплитуды	ВЧ-колебаний

в выходном контуре в процессе настройки последнего. На диоде Д4 (типа Д223Б) построена схема измерителя электрической симметрии обоих выходов ГВЧ. На лам­ пе ЛЗ (6Ж4П) собран фантастроенный генератор, выра­ батывающий модулирующее напряжение «пилообраз­ ной» формы с тремя различными скоростями спада зад­ него пологого фронта, соответствующего трем скоростям регистрации (60, 300 и 1000 а. е. м./сек), использую­ щимся в приборе КМ-1. На лампе Л6 собрана импульс­ ная спусковая схема каскада совпадения, в которой вы­ рабатывается и подается на экран осциллографического индикатора КМ импульсный сигнал электронного визи­ ра в момент индикации на экране интересующей опера­ тора массы. Вращением движка потенциометра «номер массы», снабженного лимбом, отградуированным в атомных единицах массы, можно, перемещая электрон­ ный визир по спектру масс, совмещать его с любым им­ пульсом спектра и определять при этом по лимбу соот­ ветствующий этому импульсу номер массы (точнее, молекулярный вес ионов или ионизированных осколков

молекул,	создающих упомянутый			импульс	спектра
масс).
Особенностями		ламповой	схемы	ГВЧ, примененной
в приборе	КМ-1,	являются:	1) несимметричный		авто­

трансформаторный способ подключения выходного ко­ лебательного контура к выходным лампам; 2) отсутст­ вие средств, линеаризующих развертку спектра масс во

169