CN108831818A - 电离规的保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电离规的保护装置，涉及电离规技术领域。电离规的保护装置包括：连接管路，连接管路包括第一连接端和第二连接端，第一连接端用于与被测真空度的设备连接，第二连接端用于与电离规连接。电磁阀门，电磁阀门设置于连接管路的靠近第二连接端的部分且能够控制连接管路的通断。传感器，传感器设置于连接管路的靠近第一连接端的部分。放大电路，传感器与电磁阀门通过放大电路电联接。电离规的保护装置用于热阴极电离真空计时，能在真空度波动时，切断设备真空腔体与热阴极电离规的连接，从而有效地保护热阴极电离规，提高热阴极电离规的使用寿命。

Description

电离规的保护装置

技术领域

本发明涉及电离规技术领域，具体而言，涉及一种电离规的保护装置。

背景技术

在低压强气体中，气体分子被电离生成的离子数与气体压强成正比。电离真空计是基于在一定条件下，待测气体的压力与待测气体电离后产生的离子流呈正比关系的原理制作的真空测量仪器，其最高的真空度测量灵敏度可达1E-9pa，如经过改良的Bayard-Alpert热阴极电离规。热阴极电离规是通过热阴极发射电子的方式电离气体的，通常为三极管结构，管内有阴极、栅极和收集极。收集极电位相对于阴极电负电位；栅极相对于阴极电正电位。当电离规管通电加热后，阴极发射电子，在电子到达栅极的过程中，与气体分子碰撞而产生正离子和电子的电离现象。当发射电流一定时，正离子数目与被测气体压强成正比。正离子被收集极收集后，经测量电路放大，可由批示电表读出所要测量的真空度。真空度测量灵敏度越高的电离规，制造结构越复杂，制造要求也越高，价格也越贵。

为使电离规管的阴极发射电子，阴极需要加热到较高的温度。通常阴极采用耐高温的钨材料加工而成。即使这样，电离真空计在使用中仍然存在问题：

在电离真空计的使用过程中，如果出现大量漏气或其它原因使真空度突然下降(p>0.1Pa)时，电离规管的阴极灯丝将迅速氧化而烧毁。这种情况在被测气体是空气或带氧化性气体时，会更加明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电离规的保护装置，可有效防止电离规管的阴极灯丝因氧化而烧毁。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明的实施例提供了一种电离规的保护装置，包括：

连接管路，所述连接管路包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端用于与被测真空度的设备连接，所述第二连接端用于与电离规连接；

电磁阀门，所述电磁阀门设置于所述连接管路的靠近所述第二连接端的部分且能够控制所述连接管路的通断；

热电阻传感器，所述热电阻传感器设置于所述连接管路的靠近所述第一连接端的部分；

第一放大电路，所述热电阻传感器与所述电磁阀门通过所述第一放大电路电联接；

所述电离规的保护装置包括所述电磁阀门开启的第一状态，电离规能够透过所述连接管路测量被测设备的真空度；所述热电阻传感器温度降低时，所述电离规的保护装置从所述第一状态进入到所述电磁阀门关闭的第二状态，阻止气体分子从所述第一连接端扩散到所述第二连接端。

另外，根据本发明的实施例提供的电离规的保护装置，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的可选实施例中，所述连接管路具有螺旋管段或波浪管段，所述螺旋管段或所述波浪管段位于所述电磁阀门与所述热电阻传感器之间。

在本发明的可选实施例中，所述螺旋管段或所述波浪管段的通径为3-50mm，螺旋管道的螺旋数量为1-5个，或者波浪管道的波浪数量为1-5个。

在本发明的可选实施例中，所述连接管路的内径为8mm。

在本发明的可选实施例中，所述热电阻传感器包括第一热电丝，所述第一放大电路用于将输入电流放大为输出电压且为所述热电阻传感器提供恒定Vi输入电压，Vi输入电压使所述第一热电丝发热。

在本发明的可选实施例中，所述第一放大电路还为所述电磁阀门提供输出电压Vo。

在本发明的可选实施例中，所述电磁阀门包括阀芯、电磁线圈和被压缩的弹簧，所述阀芯具有开孔；

所述第一状态下，所述电磁线圈产生的电磁力吸引所述阀芯，使所述阀芯克服所述弹簧的弹力且所述开孔位于所述连接管路内，所述第一连接端和所述第二连接端通过所述开孔连通；

所述第二状态下，所述电磁线圈产生的电磁力减弱或者不产生电磁力时，所述阀芯在所述弹簧的回复力的作用下被推动到所述开孔离开所述连接管路的位置，所述第一连接端和所述第二连接端之间的连通被所述阀芯的非开孔部分隔断。

在本发明的可选实施例中，所述阀芯为磁性阀芯。

本发明的实施例提供了一种电离规的保护装置，包括：

连接管路，所述连接管路包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端用于与被测真空度的设备连接，所述第二连接端用于与电离规连接；

电磁阀门，所述电磁阀门设置于所述连接管路的靠近所述第二连接端的部分且能够控制所述连接管路的通断；

热电偶传感器，所述热电偶传感器设置于所述连接管路的靠近所述第一连接端的部分；

第二放大电路，所述热电偶传感器与所述电磁阀门通过所述第二放大电路电联接；

所述电离规的保护装置包括所述电磁阀门开启的第一状态，电离规能够透过所述连接管路测量被测设备的真空度；所述热电阻传感器温度降低时，所述电离规的保护装置从所述第一状态进入到所述电磁阀门关闭的第二状态，阻止气体分子从所述第一连接端扩散到所述第二连接端。

在本发明的可选实施例中，所述热电偶传感器包括第二热电丝、加热电源和热电偶，所述加热电源与所述第二热电丝电连接且用于加热所述第二热电丝，所述热电偶与所述第二热电丝电连接且能输出电压Vi，Vi通过所述第二放大电路放大成供所述电磁阀门使用的输出电压Vo。

本发明的有益效果是：

电离规的保护装置用于热阴极电离真空计，能在真空度波动时，切断设备真空腔体与热阴极电离规的连接，从而有效地保护热阴极电离规，提高热阴极电离规的使用寿命，减小因真空度波动导致的电离规损坏，提高了经济性和真空测量系统的稳定性。在真空度恢复正常后，仍可通过内在电路自动恢复真空测量系统的正常使用。本发明结构简单，可在原有的热阴极电离真空计上加装改造。改造成本低，见效快。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的实施例1提供的电离规的保护装置的示意图；

图2为本发明的实施例2提供的电离规的保护装置的示意图。

图标：1-连接管路；2-电磁阀门；3-热电阻传感器；4-第一连接端；5-第二连接端；6-电离规；7-第一放大电路；8-第一热电丝；9-电磁线圈；10-阀芯；11-弹簧；12-螺旋管段；13-热电偶传感器；14-第二放大电路；15-第二热电丝；16-加热电源；17-热电偶。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

请参照图1，本实施例提供了电离规的保护装置，包括：

连接管路1，连接管路1包括第一连接端4和第二连接端5，第一连接端4用于与被测真空度的设备连接，第二连接端5用于与电离规6连接；

电磁阀门2，电磁阀门2设置于连接管路1的靠近第二连接端5的部分且能够控制连接管路1的通断；

热电阻传感器3，热电阻传感器3设置于连接管路1的靠近第一连接端4的部分；

第一放大电路7，热电阻传感器3与电磁阀门2通过第一放大电路7电联接；

电离规的保护装置包括电磁阀门2开启的第一状态，电离规6能够透过连接管路1测量被测设备的真空度；热电阻传感器3温度降低时，电离规的保护装置从第一状态进入到电磁阀门2关闭的第二状态，阻止气体分子从第一连接端4扩散到第二连接端5。

具体的，连接管路1具有螺旋管段12，螺旋管段12位于电磁阀门2与热电阻传感器3之间。

本发明的目标是，当被测真空度的设备腔体内，因为意外泄漏或人为操作不当等情况下真空度异常下降时，在热阴极电离规6的压力上升至能够损害电离规6之前，能够有足够的时间切断设备真空腔体与热阴极电离规6的连接。在真空环境下，当真空管道两端存在有压力差时，气体就会自动地从高压处向低压处扩散，形成气体流动。在低、中、高真空区域气体流动状态分别是粘滞流、过渡流和分子流，通常采用克努曾数Kn来判断气体的流态。在热阴极电离真空计能测量的压力范围内，通常气体流动状态为过渡流和分子流。在这种流动状态中，气体的扩散或流动的速度与气体分子的平均自由程，以及管道的形状直接相关。分子平均自由程λ远远大于管道最小尺寸d时，气体分子与管壁之间的碰撞占居主要地位，分子靠热运动自由地直线进行，在此过程中会发生与管壁的碰撞和热反射，气体流动由各个分子的独立运动叠加而成。这时管道的形状越复杂，气体分子与管壁的碰撞越多，从而气体的扩散或流动越滞缓。

因此，本发明从热阴极电离规6的使用压力范围出发，从易于加工和安装的角度，提出了管路的形状为螺旋管状或波浪管状的连接管道。更进一步地，可优化地采用管路的通径为3-50mm，螺旋管道的螺旋数量为1-5个，或者波浪管道的波浪数量为1-5个。螺旋管状或波浪管状的连接管道可有效地延长的气体扩散的时间，从而可以使本发明的系统，在真空度突变时能及时切断设备真空腔体与热阴极电离规6的连接。连接管路1的内径为8mm。

热电阻传感器3包括第一热电丝8，第一放大电路7用于将输入电流放大为输出电压且为热电阻传感器3提供恒定Vi输入电压，Vi输入电压使第一热电丝8发热。

第一放大电路7还为电磁阀门2提供输出电压Vo。

电磁阀门2包括阀芯10、电磁线圈9和被压缩的弹簧11，阀芯10具有开孔；

第一状态下，电磁线圈9产生的电磁力吸引阀芯10，使阀芯10克服弹簧11的弹力且开孔位于连接管路1内，第一连接端4和第二连接端5通过开孔连通；

第二状态下，电磁线圈9产生的电磁力减弱或者不产生电磁力时，阀芯10在弹簧11的回复力的作用下被推动到开孔离开连接管路1的位置，第一连接端4和第二连接端5之间的连通被阀芯10的非开孔部分隔断。

在本实施例中，阀芯10为磁性阀芯。除了磁性阀芯，阀芯10也可以是其他的铁磁类材料制作，只要能被电磁力吸引即可。而本实施例直接选择磁性阀芯，可以使得电磁力吸引的时候更快速且克服弹簧11需要提供的输入电压较之非磁性的阀芯10而言更小，更节省使用成本。

本实施例的原理是：

热电阻传感器3由放置在被测真空环境下的热电丝组成，是利用气体分子导热量与热电丝温度关系，进而与第一热电丝8电阻关系来感应气体分子导热量的。而气体分子的导热量与气体分子的密集程度，即气体分子的真空度直接相关。因此，当热电阻传感器3的第一热电丝8电阻加以一定电压后，回路上将产生电流。真空环境中的真空度越低(压力越高)时，气体分子的导热量越大，热电丝温度越低，使得第一热电丝8电阻越小，最终使回路上的电流越大。将回路电流通过放大电路放大后，通过电磁阀门2电磁线圈9的输出电流也将变大。当通过电磁线圈9的电流量大到特定阈值时，电磁阀门2将执行开关动作，切断被测真空度的设备真空腔体与热阴极电离规6的连接，从而保护热阴极电离规6的安全。与之相反，当真空环境中的真空度变高(压力变低)后，通过电磁线圈9的电流量减小，阀芯10重新打开，使被测真空度的设备真空腔体与热阴极电离规6重新连接，热阴极电离规6的测量值重新生效。

具体的，热电阻传感器3通过输入电流放大为输出电压的第一放大电路7提供恒定的Vi输入电压。在Vi输入电压的作用下，第一热电丝8将发热。当第一热电丝8周围的真空度突然变得比较低时，空腔内的气体分子密度高，分子导热量大，因此第一热电丝8的温度低，热电阻大，因此输入第一放大电路7的电流小，第一放大电路7经过特定倍率放大后的输出电压Vo也变小。当小数值的输出电压不足以驱动电磁线圈9产生足够的电磁力时，磁性材料加工的阀芯10将在弹簧11的推力的作用下推到图1所示位置，这时阀芯10上的开孔将无法将连接管路1接通。由于连接管路1的螺旋管段12对气体分子的迟滞作用，使得低真空的气体分子扩散到电磁阀门2的阀芯10之前，阀芯10完成动作，因此本例中的保护装置起到了防止将低真空度的腔体与电离规6相联通的作用，电离规6也因此避免了因氧化而损坏。当气体分子为空气时，保护装置的保护效果表1所示。在被测真空腔体在原始压力p值下，突然加以Δp加力上升值时，表1表明了不加保护装置和加了保护装置电离规6的情况。表中X表示电离规6已损坏，√表示电离规6未损坏。其中电离规6的标称使用压力为0.1～1X10－9Pa。

表1不同压力下电离规6的测试情况

从表1中可以看出，安装保护装置后，系统能在真空度波动时，有效地保护热阴极电离规6，提高热阴极电离规6的使用寿命，减小因真空度波动导致的电离规6损坏的可能性。

当连接管路1的第一连接端4内部空腔内的真空度提高后，通过电磁线圈9的电流变大，将阀芯10吸起，电离分泌物就可以在真空度较高的状态下，安全地测量与前端相连接的腔体的真空度了。

实施例2

请参照图2，本实施例也提供了一种电离规的保护装置，包括：

连接管路1，连接管路1包括第一连接端4和第二连接端5，第一连接端4用于与被测真空度的设备连接，第二连接端5用于与电离规6连接；

电磁阀门2，电磁阀门2设置于连接管路1的靠近第二连接端5的部分且能够控制连接管路1的通断；

热电偶传感器13，热电偶传感器13设置于连接管路1的靠近第一连接端4的部分；

第二放大电路14，热电偶传感器13与电磁阀门2通过第二放大电路14电联接；

电离规的保护装置包括电磁阀门2开启的第一状态，电离规6能够透过连接管路1测量被测设备的真空度；热电阻传感器3温度降低时，电离规的保护装置从第一状态进入到电磁阀门2关闭的第二状态，阻止气体分子从第一连接端4扩散到第二连接端5。

热电偶传感器13包括第二热电丝15、加热电源16和热电偶17，加热电源16与第二热电丝15电连接且用于加热第二热电丝15，热电偶17与第二热电丝15电连接且能输出电压Vi，Vi通过第二放大电路14放大成供电磁阀门2使用的输出电压Vo。

本实施例与实施例1的不同之处主要在于：采用热电偶传感器13，且第二放大电路14是将热电偶17的电压信号以一定的倍率放大后来驱动电磁阀门2。

其他结构和功能均可参照实施例1。

本实施例的原理是：

在加热电源16电压保持恒定的情况下，第一连接端4内部空腔内的真空度很低时，第二热电丝15的温底偏低，使得热电偶17的输出电压Vi偏小。热电偶17的输出电压Vi作为第二放大电路14的输入电压，经放大后的第二放大电路14输出电压Vo值也低于电磁阀门2动作的阈值，因此阀芯10在弹簧11的推动下位于图2所示位置，连接管路1不导通，保护电离规6不被低真空损坏。同理，第一连接端4真空度变高后，阀芯10将再次自动开启。保护装置对电离规6的保护效果如表1所示。

综上所述，本发明的电离规的保护装置用于热阴极电离真空计，能在真空度波动时，切断设备真空腔体与热阴极电离规6的连接，从而有效地保护热阴极电离规6，提高热阴极电离规6的使用寿命，减小因真空度波动导致的电离规6损坏，提高了经济性和真空测量系统的稳定性。在真空度恢复正常后，仍可通过内在电路自动恢复真空测量系统的正常使用。本发明结构简单，可在原有的热阴极电离真空计上加装改造。改造成本低，见效快。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电离规的保护装置，其特征在于，包括：

连接管路，所述连接管路包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端用于与被测真空度的设备连接，所述第二连接端用于与电离规连接；

电磁阀门，所述电磁阀门设置于所述连接管路的靠近所述第二连接端的部分且能够控制所述连接管路的通断；

热电阻传感器，所述热电阻传感器设置于所述连接管路的靠近所述第一连接端的部分；

第一放大电路，所述热电阻传感器与所述电磁阀门通过所述第一放大电路电联接；

所述电离规的保护装置包括所述电磁阀门开启的第一状态，电离规能够透过所述连接管路测量被测设备的真空度；所述热电阻传感器温度降低时，所述电离规的保护装置从所述第一状态进入到所述电磁阀门关闭的第二状态，阻止气体分子从所述第一连接端扩散到所述第二连接端。

2.根据权利要求1所述的电离规的保护装置，其特征在于，所述连接管路具有螺旋管段或波浪管段，所述螺旋管段或所述波浪管段位于所述电磁阀门与所述热电阻传感器之间。

3.根据权利要求2所述的电离规的保护装置，其特征在于，所述螺旋管段或所述波浪管段的通径为3-50mm，螺旋管道的螺旋数量为1-5个，或者波浪管道的波浪数量为1-5个。

4.根据权利要求1或2所述的电离规的保护装置，其特征在于，所述连接管路的内径为8mm。

5.根据权利要求1所述的电离规的保护装置，其特征在于，所述热电阻传感器包括第一热电丝，所述第一放大电路用于将输入电流放大为输出电压且为所述热电阻传感器提供恒定Vi输入电压，Vi输入电压使所述第一热电丝发热。

6.根据权利要求5所述的电离规的保护装置，其特征在于，所述第一放大电路还为所述电磁阀门提供输出电压Vo。

7.根据权利要求1所述的电离规的保护装置，其特征在于，所述电磁阀门包括阀芯、电磁线圈和被压缩的弹簧，所述阀芯具有开孔；

所述第一状态下，所述电磁线圈产生的电磁力吸引所述阀芯，使所述阀芯克服所述弹簧的弹力且所述开孔位于所述连接管路内，所述第一连接端和所述第二连接端通过所述开孔连通；

所述第二状态下，所述电磁线圈产生的电磁力减弱或者不产生电磁力时，所述阀芯在所述弹簧的回复力的作用下被推动到所述开孔离开所述连接管路的位置，所述第一连接端和所述第二连接端之间的连通被所述阀芯的非开孔部分隔断。

8.根据权利要求7所述的电离规的保护装置，其特征在于，所述阀芯为磁性阀芯。

9.一种电离规的保护装置，其特征在于，包括：

连接管路，所述连接管路包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端用于与被测真空度的设备连接，所述第二连接端用于与电离规连接；

电磁阀门，所述电磁阀门设置于所述连接管路的靠近所述第二连接端的部分且能够控制所述连接管路的通断；

热电偶传感器，所述热电偶传感器设置于所述连接管路的靠近所述第一连接端的部分；

第二放大电路，所述热电偶传感器与所述电磁阀门通过所述第二放大电路电联接；

所述电离规的保护装置包括所述电磁阀门开启的第一状态，电离规能够透过所述连接管路测量被测设备的真空度；所述热电阻传感器温度降低时，所述电离规的保护装置从所述第一状态进入到所述电磁阀门关闭的第二状态，阻止气体分子从所述第一连接端扩散到所述第二连接端。

10.根据权利要求9所述的电离规的保护装置，其特征在于，所述热电偶传感器包括第二热电丝、加热电源和热电偶，所述加热电源与所述第二热电丝电连接且用于加热所述第二热电丝，所述热电偶与所述第二热电丝电连接且能输出电压Vi，Vi通过所述第二放大电路放大成供所述电磁阀门使用的输出电压Vo。