Способ измерения давления остаточных газов в диодной рентгеновской трубке

 

Изобретение относится к электровакуумной технике, в частности к способам контроля вакуума в рентгеновских трубках без применения манометрических датчиков. Целью изобретения является повышение точности измерения давления остаточных газов в рентгеновских трубках и уменьшение времени измерения. Для этого вдоль оси трубки прикладывают магнитное поле с помощью соленоида 5, на диэлектрическую оболочку 4 накладывают дополнительный электрод 3, соединяют его с анодом, имеющим нулевой потенциал, на катод подают отрицательный относительно анода потенциал и регулировкой записи устанавливают ток эмиссии. Затем на катод подают положительный потенциал, отсоединяют дополнительный электрод от анода и подают на него периодическую последовательность прямоугольных импульсов положительной полярности, амплитуда которых больше потенциала катода на величину, превышающую потенциал ионизации остаточного газа. В цепи анода измеряют постоянную составляющую полного тока, которая служит в качестве меры давления. При этом индукция магнитного поля выбирается из условия, обеспечивающего удержание электронов в объеме оболочки, а длительность импульсов и период их следования - из условия минимального заряда стенок трубки. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 01 J 9/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

У

Л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (7 ос

4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4655047/21 (22) 10.01.89, (46) 30.07.91. Бюл. М 28 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) В.К.Базылев, В,А.Коротченко и В.А.Орехов (53) 621.387 (088,8) (56) Востров Г.А., Розанов Л,Н. Вакуумметры. Л.: Машиностроение, 1967, с.236.

Патент. ЧССР М 109903, кл. Н 2 К 12/04, 1963. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ ГАЗОВ В ДИОДНЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ТРУБКАХ (57) Изобретение относится к электровакуумной технике, в частности к способам . контроля вакуума в готовых рентгеновских ,трубках без применения манометрических датчиков. Целью изобретения является повышение точности измерения давления оС;таточных газов в рентгеновских трубках и уменьшение времени измерения. Для этого вдоль оси трубки прикладывают магнитное

„„59„„1667173 А1 поле с помощью соленоида 5, на диэлетрическую оболочку 4 накладывают дополнительный электрод 3. соединяют его с анодом, имеющим нулевой потенциал, на катод подают отрицательный относительно анода потенциал и регулировкой записи устанавливают ток эмиссии. Затем на катод подают положительный потенциал, отсоединяют дополнительный электрод от анода и подают на него периодическую последовательностьь прямоугольных импульсов положительной полярности, амплитуда которых больше потенциала катода на величину, превышающую потенциал ионизации остаточного газа. В цепи анода измеряют постоянную составляющую полного тока, которая служит в качестве меры давления.

При этом индукция магнитного поля выбирается из условия, обеспечивающего удержание электронов в объеме оболочки. а длительность импульсов и период их следования — из условия минимального заряда стенок трубки. 2 ил.

1667173

10

40 лизацию способа

Изобретение относится к области электровакуумной техники, в частности к способу контроля вакуума в готовых рентгеновских трубках без применения специальных манометрических датчиков, Цель изобретения — повысить точность измерения давления остаточных газов в рентгеновских трубках и уменьшить время измерения.

Цель достигается тем, что вдоль оси

, трубки прикладывают магнитное поле, на диэлектрическую оболочку трубки накладывают дополнительный электрод, соединяют

l его с анодом, имеющим нулевой потенциал, на катод подают отрицательный относи.тельно анода потенциал и регулировкой на кала устанавливают ток эмиссии. Затем на катод подают положительный потенциал, . отсоедимяют дополнительный электрод от анода и подают на дополнительный электрод периодическую последовательность прямоугольных импульсоа положительной полярности, амплитуда которых больше потенциала катода на величину, превышающую потенциал ионизации остаточного, газа. В цепи анода измеряют постоянную

, составляющую ионного тока, которая .слу,, жит в качестве меры давления.

При Этом индукция наложенного вдоль, оси трубки магнитного поля лежит в преде1 ."Ое )в) е (1)

, где  — индукция магнитного поля; . М вЂ” масса иона остаточного газа;

m — масса электрона; е — заряд электрона;

U — разность амплитуды импульса на ,;дополнительном электроде и потенциале катода;

t — кратчайшее расстояние между границей электронного потока и внутренней поверхностью стенки диэлектрической оболочки трубки.

Длительность подающихся на дополнительный электрод положительных импульсов напряжения выбирается из соотношения ъ с —, (2) а!ТВ k

oPU где а- эмпирически определяемый коэффициент, близкий к единице;

k — постоянная Больцмана;

Т вЂ” температура остаточного газа; о сечение упругого соударения электрона с атомом остаточного газа;

P — наибольшее измеряемое давление остаточного газа;

Ь вЂ” длительность импульса, и периодом следования импульсов, выбираемым из соотношения апов с1и где с — числовой коэффициент, определяемый экспериментально.

Устанавливают положительный потенциал катода по максимуму ионного тока на анод.

Зкспериментально определено, что в различных образцах рентгеновских трубок одного типа максимум ионного тока соответствует различным значениям потенциала катода, Задание потенциала катода, соответствующее максимуму ионного тока, сводит к минимуму разброс манометрической чувствительности в различных образцах трубок одного типа, что существенно повышает точность измерения давления, При невыполнении правой части неравенства (1) внутренняя поверхность стенки диэлектрической оболочки заряжается злетронами, что приводит к уменьшению до нуля ионного тока на анод, а также к уменьшению электронного тока, поскольку часть катода работает в.режиме ограничения тока обьемн ым зарядом.

Практически заряд стенки ведет к потере полезного сигнала. Левая часть неравенства (1) представляет условие попадания части положительных ионов после окончания импульса на дополнительном электроде на оболочку трубки для нейтрализации небольшой части проникающих на стенку электронов, что предотвращает ее зарядку.

Невыполнение условия (2) приводит к зарядке стенок электронами во времени действия импульсов на дополнительном электроде за счет упругих столкновений электронов с атомами остаточного газа и непрерывному уменьшению ионного тока на анод вплоть до нуля, что исключает реаНевыполнение условия (3) вызывает такую же эволюцию ионного тока на анод за счет того, что в паузе между импульсами промежуток не успевает освободиться от части электронов, удерживаемых магнитным полем. . Ha фиг.1 изображена функциональная схема измерительного устройства, На фиг. 2 приведено распределение потенциала 0 вдоль-оси трубки во время действия импульса на дополнительном электроде и в паузе между импульсами (пунктирная прямая).

Источник 1 накала обеспечивает разогрев катода трубки. Прямоугольные импульсы положительной полярности QT генератора 2 подаются на дополнительный электрод 3, накладываемый на оболочку

1667173 трубки 4.,С помощью источника 5 магнитного поля (соленоида с блоком питания или постоянного магнита) вдоль оси трубки прикладывается магнитное поле. Фильтр L, С предотвращает воздействие емкостного то- 5 ка генератора 2 на работу измерителя 6 тока, который измеряет постоянную ионного тока. Регулируемый источник 7 смещения обеспечивает подачу положительного потенциала на катод трубки.

Физический механизм способа заключается в следующем, Положительные импульсы на дополнительном электроде повышают потенциал на оси трубки на величину, превышающую потенциал катода. Разностью потенциалов на оси трубки и на катоде термоэлектроны ускоряются в направлении анода. Магнитное поле препятствует их движению к накладному электроду. На анод электроны не попадают, так как его потенциал ниже потенциала катода. Поэтому электроны колеблются в промежутке между анодом и катодом. При этом они набирают энергию выше потенциала ионизации остаточного газа и ионизируют остаточный газ. Ионы, образовавшиеся s пространстве между анодом и максимумом потенциала на оси, идут на анод, создавая ток, пропорциональный давлению остаточного газа. Электроны, колеблющиеся между анодом и катодом, создают отрицательный объемный заряд, который удаляется из промежутка в паузе между импульсами положительным потенциалом на катоде.

При упругих столкновениях с молекулами остаточного газа электроны могут диффундировать и дрейфовать в направлении стенки трубки. Поэтому длительность импульса должна быть такой, чтобы за время действия импульса зарядки стенки трубки не происходило. Правая часть соотношения (2) приблизительно равна времени достижения электроном стенки трубки. Коэффици.ент а учитывает, что потенциал на оси трубки меньше, чем на накладном электроде. Он также учитывает усреднение по углам рассеяния и координатам столкновений электрона и атома. Соотношение (2) отражает процесс диффузии электронов к стенке и удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными.

Ограничения, накладываемые соотношением (1) на величину индукции магнитноro поля, имеют следующий физический смысл. С одной стороны, магнитное поле не должно препятствовать попаданию положительных ионов на стенку, так как это необходимо для нейтрализации электронов, проникающих на стенку несмотря на изоли10

55 рующее действие магнитного поля, например, если электроны находятся вне межэлектродного промежутка, то они не могут быть уведены в паузе потенциалом катода, и часть их может за счет соударений с атомами попасть на стенку, с другой стороны, магнитное поле должно иметь индукцию, достаточную для того, чтобы электрон после первого рассеяния на атоме не попал на стенку.

Коэффициенты а и с определяются для конкретного типа рентгеновской трубки путем реализации способа на эталонной трубке с известным давлением остаточных газов.

Способ реализован в применении к рентгеновской трубке 6-10БД8 — 125. Постоянный ток накала 6 А подается от стабилизированного источника ЛИПС-35. Минус источника накала подается на ввод катода, соединенный с фокусирующим электродом, На дополнительный металлический электрод (фольга), охватывающий диэлектрическую оболочку в области промежутка анод-катод, подаются импульсы положительной полярности амплитудой 300В, длительностью 2 мкс и периодом повторения 20 мкс. Потенциал катода +17 В задается от источника УИП-1. Осевое магнитное поле с индукцией 48 мТл создается с помощью соленоида. Емкость конденсатора фильтра в цепи анода составляет 0,1 мкФ, индуктивность 20 мкГн. В качестве измерителя ионного тока используется вольтметр В7-18.

Электронный ток 600 мкА устанавливается при подаче напряжения 300 В на катод трубки, измеряется вольтметром В7-18 и регулируется.изменением напряжения накала катода..

Потенциал катода в режиме измерения ионного тока выставляется по максимуму ионного тока регулировкой источника напряжения УИП-1. Для данного типа трубок разброс оптимального значения потенциала катода 15 — 35 В, Средняя манометрическая чувствительность по аргону 8 мкА/Па,. в диапазоне 10 — 10 Па, зависимость ионного тока от давления линейная. После измерения ионного тока его значение делится на известное значение манометрической чувствительности для получения результата измерения в единицах давления.

При переходе к другому типу трубок проводится определение манометрической чувствительности на откачном посту.

Технико-экономические преимущества изобретения в сравнении с прототипом заключаются в повышении точности и быстроты измерения давления остаточных газов.

Так, работа в режиме с малой длительно1667173

Катоб

Анод

Составитель С. Хартов

Техред M,Moðãeíòàë Корректор Т, Палий

Редактор О. Спесивых

Заказ 2530 Тираж 319 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственчо-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 стью импульса (2 мкс) обеспечивает существенное снижение погрешности измерения, :::вязанной с пониженным сопротивлением

:::-,oëëöèè внутренней поверхности диэлектрической оболочки. Поскольку напряжение на,вншнем электроде создается генератором импульсов с низким выходным сопротивлением по сравнению с сопротивлением утечки по внешней поверхности оболочки, то в отличие от прототипа нет необходимости в компенсации тока утечки и точность измерения оказывается выше, Если в прототипе ток термоионной эмиссии катода не

: может быть скомпенсирован, то в предлага емом решении он может бьггь скомпенси рован, что повысит точность измерения, Этот ток наблюдается в паузе между им. пульсами на дополнительном электооде.

Прекратив подачу импульсов, можно изме рить термоионный ток и с учетом скважно., сти импульсов вычесть его из измеренного

, значения ионного тока. В предлагаемом решении время измерения полезного игнала

: e зависит от давления и составляет едини ць секунд, а в прототипе при давлении 10 десятки секунд, Таким образом, предложенный способ позволяет повысить точность и сократить воемя измерения.

Формула изобретения

Способ измерения давления остаточных газов в диодной рентгеновской трубке, заключающийся в размещении на диэлектрической оболочке трубки дополнительного электрода, разогрева катода и создания разности потенциалов между анодом и катодом, подаче на дополнительный электрод потенциала и оценки величины давления по электрическим параметрам цепи дополнительного электрода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерения, вдоль оси

5 трубки накладывают магнитное поле с индукцией В (Тд) где М вЂ” масса иона остаточного газа, кг;

m — масса электрона, кг; е — заряд электрона, Кл;

U — разность потенциалов между допол15 нительным электродом и катодом, В;

1 — наименьшее расстояние от границы электронного потокадо внутренней поверхности стенки диэлектрической оболочки,м, затем подают на дополнительный электрод

20 потенциал в виде периодической последовательности прямоугольных импульсов по ложительной полярности с длительностью

t> (с) и периодом повторения t oe

t, < а йТВ/o PU; tnoe > сь, 25 где k — постоянная Больцмана, Дж/К;

Т вЂ” температура остаточного газа, К; о — сечение упругого столкновения электрона с атомом остаточного газа, М;

Р— наибольшее измеряемое давление

30 остаточного газа, Н/м ; а,с — характеристические коэффициенты, определяемые геометрическими размерами трубки, при этом потенциал катода устанавливают положительной отно35 сительно анода полярности, а давление определяют по отношению максимального значения средней величины ионного тока в цепи анода к известному значению манометрической чувствительности,