真空64Vacuum2VacuumTechnologyandMaterial1997年4月真空技术及应用系列讲座东北大学真空工程博士点,博士导师杨乃恒先生主持第一讲:真空科学的发展及其应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯李云奇95(2)第二讲:真空物理基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯张世伟95(3)第三讲:机械真空泵(一)(二)(三)(四)(五)(六)⋯张以忱95(4)、(5)、(6)、96(1)、(2)、(3)第四讲:蒸汽流真空泵⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯姚民生96(4)第五讲:气体捕集式真空泵⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯徐成海96(5)第六讲:真空测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯刘玉岱96(6)、97(1)第六讲:真空测量刘玉岱(东北大学)51热阴极电离真空计(上接1997年第1期)电子在电场中飞行时从电场获得能量,若与气体分子碰撞,将使气体分子以一定几率发生电离,产生正离子和次级电子。其电离几率与电子能量有关。电子在飞行路途中产生的正离子数,正比于气体密度n,在一定温度下正比于气体的压力p。因此,可根据离子电流的大小指示真空度,这就是电离真空计工作原理。由灯丝加热提供电子源的电离真空计称为热阴极电离真空计,其型式繁多,各具不同特点和适用不同的压力测量范围。热阴极电离真空计由测量规管(或规头)和电气测量电路(真空计控制单元和指示单元)组成。规管功能是把非电量的气体压力转换成电量——离子电流。热阴极电离真空计规管的基本结构主要包括三个电极:(1)提供一定数量电子流Ie的灯丝F(阴极);(2)产生电子加速场并收集电子流的阳极A(亦称电子加速极);(3)收集离子流Ii的离子收集极C(相对阴极为负电位)。离子流Ii与压力p可用下式表示:Ii=KIep(9)式中Ie——发射电子流K——规管系数,单位为Pa21在一定压力范围内K为一常数,若保持发射电子流Ie为一恒量时,则离子流Ii与压力p呈线性关系当压力高到某一值时,K值会随压力p而变化,这就达到了压力线性测量上限pmax,它由电极的几何结构、电极间电位分布以及发射电流大小所决定。规管系数K在气体压力p很低时仍可保持为常数,但离子流Ii随压力p降低而减小到第2期第1期刘玉岱:真空测量74一定限度后,将会埋没在电离计工作中不可避免地存在着的其它与压力p无关的本底电流之中,因而达到其压力测量下限pmin。这种本底电流包括X射线光电流等。按线性压力范围的不同,热阴极电离真空计主要分三类:(1)普通型电离真空计(1×1021～1025Pa);(2)超高真空电离真空计(1×1021～1028Pa,有的下限为10210Pa);(3)高压力电离真空计(102～1023Pa)。21图8示出DL22型普通型热阴极电离规结构,其Ie=5mA,K=0.15Pa,线性压力测量范围是1×1021～1025Pa。由于不同气体电离截面不同,所以电离规管系数K与气体种类有关,引入相对灵敏度Sr概念。,Sr=KöKN2由于电离真空计是以N2校准的,若被测气体非为N2,则电离真空计的读数pread是被测气体离子流所对应的等效氮压力,非为真实压力preal。若知道被测气体相对灵敏度Sr时,其真实压力为preal=preadöSr(10)表3列出了普通型电离规的Sr值。表3传统型电离规相对灵敏度气体对N2相对灵敏度Sr气体对N2相对灵敏度SrH20.46CO21.53He0.17干燥空气1.0Ne0.25H2O0.9Ar1.31Hg3.4Kr1.98扩散泵油气9～13Xe2.71HCl0.38N21.04CH1.260.95O2CCl40.70CO1.11用改变规管电极结构及各电极的电参数,用抗氧化材料制做阴极(如铱丝涂氧化钇),可提高线性测量上限。制成高压力电离真空计,压力测量上限pmax可达100Pa以上。图9示出DL25规电极结构;图10示出DL28规电极结构。栅状阳极受电子轰击产生X射线,离子收集极接收此射线会产生光电子发射,形成与压力无关的光电本底电流Ix。减少Ix就可以降低线性压力测量下限pmin,可采取如下四种措施:(1)从电极的几何结构上减少离子收集极被软X射照射的面积,这就是B2A型电离计的设计思想;(2)在离子收集极附近,安置一相对于离子收集极为负电位的电极(抑制极),可以使离子收集极表面发射的光电子被电场折回,以消除本底电流,这种方法称为光电子抑制法,如抑制电离规;(3)这是一种在离子收集极电流中扣除本底光电流的方法,称为离子