1.5. Іонізаційні манометри

1.5.1. Принцип дії та класифікація іонізаційних манометрів

У випадку високого вакууму методи вимірювання тиску, що базуються на вимірюванні механічних сил, теплопровідності, термомолекулярних ефектів і т. ін., не є достатньо чутливими. Залишаються єдино електричні методи, у відповідності з якими молекули газу іонізуються та вимірюється іонний струм, який при цьому виникає. Саме на вказаному принципі базується дія іонізаційних манометрів.

Через те що іонізуються не всі молекули газу, а тільки їх частина, то при даній концентрації газу n концентрація утворених іонів складає . 1 де . Концентрація газу n та тиск р, як відомо, зв’язані залежністю . Таким чином, при Т = const концентрація газу є мірою тиску. Але при вимірюванні тиску газу, який має температуру, відмінну від температури градуювання, доводиться перераховувати покази манометра.

Для того щоб іонний струм міг бути мірою тиску, повинна виконуватися умова пропорційності між кількістю виникаючих за одиницю часу іонів та концентрацією газу. Якщо коефіцієнт пропорційності невідомий, то принаймні, він повинен бути сталим в межах тисків, для яких використовується манометр.

Іншою важливою умовою є те, що іонний струм повинен бути утворений виключно іонами, які виникають в процесі іонізації газу, і не повинен мати якихось сторонніх струмів. Ця умова набуває все більшого значення по мірі просування в бік більш низьких тисків.

Таким чином проблема іонізаційних манометрів зводиться до можливо більш інтенсивного утворення іонів в кількості, пропорційній концентрації газу, їх ефективного збирання та вимірювання “чистого” іонного струму.

Суттєвими недоліками більшості іонізаційних манометрів є, з одного боку, їх відкачна дія, обумовлена сильною сорбцією газів під дією електричного розряду, особливо при розпорошуванні металу, а з іншого боку – десорбція газів внаслідок високої температури електродів, електронного бомбардування і т.п. Згадані ефекти можуть бути причиною значних похибок при вимірюванні низьких тисків іонізаційними манометрами.

З врахуванням цього іонізаційні манометри (особливо ті, що використовуються для вимірювання надвисокого вакууму) повинні бути добре знегажені шляхом прогрівання корпусу та електродів (наприклад, електронним бомбардуванням), а трубки, які з’єднують їх з вакуумною системою, повинні мати максимальну провідність для того щоб був можливим вільний рух газу між манометром та відкачуваним об’ємом. Найкраще цим вимогам відповідають манометричні датчики без корпусу, які введено прямо всередину відкачуваного об’єму.

Важливу роль в іонізаційних манометрах відіграє електричне поле, іноді разом з ним використовують і магнітне поле.

Іонізаційні манометри можна розділити на дві основні групи:

• манометри з контрольованою іонізацією (електронні та радіоізотопні);

• манометри з неконтрольованою іонізацією (електророзрядні).

Іонізаційний вакуумметр складається з перетворювача (датчика) та з’єднаного з ним контрольно-вимірювального блоку. Цей блок служить для живлення перетворювача та для вимірювання іонного струму (зокрема, підсиленого); одночасно він живить перетворювач електричним струмом, необхідним для його знегаження.