CN114323429A - 热阴极电离规灵敏度测试装置、方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热阴极电离规灵敏度测试装置、方法及设备，其特征在于，包括：热阴极电离规驱动模块、热阴极电离规收集极离子流采集模块、数据处理模块和人机交互模块，基于热阴极电离规，通过获取特定压强下下的热阴极电离规加速极电压、阴极发射电流及收集极离子流，对电离规电参数加速极电压以及阴极发射电流进行调节，使收集极离子流发生变化，通过观察收集极离子流变化，计算出电参数改变对电离规灵敏度的影响，从而调整热阴极电离规内各参数不断对热阴极电离规灵敏度进行修正，提高电离规测试准确度。
Description
技术领域
本发明涉及真空测试领域，具体涉及一种热阴极电离规灵敏度测试装置、方法及设备。
背景技术
工艺随着科学技术迅猛发展，高新技术领域对极高真空测量提出了更高的要求，尤其是航空航天、高能物理、表面科学等高新技术领域，对真空测量提出了更加迫切的要求。真空规管就是测量真空度的传感器，热阴极电离规测量出来的信号传输到真空计上经过放大处理就可以显示出被测真空环境的真空度，主要应用于真空环境的真空度测量领域，热阴极电离规是一种应用非常广泛的真空规管，其测量范围跨越了低真空、中真空、高真空的真空区域，得到用户的广泛欢迎，但是目前热阴极电离真空规管在使用过程中无法反映其灵敏度，因此无法准确反映测试的准确性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是热阴极电离规进行真空测试时，无法了解测试的准确性以及各参数对电离规灵敏度的影响，目的在于提供一种热阴极电离规灵敏度测试装置、方法及设备，通过获取特定压强下下的热阴极电离规加速极电压、阴极发射电流及收集极离子流并对各参数进行调节，计算电离规灵敏度，了解电离规测试的准确性。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明第一方面提供一种热阴极电离规灵敏度测试装置，其特征在于，包括：
热阴极电离规驱动模块，所述热阴极电离规驱动模块用于获取加速极电压和阴极发射电流；
热阴极电离规收集极离子流采集模块，所述热阴极电离规收集极离子流采集模块用于获取收集极离子流；
数据处理模块，所述数据处理模块用于对热阴极电离规驱动模块和热阴极电离规收集极离子流采集模块获取的数据以及用户操作进行数据处理；
人机交互模块，所述人机交互模块用于显示和进行用户操作。
本发明通过热阴极电离规驱动模块获取加速极电压和阴极发射电流，热阴极电离规收集极离子流采集模块获取收集极离子流，数据处理模块对热阴极电离规驱动模块和热阴极电离规收集极离子流采集模块获取的数据以及用户操作进行数据处理，人机交互模块显示和进行用户操作，基于热阴极电离规，通过获取特定压强下下的热阴极电离规加速极电压、阴极发射电流及收集极离子流，对电离规电参数加速极电压以及阴极发射电流进行调节，使收集极离子流发生变化，通过观察收集极离子流变化，计算出电参数改变对电离规灵敏度的影响，从而调整热阴极电离规内各参数不断对热阴极电离规灵敏度进行修正，提高电离规测量精确度。
作为本发明的进一步限定，所述热阴极电离规驱动模块包括电参数调节模块，所述电参数调节模块用于对加速极电压和阴极发射电流进行调节；
所述收集极离子流采集模块采用放大器将小电流转换为电压信号收集极离子流；
所述数据处理模块包括采集模块，所述采集到的电压信号经过ADC将模拟电压信号转换为数字信号，进行电离规灵敏度计算。通过改变电参数计算当前电参数状况下的灵敏度，准确反映被测设备的灵敏度。
作为本发明的进一步限定，所述人机交互模块包括显示模块和信号传输模块；
所述显示模块包括显示单元、指示灯单元、开关单元、调节单元和电源开关；
所述信号传输模块包括离子流收集极接线端、电离规接线端、接地柱和电源插座。通过显示模块和信号传输模块进行数据显示、用户操作和数据获取。
作为本发明的进一步限定，所述显示单元包括收集极离子流显示窗口、阳极高压/发射电流显示窗口；
所述指示灯单元包括灯丝一指示灯、灯丝二指示灯、电离指示灯、除气指示灯、阳极高压显示指示灯、发射电流显示指示灯；
作为本发明的进一步限定，所述离子流收集极接线端用于连接离子流收集极，获取收集极离子流参数，所述电离规接线端用于驱动电离规，获取加速极电压和阴极发射电流参数。
本发明第二方面提供一种热阴极电离规灵敏度测试方法，包括：
获取被测设备的电参数，所述被测设备包括热阴极电离规，所述电参数包括获取加速极电压、阴极发射电流和收集极离子流；
显示获取的电参数；
根据电参数计算电离规灵敏度。
作为本发明的进一步限定，更改所述获取的电参数；
计算不同电参数下被测设备的灵敏度；
判断各电参数改变对被测设备灵敏度的影响。
作为本发明的进一步限定，所述更改所述获取的电参数包括：
通过调节单元调节加速极电压或阴极发射电流；
获取收集极离子流。
作为本发明的进一步限定，所述电参数调节范围设置具体包括：
加速极电压设置为170VDC–240VDC之间可调节；
阴极发射电流设置为4mA–8mA之间可调节。
本发明第三方面提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器处理的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述热阴极电离规灵敏度测试方法。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
通过电参数计算电离规灵敏度，反映了各电参数改变对电离规灵敏度的影响，通过电离规灵敏度对电离规电参数进行修正，提高了电离规测试的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，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。在附图中：
图1为本发明实施例中的显示模块功能示意图；
图2为本发明实施例中的信号传输模块能示意图；
图3为本发明实施例中的电离规灵敏度的测试流程图；
图4为本发明实施例中的收集极离子流-阴极发射电流变化曲线图；
图5为本发明实施例中的收集极离子流-加速极电压变化曲线图。
附图中标记及对应的零部件名称：
100-显示模块，110-显示单元，111-收集极离子流显示窗口，112-阳极高压/发射电流显示窗口，120-指示灯单元，121-灯丝一指示灯，122-灯丝二指示灯，123-除气指示灯，124-电离指示灯，125-阳极高压显示指示灯，126-发射电流显示指示灯，130-卡关单元，131-发射电流/阳极高压转换按键，132-电离开关，133-除气开关，140-调节单元，141-阳极高压调节旋钮，142-发射电流调节旋钮，150-电源开关，200-信号传输模块，201-离子流收集极接线端，202-电离规接线端，203-接地柱，204-电源插座。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例第一方面提供一种热阴极电离规灵敏度测试方法，包括：
热阴极电离规驱动模块，热阴极电离规驱动模块用于获取加速极电压和阴极发射电流；
热阴极电离规收集极离子流采集模块，热阴极电离规收集极离子流采集模块用于获取收集极离子流；
数据处理模块，数据处理模块用于对热阴极电离规驱动模块和热阴极电离规收集极离子流采集模块获取的数据以及用户操作进行数据处理；
人机交互模块，人机交互模块用于显示和进行用户操作。
通过热阴极电离规驱动模块获取加速极电压和阴极发射电流，热阴极电离规收集极离子流采集模块获取收集极离子流，数据处理模块对热阴极电离规驱动模块和热阴极电离规收集极离子流采集模块获取的数据以及用户操作进行数据处理，人机交互模块显示和进行用户操作，基于热阴极电离规，通过获取特定压强下下的热阴极电离规加速极电压、阴极发射电流及收集极离子流，对电离规电参数加速极电压以及阴极发射电流进行调节，使收集极离子流发生变化，通过观察收集极离子流变化，计算出电参数改变对电离规灵敏度的影响，从而调整热阴极电离规内各参数不断对热阴极电离规灵敏度进行修正，提高电离规测量精确度。
在一些可能的实施例中，热阴极电离规驱动模块包括电参数调节模块，电参数调节模块用于对加速极电压和阴极发射电流进行调节，通过改变对应的电阻阻值，从而改变加速极电压以及阴极发射电流，为热阴极电离规正常工作提供条件；收集极离子流采集模块采用放大器将小电流转换为电压信号收集极离子流，由于收集极离子流是微安量级的小信号，易受干扰，故全程采用屏蔽线加屏蔽盒保证信号准确性。由于是小信号，不易直接计算，故采用放大器将小电流转换为电压信号，同时也方便单片机处理数据；数据处理模块包括采集模块，采集到的电压信号经过ADC将模拟电压信号转换为数字信号，进行电离规灵敏度计算。
如图1所示，显示模块100包括显示单元110、指示灯单元120、开关单元130、调节单元140和电源开关150，显示单元110包括收集极离子流显示窗口111、阳极高压/发射电流显示窗口112，显示单元110通过单片机将收集到的数据发送给LED驱动控制芯片，通过处理，将数据通过多个8段显示数码管呈现出来；指示灯单元120包括灯丝一指示灯121、灯丝二指示灯122、电离指示灯123、除气指示灯124、阳极高压显示指示灯125、发射电流显示指示灯126；开关单元130包括发射电流/阳极高压转换按键131、电离开关132和除气开关133；调节单元140包括阳极高压调节旋钮141和发射电流调节旋钮142。收集极离子流显示窗口111用于显示收集极离子流，阳极高压/发射电流显示窗口112用于显示阳极高压/发射电流，灯丝一指示灯121亮点亮表明灯丝一正在工作，灯丝二指示灯122亮点亮表明灯丝二正在工作，除气指示灯123点亮表明除气开启，电离指示灯124点亮表明电离开启，阳极高压显示指示灯125点亮表明当前显示窗口显示数值为阳极高压，发射电流显示指示灯126点亮表明当前显示窗口显示数值为发射电流，发射电流/阳极高压转换按键131用于发射电流/阳极高压的显示转换，电离开关132为手动状态下电离的开/关，除气开关133为电离规管测量时除气开关，阳极高压调节旋钮141用于阳极高压调节，顺时针旋转电压增大，逆时针旋转电压减小，发射电流调节旋钮142用于发射电流调节，顺时针旋转电流增大，逆时针旋转电流减小。
如图2所示，信号传输模块200包括离子流收集极接线端201、电离规接线端202、接地柱203和电源插座204，离子流收集极接线端201用于连接离子流收集极，获取收集极离子流参数，电离规接线端202用于驱动电离规，获取加速极电压和阴极发射电流参数。
本实施例第二方面提供一种热阴极电离规灵敏度测试方法，包括：获取被测设备的电参数，被测设备包括热阴极电离规，电参数包括获取加速极电压、阴极发射电流和收集极离子流；显示获取的电参数；根据电参数计算电离规灵敏度。更改获取的电参数；计算不同电参数下被测设备的灵敏度；判断各电参数改变对被测设备灵敏度的影响。计算不同电参数下的电离规灵敏度；热阴极电离规原理是在特定压强下，从热阴极发射的电子飞向带有正电势的加速极，在飞行过程中和管内气体分子发生第一类非弹性碰撞，使气体分子电离，所产生的离子被带有负电势的离子收集极所收集，这种电离规的电离特性一般可用下式表示：
其中i+为收集极离子流，ie为阴极电子流，P为管内气体的压强，Γ为电离规的灵敏度。其中电气参数设置为加速极电压为170VDC–240VDC，阴极发射电流为4mA–8mA。本方案基于热阴极电离规，实时显示当前热阴极电离规加速极电压、阴极发射电流及收集极离子流，在定压强下，通过调节旋钮对电离规电参数加速极电压以及阴极发射电流进行调节，使收集极离子流发生变化，通过观察收集极离子流变化，计算出电参数改变对电离规灵敏度的影响，从而调整热阴极电离规内各参数不断对热阴极电离规灵敏度进行修正，提高电离规测量精确度。
在一些可能的实施例中，更改获取的电参数包括：通过调节单元调节加速极电压或阴极发射电流；获取收集极离子流；电参数调节范围设置具体包括：速极电压设置为170VDC–240VDC之间可调节；阴极发射电流设置为4mA–8mA之间可调节。
本实施例第三方面提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，
存储器存储有可被至少一个处理器处理的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述热阴极电离规灵敏度测试方法。
实施例2
如图3所示，灵敏度测试装置的操作流程为：
打开电源开关，上电后初始化，然后显示“-----”进入待机状态；
按下电离开关键开启电离规，当环境真空度低于0.1pa或电离规状态不正常时，系统启动电离规保护机制，自动关闭电离规；
电离规正常开启后，阳极高压/发射电流显示窗口以及收集极离子流显示窗口会显示实时的参数情况，其中高压/电流显示窗口在按下阳极高压/发射电流键会切换显示高压和电流参数，相应的指示灯点亮；
扭动阳极高压/发射电流调节旋钮进行电压/电流大小调节；
根据公式
计算出此时电离规灵敏度Γ。
实施例3
如图4所示，对于加速极电压的影响，由于电子和气体分子碰撞电离可能发生在电场空间中的任意一处，此处对应的电子能量也在U1气体电离电位到Ua加速极电压之间。当Ua比较小时，电离效率随Ua增大而增大，灵敏度也随之增大；当Ua达到一定值后，电离效率的总和随Ua变化不明显，灵敏度也就没有多大变化了。离子流随加速极电压变化如表1所示，此时P＝0.01Pa，ie＝4mA。
在真空度P＝0.01Pa，阴极发射电流ie＝4mA条件下
表1电离规收集极离子流-阴极发射电流变化时的灵敏度
| 加速极电压U<sub>a</sub>/V | 收集极离子流i<sub>+</sub>/uA | 灵敏度Γ/Pa<sup>-1</sup> |
| 170 | 2.86 | 0.0715 |
| 180 | 2.92 | 0.0730 |
| 190 | 2.97 | 0.0743 |
| 200 | 3.00 | 0.0750 |
| 210 | 3.01 | 0.0753 |
| 220 | 3.02 | 0.0755 |
| 230 | 3.02 | 0.0755 |
| 240 | 3.02 | 0.0755 |
如图5所示，对于阴极发射电流的影响，随着阴极发射电流的增加，离子流先是按线性增加，然后逐渐偏离线性，达到最大值后又减小，这是电子空间电荷所致。离子流随阴极发射电流变化如表2所示，此时P＝0.01Pa，Ua＝200V
在真空度P＝0.01Pa，加速极电压Ua＝200V条件下
表2电离规收集极离子流-加速极电压变化时的灵敏度
| 阴极发射电流i<sub>e</sub>/mA | 收集极离子流i<sub>+</sub>/uA | 灵敏度Γ/Pa<sup>-1</sup> |
| 4 | 3.01 | 0.0753 |
| 5 | 3.75 | 0.0750 |
| 6 | 4.47 | 0.0745 |
| 7 | 4.94 | 0.0706 |
| 8 | 4.00 | 0.0500 |
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种热阴极电离规灵敏度测试装置，其特征在于，包括：
热阴极电离规驱动模块，所述热阴极电离规驱动模块用于获取加速极电压和阴极发射电流；
热阴极电离规收集极离子流采集模块，所述热阴极电离规收集极离子流采集模块用于获取收集极离子流；
数据处理模块，所述数据处理模块用于对热阴极电离规驱动模块和热阴极电离规收集极离子流采集模块获取的数据以及用户操作进行数据处理；
人机交互模块，所述人机交互模块用于显示电参数和进行用户操作。
2.根据权利要求1所述的热阴极电离规灵敏度测试装置，其特征在于，所述热阴极电离规驱动模块包括电参数调节模块，所述电参数调节模块用于对加速极电压和阴极发射电流进行调节；
所述收集极离子流采集模块采用放大器将小电流转换为电压信号收集极离子流；
所述数据处理模块包括采集模块，所述采集到的电压信号经过ADC将模拟电压信号转换为数字信号，进行电离规灵敏度计算。
3.根据权利要求2所述的热阴极电离规灵敏度测试装置，其特征在于，所述人机交互模块包括显示模块(100)和信号传输模块(200)；
所述显示模块(100)包括显示单元(110)、指示灯单元(120)、开关单元(130)、调节单元(140)和电源开关(150)；
所述信号传输模块(200)包括离子流收集极接线端(201)、电离规接线端(202)、接地柱(203)和电源插座(204)。
4.根据权利要求3所述的热阴极电离规灵敏度测试装置，其特征在于，所述显示单元(110)包括收集极离子流显示窗口(111)、阳极高压/发射电流显示窗口(112)；
所述指示灯单元(120)包括灯丝一指示灯(121)、灯丝二指示灯(122)、电离指示灯(123)、除气指示灯(124)、阳极高压显示指示灯(125)、发射电流显示指示灯(126)；
所述开关单元(130)包括发射电流/阳极高压转换按键(131)、电离开关(132)和除气开关(133)；
所述调节单元(140)包括阳极高压调节旋钮(141)和发射电流调节旋钮(142)。
5.根据权利要求3所述的热阴极电离规灵敏度测试装置，其特征在于，所述离子流收集极接线端(201)用于连接离子流收集极，获取收集极离子流参数，所述电离规接线端(202)用于驱动电离规，获取加速极电压和阴极发射电流参数。
6.一种热阴极电离规灵敏度测试方法，其特征在于，包括：
获取被测设备的电参数，所述被测设备包括热阴极电离规，所述电参数包括获取加速极电压、阴极发射电流和收集极离子流；
显示获取的电参数；
根据电参数计算电离规灵敏度。
7.根据权利要求6所述的热阴极电离规灵敏度测试方法，其特征在于，更改所述获取的电参数；
计算不同电参数下被测设备的灵敏度；
判断各电参数改变对被测设备灵敏度的影响。
8.根据权利要求7所述的热阴极电离规灵敏度测试方法，其特征在于，所述更改所述获取的电参数包括：
通过调节单元调节加速极电压或阴极发射电流；
获取收集极离子流。
9.根据权利要求6所述的热阴极电离规灵敏度测试方法，其特征在于，所述电参数调节范围设置具体包括：
加速极电压设置为170VDC–240VDC之间可调节；
阴极发射电流设置为4mA–8mA之间可调节。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器处理的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求6-9任一所述的热阴极电离规灵敏度测试方法。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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