第五章2009冷阴极电离真空计.ppt

Vacuum measurement and leak detection真空测量与检漏之 Cold-cathode ionization vacuum gauges冷阴极电离真空计 第五章 冷阴极电离真空计Cold-cathode ionization vacuum gauges 热阴极电离真空计存在高温阴极，在高温下不能工作甚至被烧毁且存在规管放气、化学清除等现象，限制了它的应用范围。特别是在工艺放气量大和易于暴露大气的真空设备上不太适用。 冷阴极电离真空计是利用低压气体在强电场和磁场下的冷阴极放电作用将气体分子电离的原理工作的，俗称冷规。它与热阴极电离真空计相同，也是由规管与测量线路两部分所组成。这种真空计规管中的电子是在平行电磁场或正交电磁场作用下维持放电而进行工作的，因此被称为冷阴极放电式真空计或磁放电真空计。 第五章 冷阴极电离真空计Cold-cathode ionization vacuum gauges 冷规主要有两大类型，即电场与磁场方向相互平行的普通型冷阴极电离真空计和电场与磁场方向相互垂直的磁控管式冷阴极电离真空计，而后者又分为倒置磁控管式和正置磁控管式两种型式。 第五章 冷阴极电离真空计Cold-cathode ionization vacuum gauges 普通型磁放电真空计： 结构：1937年由潘宁Penning提出平行场冷阴极电离真空计（简称潘宁规）。早期结构是在玻璃管内封装两相距13㎜冷阴极金属板（10×12㎜）做为阴极；在两块平行板之间装一个20×35㎜钼制方形环做为阳极；玻璃管壳外加一永久磁铁，其磁场方向垂直于阴极表面，磁场B一般为0.03~0.1T；通过限流电阻R（1 MΩ左右）在阴极与阳极间加上1000~2000 V直流电压。 第五章 冷阴极电离真空计Cold-cathode ionization vacuum gauges 工作原理： 冷阴极电离真空计也是利用低压下气体分子的电离电流与压力有关的特性，用放电电流作为真空度的测量指示； 所不同的在于电离源，冷阴极电离真空计是靠冷发射（场致发射、光电发射、气体被宇宙线电离等）所产生的少量初始自由电子，在电磁场作用下，能够长时间在两块阴极极板之间往返作螺旋线形运动，直至与气体分子发生碰撞，使被测气体电离，最后电子被阳极所吸收； 第五章 冷阴极电离真空计Cold-cathode ionization vacuum gauges 工作原理： 而电离后的正离子因其质量较大，则将以直线的方式高速的打到阴极上，并且在阴极上打出的二次电子也同时参加到电离过程中，电离过程连锁的进行，就可以使气体分子在极间产生复杂的繁流自持放电（称为潘宁放电）； 所产生的放电电流和空间的气体分子密度有关，可以用来指示相应的气压，此放电电流与压力有如下关：。 I：放电电流；n：取决于阴极材料、电场强度、磁场强度及气体种类有关的常数，一般1—2；K：规管系数。 第五章 冷阴极电离真空计Cold-cathode ionization vacuum gauges 特性： 由于影响K和n的因素很多，很难计算求得，当规管结构、电参数一定的条件下通过校准可得p—I关系，因此，冷阴极电离真空计也是相对真空计。 对冷阴极电离计规管的要求是：灵敏度高；工作稳定；测量范围宽；电极间漏电小；吸气作用小；结构简单牢固、最好能拆卸。 电极材料应具有化学稳定性好、无磁性、受正离子轰击溅射小，一般阴极采用镍、铝、不锈钢等；阳极多用镍、钼、不锈钢、镍铬合金等。 第五章 冷阴极电离真空计Cold-cathode ionization vacuum gauges 为提高灵敏度，除材料选择外，电极结构也应合理设计，一般结构尺寸较大时测量低压力时的灵敏度高，且可降低相应的工作磁场强度。 阴极和阳极间电压较高，且电极溅射后附于玻璃壁，规管的漏电问题较严重，一般要求绝缘电阻在1000MΩ以上，电极应从两端引出且引线应套玻璃管，漏电严重时应清洗规管。 冷阴极电离真空计测量电路简单，主要由直流高压稳压电源和放电电流测试仪表组成。 第五章 冷阴极电离真空计Cold-cathode ionization vacuum gauges 直流高压较交流高压的灵敏度可提高2.5倍左右，一般采用负高压以避免正高压在磁场中引起放电；直流高压必须稳定，一般要求外电源变化±10%,其输出变化小于±2%,采用硅高压稳压管或高压充气稳压管其稳定性可达±1%左右。 磁放电真空计的校准曲线受限流电阻的影响较大，电流增大时，电极电压下降，限流电阻主要保护规管的放电不至达到弧光放电的危险程度；电流减小时，电极电压上