Разработать ионизационный вакууметр для системы стабилизации давления с дросселирующим затвором

Электроны, прошедшие через сетку, тормозятся электрическим полем и снова возвращаются к ней. Колебания электронов около сетки под переменным воздействием разгоняющего и тормозящего электрического полей происходят до тех пор, пока электроны не попадут на сетку. Таким образом, в районе сетки формируется электронное облако, в котором и происходит ионизация молекул газа в результате их столкновений с электронами. Образующиеся положительно заряженные ионы газа попадают на отрицательно заряженный коллектор. При условии постоянства тока эмиссии и ускоряющего напряжения количество образующихся ионов пропорционально концентрации газа, находящегося в преобразователе.

Так как преобразователь связан с рабочим объемом вакуумной камеры, необходимо соблюдать условия, защищающие его от воздействия паров масла, металлической пыли и иных веществ, которые могут появиться в вакуумной камере во время технологического процесса и привести к искажению результатов измерения давления.

5. Усилитель ионного тока Ионный ток, характеризующий давление, имеет очень малые значения (порядка 10−9 — 10−5 А при измерении давления в диапазоне от 10−1 до 10−6 Па). Поэтому его следует экранировать от воздействия электромагнитных полей, приводящих к возникновению наводок, искажающих результаты измерений (3, с.55−57). Для точного измерения ионного тока используются усилители. Усилители ионного тока должны обладать большим коэффициентом усиления, высокой степенью линейности выходных характеристик и малыми погрешностями коэффициента усиления. Как правило, усилитель ионного тока состоит из электрометрического каскада и усилителя постоянного тока. Современная элементная база позволяет реализовать усилитель постоянного тока на основе операционного усилителя (DA1 на рисунке 1), включенного по схеме неинвертирующего усилителя.

Ионный ток коллектора создает падение напряжения на резисторе R5. Это напряжение подается на неинвертирующий вход операционного усилителя. На инвертирующий вход операционного усилителя подается сигнал, вызванный падением напряжения на делителе, состоящем из подстроечного резистора R1, резистора R2 и сопротивления обратной связи R3 линии обратной связи. Коэффициент усиления K операционного усилителя в этом случае определяется выражением:

K = 1 + R3/(R1+R2) (5)

Значение сопротивления переменного резистора устанавливается в зависимости от значения ионного тока, пропорционального измеряемому давлению. Переменный резистор R1 необходим для измерений в диапазонах давленияй отличающихся более, чем на порядок. Чем шире диапазон измерений, тем больше должен быть интервал изменений переменного сопротивления R1.

К выходу усилителя подключается измерительный прибор — стрелочный или цифровой микроамперметр. Питание усилителя осуществляется от источника стабилизированного напряжения.

6. Стабилизатор тока эмиссии катода.

Одним из условий точного измерения давления ионизационным вакуумметром является постоянство тока эмиссии. Величина тока эмиссии электронов при работе электронного преобразователя определяется температурой катода, которая, в свою очередь, зависит от тока накала. Стабилизация тока эмиссии основана на механизме обратной связи, когда увеличение тока эмиссии вызывает появление сигнала, уменьшающего ток накала, что приводит к уменьшению температуры катода и, соответственно, тока эмиссии. И, наоборот, при уменьшении тока эмиссии, в схеме стабилизации вырабатывается сигнал, увеличивающий ток накала для увеличения тока эмиссии.

Операционные усилители позволяют добиться высокого уровня стабильности тока эмиссии. В основе работы стабилизатора тока эмиссии лежит важное свойство операционных усилителей — в результате оценки разности сигналов на инвертирующем и неинвертирующем входах посредством цепи обратной связи выходное напряжение управляет входными напряжениями таким образом, чтобы выровнять их. Усилитель замыкает цепь обратной связи между эмиссией электронов с катода и током накала. Упрощенная схема стабилизатора тока эмиссии на основе операционного усилителя DA2 показана на рисунке 1. Величина тока через вход стабилизатора равна току эмиссии. В результате работы схемы стабилизации ток эмиссии с высокой точностью устанавливается равным заданному значению.

Переменный резистор R10 устанавливается в положение, соответствующее заданному значению тока накала катода. На входы операционного усилителя DA2 поступают два сигнала: напряжение, создаваемое током эмиссии на резисторе R9 в цепи стабилизатора, и напряжение, снимаемое с переменного резистора R10. В операционном усилителе происходит сравнение этих сигналов. Разностный сигнал с выхода усилителя поступает на катод. Если падение напряжения на резисторе R9, вызванное током эмиссии, меньше падения напряжения, снимаемого с переменного резистора R10, то сигнал с выхода усилителя увеличивается, что приводит к увеличению тока накала катода.

Следовательно растут температура катода и ток эмиссии. Если с ростом тока эмиссии падение напряжения в цепи стабилизатора становится больше падения напряжения в цепи переменного резистора, то на выходе операционного усилителя напряжение падает. В результате уменьшается ток накала катода, а значит и ток эмиссии. Этот процесс происходит непрерывно в течение всего времени работы вакуумметра и поддерживает значение тока эмиссии в пределах заданного значения. Отрицательная обратная связь обеспечивается включением в цепь операционного усилителя DA2 сопротивления нагрузки R12. Колебания значений тока эмиссии не превышают отклонений, заданных заранее. Для измерения тока эмиссии служит миллиамперметр.

Список использованных источников

.

В.В.Кузьмин. Вакуумные измерения. М., Изд-во стандартов, 1992.

Вакуумная техника. Справочник. Под ред. Е. С. Фролова и В. Е. Минайчева. М.: Машиностроение, 1992

Ничипорович Г. А., Вакуумметры, М., 1977

Ерюхин А. В. Основы вакуумных измерений, М., 1977.

Лекк Дж. Измерение давления в вакуумных системах/пер. с англ. М.:Мир, 1966

к вакуумной камере

(A

R12

R11

;

DA2

mA

(220 B

1 М

22К

;

R7

R8

R9

R10

DA1

R5

R4

R3

R6

R2

R1

I

II

III