PL219993B1 - Sposób pomiaru ciśnienia z jonizacją gazu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru ciśnienia z jonizacją gazu.

Dotychczas znane są i stosowane sposoby pomiaru ciśnienia, które polegały na jonizacji gazu prądem termoemisji elektronowej o stałej wartości natężenia lub liniowej jego zmianie w zależności od wartości ciśnienia i pomiarze natężenia prądu jonowego, który jest miarą ciśnienia w badanym obszarze próżni. Wadą tych sposobów jest konieczność dostarczania mocy do katody w sposób ciągły, co powoduje wzrost temperatury w badanym obszarze i zwiększa wpływ zjawiska desorpcji termicznej, przez co dokładność pomiaru maleje.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 89 175 sposób rozszerzenia zakresu pomiarowego próżniomierzowej głowicy jonizacyjnej charakteryzującej się tym, że przy wzroście ciśnienia, po osiągnięciu natężenia prądu jonowego odpowiadającego w przybliżeniu jego gęstości granicznej, w celu pomiaru ciśnień wyższych natężenie prądu elektronowego obniża się stopniowo, w miarę wzrostu ciśnienia czyniąc to tak, aby natężenie prądu jonowego nie ulegało dalszym zmianom.

Z polskiego opisu patentowego nr 120 831 znany jest cyfrowy próżniomierz jonizacyjny, charakteryzującej się tym, że wyjście źródła prądu jonowego lampy połączone jest z wejściem integratora przez klucz a wyjście źródła prądu elektronowego jest połączone z tym samym wejściem integratora przez klucz, natomiast wskaźnik liczby mnożnika liczby wykładniczej jest połączony poprzez układ pamięci z licznikiem impulsów wspomnianego licznika poprzez układ pamięci formujący wskaźnik ciśnienia. Cyfrowy próżniomierz jonizacyjny według tego zastrzeżenia charakteryzuje się tym, że prąd jonowy oraz prąd elektronowy w stosunku do wejścia integratora są przeciwnie spolaryzowane.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 161 409 miniaturowy próżniomierz jonizacyjny charakteryzującej się tym, że posiada podłoże krzemowe, na którym znajduje się warstwa dielektryczna oraz co najmniej jedna warstwa osadzana tworząca w obszarze elektrod powłokę komory, przy czym w powłoce znajduje się co najmniej jeden otwór doprowadzający mierzoną próżnię do komory.

Z polskiego opisu patentowego nr 174 650 znany jest układ stabilizacji prądu termoemisji elektronowej w komorze jonizacyjnej, zwłaszcza próżniomierza charakteryzuje się tym, że anoda połączona jest z wejściem układu źródła prądowego, którego wyjście połączone jest z oporem wzorcowym i wejściem odwracającym wzmacniacza operacyjnego połączonego poprzez tranzystor z katodą przy czym źródło napięcia anodowego połączone jest do układu źródła prądowego, zaś pomiędzy odwracającym wejściem wzmacniacza operacyjnego a katodą włączona jest dioda.

Z dotychczasowej literatury znany jest sposób pomiaru ciśnienia wykorzystujący impulsową jonizację gazu strumieniem elektronów - L. Szczepaniak, „Pomiar ciśnienia wysokiej próżni z wykorzystaniem jonizacji gazu strumieniem elektronów”, Przegląd Elektrotechniczny, 4/ 2009, str. 178, charakteryzujący się tym, że ciśnienie wyznaczane jest w oparciu o pomiar natężenia prądu jonowego w jego stanie ustalonym odpowiedzi na impuls jonizujący. Wymaga to relatywnie dużego współczynnika wypełnienia natężenia prądu termoemisji elektronowej.

Z japońskich opisów patentowych nr 2000241281, nr 10213508 oraz amerykańskich nr 7,049,823 i wdrożenia 20060197537 a także brytyjskiego patentu nr 2407699 znane są realizacje sposobu pomiaru ciśnienia z jonizacją gazu ale nie zapewniają one redukcji wpływu desorpcji termicznej, ponieważ moc do katody jest dostarczana w sposób ciągły.

Istotą sposobu pomiaru ciśnienia z jonizacją gazu wywołaną prądem termoemisji elektronowej, którego natężenie w funkcji czasu ma kształt impulsów prostokątnych, a energia elektronów jest stała w czasie i zarejestrowanym w pamięci półprzewodnikowej przebiegiem odpowiedzi natężenia prądu jonowego jest to, że wyznacza się szybkość narastania natężenia impulsu prądu jonowego, a następnie mnoży się jej wartość przez stałą głowicy jonizacyjnej wyznaczoną dla impulsowego trybu pracy i otrzymany wynik dzieli się przez amplitudę natężenia prądu termoemisji elektronowej.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że zmniejsza się moc grzewczą dostarczaną do katody i ogranicza wpływ zjawiska desorpcji termicznej na wartość ciśnienia w badanym obszarze, co w znaczący sposób zwiększa dokładność pomiaru. Redukcja mocy dostarczanej do katody zmniejsza również energochłonność przyrządu realizującego przedstawiony sposób pomiaru, co jest szczególnie ważne dla przyrządów zasilanych z baterii.

Sposób pomiaru ciśnienia z jonizacją gazu według wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na schematycznym rysunku. Sposób według wynalazku został przedstawiony bliżej na przykładzie wykonania próżniomierza, który zawiera katodę 10, anodę 11, kolektor jonów 12. Układ 5 regulacji zapewnia niezależny dobór i stabilizację natężenia prądu termoemisji elektronowej i napięcia

PL 219 993 B1 przyspieszającego elektrony oraz wyposażony jest w wejście 3, służące do sterowania natężeniem prądu termoemisji elektronowej, wejście 4, służące do sterowania energią elektronów oraz wyjście 7, służące do zasilania katody 10 i wyjście 6 służące do zasilania anody 11. Na wejście 3 podawane jest napięcie z generatora 2 impulsów prostokątnych natomiast na wejście 4 jest podawane napięcie ze źródła 1 napięcia referencyjnego. Masa 8 układu regulacji, jest połączona do katody 10, źródła napięcia 1 referencyjnego, generatora 2 impulsów prostokątnych oraz wyjścia stabilizatora 9 napięcia przyśpieszającego jony. W wyniku jonizacji gazu prądem termoemisji elektronowej powstają jony, które docierają do kolektora 12 jonów, który jest połączony z przetwornikiem 13 prąd-napięcie. Napięcie wyjściowe przetwornika 13, które jest wprost proporcjonalne do natężenia prądu jonowego jest podawane na wejście przetwornika 14 analogowo-cyfrowego. Mikrokontroler 16 rejestruje napięcie wyjściowe z przetwornika 14 analogowo-cyfrowego w pamięci 17 półprzewodnikowej. Na podstawie zarejestrowanego przebiegu w układzie mikrokontrolera jest wyznaczana szybkość narastania natężenia impulsu prądu jonowego, a następnie jej wartość jest mnożona przez stałą głowicy jonizacyjnej wyznaczoną dla impulsowego trybu pracy i otrzymany rezultat jest dzielony przez amplitudę natężenia prądu termoemisji elektronowej. Wynik pomiaru wskazywany jest na wyświetlaczu 15.

Claims (1)

1. Sposób pomiaru ciśnienia z jonizacją gazu wywołaną prądem termoemisji elektronowej, którego natężenie w funkcji czasu ma kształt impulsów prostokątnych a energia elektronów jest stała w czasie i zarejestrowanym w pamięci półprzewodnikowej przebiegiem odpowiedzi natężenia prądu jonowego, znamienny tym, że wyznacza się szybkość narastania natężenia impulsu prądu jonowego a następnie mnoży się jej wartość przez stałą głowicy jonizacyjnej wyznaczoną dla impulsowego trybu pracy i otrzymany wynik dzieli się przez amplitudę natężenia prądu termoemisji elektronowej.