ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Приборы для измерения вакуума и парциальных давлений из "Вакуумное нанесение тонких пленок" Из многочисленных и разнообразных манометров, предназначенных для измерения среднего, высокого и сверхвысокого вакуума, в технике наиыления тонких пленок наиболее широкое применение получили теплоэлектрические, ионизационные с накаленным катодом, радиоактивные и магнитные электроразрядные манометры. [c.136] Теплоэлектрические манометры. Работа этих манометров основана на зависимости теплопроводности разреженного газа от его плотности, т. е. от количества молекул в единице объема, способных при своем движении переносить тепло. Теплоэлектрические манометры делятся на две группы термопарные манометры и манометры сопротивления. Б термопарном манометре термопара своим спаем припаяна к подогревателю. При неизменном токе накала подогревателя в результате изменения давления мёняется температура спая, а следовательно, и термоэлектродвижущая I сила, по величине которой судят о давлении. [c.136] Обычно манометр ЛТ-2 работает в режиме постоянства рабочего тока подогревателя, а мерой давления служит величина термо-э. д. с. При токе накала подогревателя 120—160 ма прибор измеряет давление в диапазоне 10 —10 мм рт. ст. Повышение рабочего тока подогревателя до 300 ма позволяет расширить рабочий диапазон измеряемых давлений до 0,5—1 мм рт. ст., однако точность измерения давления при этом падает. [c.136] Вакуумметр ВТ-2 позволяет производить измерение с погрешностью, достигающей 15% от измеряемой величины. Точность производимых измерений во многом определяется правильным подбором тока подогревателя, который в цроцессе измерения должен поддерживаться постоянным, яо должен корректироваться в течение фока службы манометра. [c.136] Рабочий ток подогревателя у манометрических ламп ЛТ-4М, поступающих с завода-изготовителя в открытом виде, указывается на их баллонах. Уточнение тока подопревателя может понадобиться только в случае проведения очень точных измерений. При этом манометрическую лампу нужно герметично присоединить к вакуумной установке, откачать до давления ниже 1 10 мм рт. ст. и произвести подбор тока подогревателя так же, как и для лампы ЛТ-2. [c.137] Для того чтобы по величине термоэлектродвижущей силы судить о давлении в системе, необходимо пользоваться градуировочной кривой. Отклонения от средней градуировочной кривой по сухому воздуху не превышают величины 10% для лампы ЛТ-2 и 20% для лампы ЛТ-4М. [c.137] При работе с лампой ЛТ-2 для определения давления других чистых газов с точностью, в большинстве случаев достаточной для технических измерений ( 20%), можно пользоваться типовой градуировочной кривой этого манометра по воздуху, умножая полученные по этой кривой давления а соответствующие значения пере-счетного коэффициента д, приведенные в табл. 2-5. [c.137] Значительное увеличение чувствительности термопарных манометров может быть получено, если режим постояяства рабочего тока подогревателя заменить режимом постояяства его температуры. Для этой цели перед началом измерений для каждого манометра при атмосферном давлении предварительно определяется рабочая величина термо-э. д. с., соответствующая току подогревателя в 600 ма. В процессе измерения давления с помощью реостата непрерывно регулируется ток подогревателя так, чтобы термо-э. д. с. термопары сохраняла бы неизменную величину. По величине рабочего тока подогревателя можно с точностью 15% судить о давлении в объеме манометра. При этом следует иметь в виду, что для режима постоянства температуры закономерности изменения градуировочных кривых для различных газов будут другими, чем для режима постоянства рабочего тока подогревателя. [c.137] Хотя по своим паспортным данным манометр ЛТ-2 предназначен для измерения давления от 1-10 до 1 Ю мм рт. ст., однако, как видно из его градуировочной кривой, давления ниже мм рт. ст. могут измеряться им лишь весьма грубо. Так, например, на всем диапазоне от 10 до 10 мм рт. ст. термо-э. д. с. для воздуха меняется всего лишь от 7,7 до 9,7 мв, что соответствует примерно 20% шкалы прибора. Значительное повышение чувствительности манометра (примерно в 3 раза) в указанном диапазоне давлений может быть получено за счет сильного охлаждения его баллона путем его погружения в жидкий азот. Таким путем можно повысить чувствительность термопарного манометра в области низких давлений не только для воздуха, но и для ряда других газов и паров. [c.138] При необходимости измерять давление в диапазоне от 30 до 1 10 мм рт. ст. может применяться теплоэлектрический манометр сопротивления типа МТ-6. Нить начала этого манометра включена в одно из плеч моста сопротивлений. В одну из диагоналей моста включен генератор переменного тока с частотой 3,4 кгц, в другую диагональ — усилитель, который при разбалансе моста в результате изменения давления управляет выходным напряжением генератора таким образом, что мост снова приходит в равновесие. Датчик работает в режиме постоянства температуры нити, которая равна 220° С. При изменении давления от 30 до 1 10-2 рт ст. ток накала нити датчика меняется от 4 до 52 ма. а напряжение — от 0,5 до 6 в. Погрешность измерения давления доходит до 40%. [c.138] Ионизационные манометры с накаленным катодом. Работа этих манометров основана на ионизации молекул остаточных газов электронами, летящими от накаленного катода, а мерой давления служит ионный ток, измеряемый при постоянстве тока эмиссии катода. Выпускаемый отечественной промышленностью прибор ВИТ-1 использует ионизационный манометр ЛМ-2 с цилиндрической конструкцией электродов, который может измерять давление в диапазоне 1-10 —5 10 мм рт. ст. Конструкция манометрической лампы ЛМ-2, являющаяся разновидностью электронной лампы, показана на рис. 2-32. Накаленный катод 4 испускает электроны, которые ускоряются по направлению к положительно заряженной сетке 3, играющей в данном случае роль анода. Электроны пролетают между редкими витками сетки, но отталкиваются отрицательно заряженным коллектором 2. Совершая колебательное движение около витков сетки, электроны сталкиваются с атомами и молекулами остаточных газов, производят их ионизацию и в конце концов уходят на сетку. Положительные ионы притягиваются отрицательно заряженным коллектором и отдают ему свой заряд. Число образовавшихся ионов пропорционально плотности газа. Поэтому ток в цепи коллектора пропорционален давлению в системе, к которой присоединен баллон манометрической лампы. [c.138] Использование в качестве источника электронов накаленного катода из тонкой вольфрамовой проволоки не дает возможности вести измерения при давлениях больше 10 мм рт. ст., так как при этом в результате интенсив ого химического разрушения катода последний перегорает в течение нескольких минут. Кроме того, при давлениях больше 10 мм рт. ст. у манометра ЛМ-2 линейность градуировочной кривой нарушается. [c.139] От этих недостатков свободен воздухостойкий ионизационный манометр, использующий плоскопараллельную конструкцию электродов и иридиевый катод, покрытый двуокисью тория. Этот манометр способен измерять давление в диапазоне от 10 до 1 мм рт. ст. Нижпий предел давлений, измеряемый манометром, обусловлен возникновением фонового тока эмиссии электронов с коллектора под действием падающего на него мягкого рентгеновского излучения, появляющегося при торможении испускаемых катодом электронов в материале сетки. Фоновый ток (около 10 ° й) искажает измерение давления на 5% при 5-10 мм рт. ст. и на 25% при 1 10 -5 мм рт. ст. Верхний предел измеряемых давлений связан с появлением нелинейности градуировочных кривых (при р= = 1 мм рт. ст. отклонение от линейности составляет 5% ). Большим достоинством манометра, использующего иридиевый катод, является то, что он, находясь в накаленном состоянии, не выходит из строя даже в случае аварийного прорыва атмосферного воздуха в вакуумную систему. [c.139] К — постоянная для данного манометра, зависящая от формы и размеров электродов и приложенного к ним напряжения. [c.139] Схема стабилизации эмиссии получается значительно проще и экономичцее, если вместо манометра триодного типа использовать тетродный манометр, установив между катодом и анодной сеткой еще одну дополнительную управляющую сетку Щ. 571. Катод тетродного манометра работает в режиме пространственного заряда, т. е. с запасом эмиссии. Стабилизация тока эмиссии осуществляется введением отрицательной обратной связи между электронным током анодной сетки и напряжением на управляющей сетке. Степень стабилизации зависит от крутизны сеточной характеристики триод-ной части манометра и сопротивления обратной связи, которое одновременно задает отрицательное смещение на коллектор. Предложенный принцип стабилизации тока эмиссии может быть использован в ионизационных манометрах, предназначенных для измерения как высокого, так и сверхвысокого вакуума. Дополнительная сетка может быть использована та кже для получения пульсирующего тока в цепи коллектора ионов. Это дает возможность применять усилители переменного тока, что в значительной мере упрощает электрическую схему вакуумметра. [c.140] Для измерения сверхвысокого вакуума широкое применение нашел триодный ионизационный манометр обращенного типа (рис. 2-33). В этом манометре накаленный катод располагается вне цилиндрической сетки, а по ее оси натянут нитевидный коллектор ионов, поверхность которого примерно в 1 ООО раз меньше поверхности коллектора в триодном манометре обычного типа. Благодаря этому на коллектор падает лишь незначительная доля рентгеновского излучения сетки, в результате чего величина его фонового тока резко уменьшается. Положительно заряженная сетка создает потенциальный барьер и уменьшает возможность вылета ионов из объема, заключенного внутри сетки. Для этой же цели иногда применяют цилиндрические экраны, закрывающие основание сетки. [c.140] Отечественная промышленность выпускает ионизационный манометр обращенного типа ИМ-12, предназначенный для измерения вакуума в диапазоне 10 -—10 ° мм рт. ст. Токовая чувствительность манометра по воздуху — 2,5 10- а/жж рт. ст. Относительная чувствительность манометра ИМ-12 к другим газам примерно такая же, как и для манометра ЛМ-2. Электродная система манометра заключена в стеклянный баллон и присоедиаяется к вакуумной системе через штенгель диаметром 20 мм. [c.141] Для цельнометаллических сверхвысоковакуумных систем вместо манометра ИМ-12 может использоваться открытая конструкция манометра. Открытый манометр не имеет оболочки. Его электродная система закреплена на металлическом фланце и непосредственно устанавливается в откачиваемом объеме. Отсутствие соединительного трубопровода между манометром и откачиваемым объемом исключает ошибки, возникающие в результате перепада давлений на трубопроводе в результате сорбции или газовыделения. [c.141] Обычно ионизационный манометр обращенного типа применяется только для измерения давлений ниже 10 мм рт. ст. Однако иногда возникает необходимость одновременно использовать его и для измерения давлений спектрально чистых инертных газов вплоть до 1 мм рт. ст. Схема включения манометра для измерения относительно больших давлений приведена в работе [Л. 89]. Питание сетки и катода осуществляется от стандартного вакуумметра, а на коллектор ионов подается переменное напряжение промышленной частоты. [c.141] Влияние геометрии электродов и эксплуатационных режимов на чувствительность ионизационных манометров обращенного типа, сравнительная проверка методов градуировки и оценки ошибок, возникающих при измерении давления ионизационными манометрами различных конструкций, приведены в работе [Л. 90]. [c.141] Вернуться к основной статье