Próżniomierz jonizacyjny

[Aleksander Zawada]

W układach wysokiej próżni ciśnienie mierzy się zazwyczaj prożniomierzem jonizacyjnym, w którym sondą -czujnikiem jest tzw. sonda Bayarda-Alperta. Takim układem wysokiej próżni jest mój zestaw do pompowania lamp (zawierajacy pompę obrotową i dyfuzyjną).

Z elektrycznego punktu widzenia sonda jonizacyjna jest to pewnego rodzaju lampa elektronowa z żarzoną katodą (najczęściej wolframową), siatką i kolektorem w postaci cienkiego drucika. Siatka jest na potencjale +150V wzgledem katody, kolektor zaś na -50V. Strumień elektronów, biegnący do siatki zderza się z cząsteczkami gazu, powodując ich jonizację. Tak powstałe dodatnie jony dążą do kolektora. W jego obwodzie płynie więc prąd jonowy, będący miarą ciśnienia.
Im mniej cząsteczek gazu, czyli lepsza próżnia tym mniej jonów i mniejszy prąd jonowy. Czułość typowych sond wynosi około 20 mikroamperów/militor*miliamper. Oznacza to, że przy ciśnieniu 1 militora=10^-3 Tr (w dużym przybliżeniu jest to milionowa część atmosfery) i prądzie elektronowym 1 mA płynie prąd jonowy równy 20 mikroamperów. Przy ciśnieniu 10^-6 Tr będzie to już tylko 20 nanoamperów. Aby próżniomierz wskazywał dokładnie, należy stabilizować prąd elektronowy. Polega to na takim regulowaniu prądu żarzenia katody, by prąd elektronowy był stały.

W moim układzie pracuje sonda SJW2 w wersji metalowej. Sondy takie były produkowane przez Unitra-Polkolor oraz Unitra-OBREP. Sonda jest wślepiona do układu próżniowego (sonda posiada kołnierz tzw. Bolesławiecki "79"). Sondy SJW2 w wersji metalowej i szklanej można zobaczyć tutaj:
http://www.tubedevices.com/alek/sjw2/sjw2.htm

Układ próżniomierza zawiera: układ mikroprocesorowy z mikrokontrolerem ATMEGA8, impulsowy stabilizator prądu elektronowego z układem TL494 oraz tranzystorami IRFZ44, miernik prądu jonowego -nanoamperomierz ze wzmacniaczem operacyjnym OPA602, zasilacz z transformatorem (napiecia +600V, +200V, +14V, +5V. Napięcie 600V jest potrzebne przy odgazowywaniu głowicy przez bombardowanie elektronowe, tj pozbywaniu się gazu z elementów głowicy przy wysokiej próżni. Zapobiega to zafaszowaniu pomiarów.
Przewidziane są 3 poziomy odgazowania z prądem elektronowym 10, 35 i 50 mA.
Przy pomiarze ciśnienia prąd elektronowy wynosi 1 mA.
Sygnał z nanoamperomierza jest przeliczany przez mikrokontroler na wartość próżni w Tr.
Zmiana zakresów następuje automatycznie- procesor załącza inny opornik wzorcowy w układzie nanoamperomierza. W przypadku, gdy ciśnienie jest wyższe niż 9,9*10^-4 Tr następuje wyłączenie katody sondy, celem jej ochrony przed zniszczeniem przy zbyt dużym ciśnieniu.

Próżniomierz będzie miał dodatkowe wyprowadzenie, które bedzie przyjmowało stan wysoki, gdy próżnia będzie lepsza niż 8*10^-6Tr i nie gorsza niż 5*10^-5Tr (pętla histerezy). Opcja ta przyda się przy automatyzacji procesu formowania katod tlenkowych w lampach elektronowych.
Próżniomierz mierzy w zakresie od 9,9*10^-4 do 10^-9 Tr (wskazywane jako 0,1*10^-8 Tr)

Podczas testów wyszło jeszcze parę niedociągnięć, jak zbyt wolna reakcja na zbyt wysokie ciśnienie przy włączaniu sondy oraz pewna niestabilność wskazań na niższych zakresach (10^-8) spowodowana złym ekranowaniem wzmacniacza prądu jonowego.


Próżniomierz podczas konfrontacji jego wskazań z drugim próżniomierzem:

http://www.trioda.com/php/forumtriody/d ... hp?id=7381

A oto próżniomierz w moim układzie pompowym:

http://www.trioda.com/php/forumtriody/d ... hp?id=7350

[Futrzaczek]

Fajna zabawka
Bardzo podobają mi się niebieskie LCD'eki