Ионизационный датчик с горячей нитью , иногда называемый датчиком с горячей нитью или датчиком с горячим катодом , является наиболее широко используемым измерительным устройством низкого давления (вакуума) для диапазона от 10 -3 до 10 -10 Торр . Это триод , катодом которого является нить накала .
Примечание. Принципы в основном те же, что и для источников ионов с горячим катодом в ускорителях частиц для создания электронов.
Регулируемый ток электронов (обычно 10 мА ) излучается из нагретой нити накала . Электроны притягиваются к спиральной сетке постоянным потенциалом около +150 В. Большая часть электронов проходит через сетку и сталкивается с молекулами газа в замкнутом объеме, вызывая ионизацию некоторой их части. Ионы газа, образующиеся в результате столкновений электронов, притягиваются к центральному проводу коллектора ионов под действием отрицательного напряжения на коллекторе (обычно -30 В). Ионные токи составляют порядка 1 мА/ Па . Этот ток усиливается и отображается дифференциальным усилителем/ электрометром с высоким коэффициентом усиления .
Этот ионный ток различен для разных газов при одном и том же давлении; то есть ионизационный датчик с горячей нитью зависит от состава. Однако в широком диапазоне молекулярной плотности ионный ток из газа постоянного состава прямо пропорционален молекулярной плотности газа в датчике.
Ионизационный датчик с горячим катодом состоит в основном из трех электродов, каждый из которых действует как триод , причем катодом является нить накала. Три электрода представляют собой коллектор или пластину, нить накала и сетку . Ток коллектора измеряется электрометром в пикоамперах . Напряжение накала накала относительно земли обычно имеет потенциал 30 В, а напряжение сетки - 180–210 В постоянного тока, если нет дополнительной функции бомбардировки электронами , путем нагрева сетки, которая может иметь высокий потенциал примерно 565 В. Наиболее распространенным ионным датчиком является датчик Баярда-Альперта с горячим катодом и небольшим коллектором внутри сетки. [1] Стеклянная оболочка с отверстием для вакуума может окружать электроды, но обычно обнаженный манометр вставляется непосредственно в вакуумную камеру, а штифты проходят через керамическую пластину в стенке камеры. Манометры с горячим катодом могут быть повреждены или потерять калибровку, если они подвергаются воздействию атмосферного давления или даже низкого вакуума, пока они горячие.
Электроны, испускаемые нитью, несколько раз совершают возвратно-поступательные движения вокруг сетки, прежде чем, наконец, войти в сетку. Во время этих движений некоторые электроны сталкиваются с молекулой газа, образуя пару иона и электрона ( электронная ионизация ). Число этих ионов пропорционально плотности молекул газа , умноженной на ток электронов, испускаемых нитью накала, и эти ионы вливаются в коллектор, образуя ионный ток. Поскольку плотность молекул газа пропорциональна давлению, давление оценивают путем измерения ионного тока.
Чувствительность датчиков с горячим катодом при низком давлении ограничена фотоэлектрическим эффектом. Электроны, попадающие на сетку, производят рентгеновские лучи, которые создают фотоэлектрический шум в коллекторе ионов. Это ограничивает диапазон старых датчиков с горячим катодом до 10–8 Торр , а датчиков Баярда – Альперта примерно до 10–10 Торр . Дополнительные провода при катодном потенциале в зоне прямой видимости между коллектором ионов и сеткой предотвращают этот эффект. В экстракционном типе ионы притягиваются не проволокой, а открытым конусом. Поскольку ионы не могут решить, в какую часть конуса попасть, они проходят через отверстие и образуют ионный луч. Этот ионный пучок можно передать на