热阴极电离真空计的工作原理与分类

电子在电场中飞行时从电场获得能量，若与气体分子碰撞，将使气体分子以一定几率发生电离，产生正离子和次级电子。其电离几率与电子能量有关。电子在飞行路途中产生的正离子数，正比于气体密度n,在一定温度下正比于气体的压力p。因此，可根据离子电流的大小指示真空度。这就是电离真空计工作原理。

　　由灯丝加热提供电子源的电离真空计称为热阴极电离真空计，其型式繁多，各具不同特点和适用不同的压力测量范围。

　　热阴极电离真空计由测量规管(或规头)和电气测量电路(真空计控制单元和指示单元)组成。规管功能是把非电量的气体压力转换成电量——离子电流。热阴极电离真空计规管的基本结构主要包括三个电极：

　　(1)提供一定数量电子流Ie的灯丝F(阴极);

　　(2)产生电子加速场并收集电子流的阳极A(亦称电子加速极);

　　(3)收集离子流I，的离子收集极C(相对阴极为负电位)。

　　离子流Ii与压力p可用下式表示： Ii=KIep (9) 式中Ie——发射电子流

　　K——规管系数，单位为Pa-1

　　在一定压力范围内K为一常数，若保持发射电子流I，为一恒量时，则离子流Ii与压力p呈线性关系

　　当压力高到某一值时，K值会随压力p而变化，这就达到了压力线性测量上限pmax，它由电极的几何结构、电极间电位分布以及发射电流大小所决定。

　　规管系数K在气体压力p很低时仍可保持为常数，但离子流Ii随压力p降低而减小到一定限度后，将会埋没在电离计工作中不可避免地存在着的其它与压力p无关的本底电流之中，因而达到其压力测量下限pmin。这种本底电流包括X射线光电流等。

　　热阴极电离真空计主要分类

　　按线性压力范围的不同，热阴极电离真空计主要分三类：

　　(1)普通型电离真空计(1×10-1～lO-5Pa);

　　(2)超高真空电离真空计(1×10-1～lO-8Pa，有的下限为10-10Pa);

　　(3)高压力电离真空计(102～10-3Pa)。

　　用改变规管电极结构及各电极的电参数，用抗氧化材料制做阴极(如铱丝涂氧化钇)，可提高线性测量上限。制成高压力电离真空计，压力测量上限pmax可达lOOPa以上。图9示出DL一5规电极结构;图lO示出DL一8规电极结构。

　　栅状阳极受电子轰击产生X射线，离子收集极接收此射线会产生光电子发射，形成与压力无关的光电本底电流Ix。减少Ix就可以降低线性压力测量下限pmin,可采取如下四种措施：

　　(1)从电板的几何结构上减少离子收集极被软X射照射的面积，这就是B-A型电离计的设计思想;

　　(2)在离子收集极附近，安置一相对于离子收集极为负电位的电极(抑制极).可以使离子收集极表面发射的光电子被电场折回，以消除本底电流，这种方法称为光电子抑制法，如抑制电离规;

　　(3)这是一种在离子收集极电流中扣除本底光电流的方法，称为离子流调制法，如调制B—A电离规;

　　(4)本底光电流Ix对应的本底压力指示px与规系数K成反比，所以提高规系数K能够降低测量压力下限pmin如弹道规和热阴极磁控管电离规。

图：几种热阴极电离真空计原理图

　　图8示出DL一2型普通型热阴极电离规结构，其Ie=5mA，K=0.15Pa-1，线性压力测量范围是l×10-1～10-5Pa。

　　由于不同气体电离截面不同，所以电离规管系数K与气体种类有关，引入相对灵敏度S，概念，Sr=K/KN2。

　　由于电离真空计是以N2校准的，若被测气体非为N2，则电离真空计的读数pread是被测气体离子流所对应的等效氮压力，非为真实压力preal。若知道被测气体相对灵敏度Sr时，其真实压力为

　　preal=pread/Sr (10)