CN203367219U - 一种磁铁型冷阴极电离真空规管及包含其的真空测量系统 - Google Patents

Abstract

一种磁铁型冷阴极电离真空规管及包含其的真空测量系统，一种磁铁型冷阴极真空电离规管，其特征在于，所述磁铁型冷阴极真空电离规管包括电极、磁系统；所述一个电极是所述磁铁型冷阴极真空电离规管的金属外壳，所述金属外壳围成的内部空间与金属外壳外部被测空间相连通，另一个电极为呈棒状结构的电极，所述呈棒状结构电极置于所述金属外壳围成的内部空间中；所述磁系统为多个同性磁极相邻的方式置于磁铁型冷阴极真空电离规管的金属外壳表面的磁铁，所述磁系统能提供与棒状结构的电极的轴向一致的磁场。所述的磁铁型冷阴极电离真空规管及包含所述磁铁型冷阴极真空电离规管的真空测量系统，能够提高测量精度和测量范围。

Description

一种磁铁型冷阴极电离真空规管及包含其的真空测量系统

技术领域

本实用新型涉及一种磁铁型冷阴极真空规管及包含所述磁铁型冷阴极真空规管的真空测量系统。 

背景技术

离子真空规管及包含离子真空规管的真空测量系统通常在测量高真空度时使用，而冷阴极离子真空规管往往被用来测量超低真空。有三种冷阴极离子真空规管广为人知：顺极磁铁型离子真空规管，反磁式离子真空规管，菲利浦管。所述的离子真空规管普遍采用了一个磁场，这个磁场使离子在传输过程中增加与气体分子对撞的机率。而两个极间的电流是压强的函数，于是就可以通过测量极间电流从而得到被测真空的压强。而目前所述的离子真空规管采用的磁场，存在磁力线的大量外泄，进而对管外电路产生影响，导致测量精度降低，测压范围小等缺点。 

发明内容

本实用新型针对上述离子真空规管的不足，提供一种磁铁型冷阴极电离真空规管及包含所述磁铁型冷阴极真空规管的真空测量系统，其特征在于，所述磁铁型冷阴极真空电离规管包括电极、磁系统；所述一个电极是所述磁铁型冷阴极真空电离规管的金属外壳，所述金属外壳围成的内部空间与金属外壳外部被测空间相连通，另一个电极为呈棒状结构的电极，所述呈棒状结构电极置于所述金属外壳围成的内部空间中；所述磁系统为多个同性磁极相邻的方式置于 磁铁型冷阴极真空电离规管的金属外壳表面的磁铁，所述磁系统能提供与棒状结构的电极的轴向一致的磁场。 

所述的磁铁型冷阴极真空电离规管，所述相邻磁铁之间设有铁磁性金属。 

所述的磁铁型冷阴极真空电离规管，所述相邻磁铁之间的铁磁性金属是电子纯铁DT4或DT4A或DT8A。 

所述的磁铁型冷阴极真空电离规管，所述金属外壳呈圆柱状，所述金属外壳的一端设有开口，所述金属外壳另一端为封闭端，所述金属外壳封闭端轴心位置设有呈棒状结构的电极，所述呈棒状结构的电极与金属外壳连接处绝缘连接，所述呈棒状结构的电极与所述金属外壳的中轴线同轴。 

所述的磁铁型冷阴极真空电离规管，其特征在于，所述磁铁是沿所述金属外壳外表面轴向设置并与所述金属外壳同轴的环形磁铁。 

所述的磁铁型冷阴极真空电离规管，所述环形磁铁可以是非封闭的或封闭的。 

所述的磁铁型冷阴极真空电离规管，所述一个电极是阳极，阳极是所述磁铁型冷阴极真空电离规管的金属外壳。 

所述的磁铁型冷阴极真空电离规管的真空测量系统，所述真空测量系统包括高压电源和测量电路。 

所述的真空测量系统，所述磁铁型冷阴极真空电离规管的两个电极分别与高压电源相连，所述高压电源提供被测空间气体电离所需电压，所述测量电路用来测量被测空间气体放电所产生的、通过所述两个电极的极间电流。 

所述的真空测量系统，所述磁铁型冷阴极真空电离规管的高压电源是直流高压电源。 

图3中所示的是磁铁型冷阴极真空电离规管及包含所述磁铁型冷阴极真空电离规管的真空测量系统中的电子从电极中在磁场和电场的作用下移向另外一个电极的一个典型的径迹。由真空电离规管的磁系统产生的磁场导致电子在受到电场力从呈棒状结构的电极向外移动时呈螺旋状行进。这种加长的电子行程增加了电子与管子中残留气体分子碰撞的机率，于是增加了正离子的产量，许多的这些离子的移动在宏观上体现出一个电流。根据真空物理学，电流的大小与气体分子密度呈正比关系，

（其中I是电子从阳极到阴极的电流大小，单位是安培，P为毫米汞柱）于是通过该电流的大小可以被用来测量气体压强的大小。 

为了讨论所述真空电离规管的测量精度，取真空电离规管的横切面，为了简化计算，可假设真空电离规管半径为R，中间电极的粗细可以忽略，设磁场为匀强磁场B； 

$\mathrm{\θ}=2\arctan \frac{\mathrm{Rbq}}{2\mathrm{mv}}$

$\mathrm{\Δl}=\frac{2\mathrm{mv}}{\mathrm{Bq}}\arctan \frac{\mathrm{RBq}}{2\mathrm{mv}}-R$

由Δl随着磁场B的变化的函数关系可以看出来，磁场的增大会增大电子在管中运动的路程，进而增加了与气体分子碰撞的几率，于是电离的分子会增多，电流也会随着增大，电流测量精度与正比于

而又由

即压强与电流呈正比，所以压强测量精度

也会随着增大。采用同极相对的磁铁排列后，管内磁场强度会比采用一块磁铁大增大，于是会极大提高测量的精度。 

本实用新型所述的磁铁型冷阴极电离真空规管及包含所述磁铁型冷阴极真空规管的真空测量系统的有益效果是：采用这种磁铁同性磁极相邻的方式的布局能够使相邻的磁铁使真空规管外的磁场相互抵消而在管内相互加强，于是真空管和外界的电子和电气设备的电磁干扰可以得到有效的降低，这对与高精密仪器显得格外重要。而相邻磁铁导致的管内磁场比一般的电离真空管要强得多；这种磁铁同性磁极相邻的方式的布局使磁铁面附近（环形磁铁的底面）产生非常强的磁场，这对于气体低压放电的特性非常重要，也就是能拓展其测量下限，提高测试精确度；由于磁铁同性磁极相邻的方式，磁场在电离区间内部相互加强，外部相互抵消，因此可以规管的体积和重量缩小。 

附图说明

图1磁铁型冷阴极真空电离规管的结构示意图； 

图2真空测量系统电路示意图； 

图3电子在真空规管中的运动轨迹图； 

图中1—金属外壳；2—棒状结构的电极；3—磁铁；4—铁磁性金属；5—电极与金属外壳绝缘连接处。 

具体实施方式

实施例一 

如图1所示的磁铁型冷阴极真空电离真空规管的结构示意图。图中1指的是该真空管的金属外壳，所述金属外壳同时起着三个作用：a)起着支撑并且封装规管的作用；b)提供一个通道与被测的真空相连接；c)金属外壳本身是一个电极，与中央的电极共同构成一个电极对。金属外壳呈圆柱状。在这个金属外壳圆柱状的一端开有与被测空间相联系的通道，所述金属外壳相对的另一端为封闭端且所述封闭端设有呈棒状结构的电极，所述呈棒状结构的电极与圆柱体形状的金属外壳同轴，所述呈棒状结构的电极与金属管壳之间是绝缘连接，所述呈棒状结构的电极一端伸入金属管壳围成的内部空间，所述呈棒状结构的电极的另一端通过金属外壳封闭端与高压电源电路和测量电路相连，并且能由管壁提供结构支持。多个环形磁铁组成的磁系统，所述磁系统设置在磁铁型冷阴极真空电离真空规管的金属管壳周围,磁系统可以位于金属管壳的外部也可位于金属管壳的内部，所述磁系统相邻的磁铁的N极相邻着N极，S极相邻着S极，见说明书附图1中3，相邻两个磁铁之间隔着一层铁磁性金属，所述铁磁性金属可以是电子纯铁，如DT4、DT4A或DT8A等,目的是聚焦磁铁产生的磁场并且稳定放电过程，还能够提供与呈棒状结构的电极轴向一致的磁场。工作的时候，高压电源提供的直流高压加在两个电极上，即呈棒状结构的电极和金属管壳之间，两个电极之间的气体由于电离，产生放电电流，磁系统产生的沿着金属管壳轴线的方向的磁场可对放电电流起着一个维持作用，通过测量这个电流，可以间接地得到管内气体的压强，进而可以知道与之相连真空的压强。 

实施例二 

实施例二中的技术方案与实施例一中不同之处在于，实施例二中的磁系统中的环形磁铁可以是非封闭的环形磁铁，以方便环形磁铁装配在金属外壳上。 

Claims (10)

1.一种磁铁型冷阴极真空电离规管，其特征在于，所述磁铁型冷阴极真空电离规管包括电极、磁系统； 

—所述一个电极是所述磁铁型冷阴极真空电离规管的金属外壳，所述金属外壳围成的内部空间与金属外壳外部被测空间相连通，另一个电极为呈棒状结构的电极，所述呈棒状结构电极置于所述金属外壳围成的内部空间中； 

—所述磁系统为多个同性磁极相邻的方式置于磁铁型冷阴极真空电离规管的金属外壳表面的磁铁，所述磁系统能提供与棒状结构的电极的轴向一致的磁场。 

2.如权利要求1所述的磁铁型冷阴极真空电离规管，其特征在于，所述相邻磁铁之间设有铁磁性金属。 

3.如权利要求2所述的磁铁型冷阴极真空电离规管，其特征在于，所述相邻磁铁之间的铁磁性金属是电子纯铁DT4或DT4A或DT8A。 

4.如权利要求3所述的磁铁型冷阴极真空电离规管，其特征在于，所述金属外壳呈圆柱状，所述金属外壳的一端设有开口，所述金属外壳另一端为封闭端，所述金属外壳封闭端轴心位置设有呈棒状结构的电极，所述呈棒状结构的电极与金属外壳连接处绝缘连接，所述呈棒状结构的电极与所述金属外壳的中轴线同轴。 

5.如权利要求4所述的磁铁型冷阴极真空电离规管，其特征在于，所述磁铁是沿所述金属外壳表面轴向设置并与所述金属外壳同轴的环形磁铁。 

6.如权利要求5所述的磁铁型冷阴极真空电离规管，其特征在于，所述环形磁铁可以是非封闭的或封闭的。 

7.如权利要求6所述的磁铁型冷阴极真空电离规管，其特征在于，所述一个电极是阳极，阳极是所述磁铁型冷阴极真空电离规管的金属外壳。 

8.一种包含权利要求1-7任一权利要求所述的磁铁型冷阴极真空电离规管的真空测量系统，其特征在于，所述真空测量系统包括高压电源和测量电路。 

9.如权利要求8所述的真空测量系统，其特征在于，所述磁铁型冷阴极真空电离规管的两个电极分别与高压电源相连，所述高压电源提供被测空间气体电离所需电压，所述测量电路用来测量被测空间气体放电所产生的、通过所述两个电极的极间电流。 

10.如权利要求9所述的真空测量系统，其特征在于，所述磁铁型冷阴极真空电离规管的高压电源是直流高压电源。 

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