Ионизационный датчик с горячей нитью

Ионизационный датчик с горячей нитью
	Ионизационный датчик Bayard-Alpert с горячей торированной иридиевой нитью на фланце 2,75 дюйма CF
Другие имена	Датчик с горячим катодом ; Датчик Баярда – Альперта
Использование	Измерение давления

с горячей нитью Ионизационный датчик , иногда называемый датчиком с горячей нитью или датчиком с горячим катодом , является наиболее широко используемым измерительным устройством низкого давления (вакуума) для региона от 10 ⁻³ до 10 ⁻¹⁰ Торр . Это триод , катодом которого является нить накала .

Примечание. Принципы в основном те же, что и для источников ионов с горячим катодом в ускорителях частиц для создания электронов.

Функция

Регулируемый электронный ток (обычно 10 мА ) излучается из нагретой нити накала . Электроны притягиваются к спиральной сетке постоянным потенциалом около В. +150 Большая часть электронов проходит через сетку и сталкивается с молекулами газа в замкнутом объеме, вызывая ионизацию некоторой их части. Ионы газа, образующиеся в результате столкновений электронов, притягиваются к центральному проводу коллектора ионов под действием отрицательного напряжения 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 различен для разных газов при одном и том же давлении; то есть датчик ионизации 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 состоит в основном из трех электродов, каждый из которых действует как триод , причем катодом является нить накала. Три электрода представляют собой коллектор или пластину, нить накала и сетку . Ток коллектора измеряется электрометром в пикоамперах . Напряжение накала накала относительно земли обычно имеет потенциал 30 В, а напряжение сетки - 180–210 В постоянного тока, если нет дополнительной функции бомбардировки электронами , путем нагрева сетки, которая может иметь высокий потенциал примерно 565 В. Наиболее распространенным ионным датчиком является датчик Баярда-Альперта с горячим катодом и небольшим коллектором внутри сетки. ^{[ 1 ]} Стеклянная оболочка с отверстием для вакуума может окружать электроды, но обычно обнаженный манометр вставляется непосредственно в вакуумную камеру, а штифты проходят через керамическую пластину в стенке камеры. Манометры с горячим катодом могут быть повреждены или потерять калибровку, если они подвергаются воздействию атмосферного давления или даже низкого вакуума, пока они горячие.

Электроны, испускаемые нитью, несколько раз совершают возвратно-поступательные движения вокруг сетки, прежде чем, наконец, войти в сетку. Во время этих движений некоторые электроны сталкиваются с молекулой газа, образуя пару иона и электрона ( электронная ионизация ). Число этих ионов пропорционально плотности молекул газа , умноженной на ток электронов, испускаемых нитью накала, и эти ионы вливаются в коллектор, образуя ионный ток. Поскольку плотность молекул газа пропорциональна давлению, давление оценивают путем измерения ионного тока.

Чувствительность датчиков с горячим катодом при низком давлении ограничена фотоэлектрическим эффектом. Электроны, попадающие на сетку, производят рентгеновские лучи, которые создают фотоэлектрический шум в коллекторе ионов. Это ограничивает диапазон старых датчиков с горячим катодом до 10. ⁻⁸ Торр и калибровка Баярда – Альперта примерно до 10. ⁻¹⁰ Торр. Дополнительные провода при катодном потенциале в зоне прямой видимости между коллектором ионов и сеткой предотвращают этот эффект. В экстракционном типе ионы притягиваются не проволокой, а открытым конусом. Поскольку ионы не могут решить, в какую часть конуса попасть, они проходят через отверстие и образуют ионный луч. Этот ионный луч можно передать на

Чашка Фарадея ,
квадрупольный масс-анализатор с чашкой Фарадея,
микроканальный пластинчатый детектор с чашкой Фарадея,
квадрупольный масс-анализатор с микроканальным пластинчатым детектором чашка Фарадея,
ионная линза и ускоряющее напряжение направлены на мишень и образуют распылительный пистолет ; в этом случае клапан пропускает газ в решетчатую клетку.

Типы

Баярд-Альперт (использует герметичную пробирку). ^{[ 2 ]}
Обнаженный манометр (использует вакуумную камеру для полной герметизации).

См. также

Ссылки

^ RT Баярд и Д. Альперт, «Расширение диапазона низкого давления ионизационного манометра», Rev. Sci. Инструмент. 21 , 571 (1950); дои : 10.1063/1.1745653 .
^ Д. Альперт, «Новые разработки в области производства и измерения сверхвысокого вакуума» J. App. Физ. 24 , 860 (1953); дои : 10.1063/1.1721395 .

Внешние ссылки

Как работает ионный датчик?
Какой материал нити накала мне следует использовать с ионным датчиком?
Ионизационные трубки с горячей нитью
Патент США 4792763 — Манометр с ионизацией горячим катодом.
Патент США 5373240 - Ионизационный манометр с горячим катодом, включающий последовательность электродов, расположенных на расстоянии друг от друга последовательно вдоль оси.

[1] RT Баярд и Д. Альперт, «Расширение диапазона низкого давления ионизационного манометра», Rev. Sci. Инструмент. 21 , 571 (1950); дои : 10.1063/1.1745653 .

[2] Д. Альперт, «Новые разработки в области производства и измерения сверхвысокого вакуума» J. App. Физ. 24 , 860 (1953); дои : 10.1063/1.1721395 .

[ 1 ]

[ 2 ]