Сравнение вакуумных датчиков с холодным и горячим катодами | Официальный сайт ERSTEVAK
Оборудование

Сравнение вакуумных датчиков с холодным и горячим катодами

Линейная зависимость тока в цепи коллектора от давления является одним из наиболее значимых достоинств данного типа датчиков. Датчики выпускаются как активного, так и пассивного типа, и в некоторых случаях не требуют подключения к контроллеру.

Вакуумные датчики с горячим катодом

Любой датчик Байрда-Альперта, в зависимости от его состояния и давления системе, может быть источником поглощения (откачки) или выделения (обезгаживания) газа. Работа этих датчиков может вызвать значительное изменение в составе остаточной атмосферы системы. Относительный вклад этих эффектов зависит от условий работы и размера вакуумной системы. Существуют датчики с открытым манометрическим преобразователем для установки внутри камеры – таким образом, исключается погрешность, связанная с проводимостью отверстия, к которому подключен датчик.

Датчики с горячим катодом.PNG

Особенности датчиков с горячим катодом

  • В датчиках с горячим катодом ионизирующие электроны, образовавшиеся входе термоэлектронной эмиссии катода, ускоряются специальной системой электродов в ионизационное пространство, вызывая ионизацию молекул газа остаточной атмосферы за счет соударения с ними. Тонкая проволока (коллектор), расположенная в центре ионизационной камеры, регистрирует образовавшиеся катионы.
  • Еще одна особенность – наличие задержки между включением датчика и началом измерения. Необходимо дождаться установления термического равновесия между датчиком и его окружением.
  • Термостабилизация зависит как от состояния датчика, так и самой вакуумной системы и может занять как несколько минут, так и несколько часов. Таким образом, перед началом измерения датчик необходимо отжечь и обезгазить для повышения точности и воспроизводимости результатов измерения.
  • Показания датчиков Байрда-Альперта зависят от типа газа из-за наличия различного рода ионизационных эффектов и поэтому калибруются обычно по азоту (по аргону чаще всего калибруются в полупроводниковой промышленности).
  • Погрешность измерения калиброванного датчика составляет порядка 15-20% при воспроизводимости 2%, что намного выше и точнее, чем у датчиков с холодным катодом.
  • Нижний предел измерения прибора – обычно порядка 10-10 Торр – вызван электронно-стимулированной десорбцией и паразитным током в цепи коллектора (предел по рентгеновскому излучению).
  • Верхний предел обусловлен окислением и прочими химическими реакциями между нитью накаливания и остаточной атмосферой.
  • Стеклянная оболочка датчика проницаема для гелия, что необходимо учитывать при течеискании.
  • Датчики не подходят для измерения давления в тех случаях, где давление в ходе процесса может повышаться до 10-2 мбар.

Вакуумные датчиики с холодным катодом

Существуют несколько разновидностей датчиков с холодным катодом:

  1. Пеннинга.
  2. Магнетронный.
  3. Инвертированный магнетронный.
  4. Двойной инвертированный магнетронный.

Во всех указанных типах датчиков для ионизации используются захваченные в ловушку электроны между скрещенными электрическим и магнитным полями. Высокое напряжение обычно лежит в диапазоне 2÷6 кВ, а магнитное поле в диапазоне 1-2 кГ. Электронная плазма, ответственная за ионизацию, образуется при случайной эмиссии электронов на катоде.

датчики с холодным катодом.PNG

Особенности датчиков с холодным катодом

  • Датчики с холодным катодом обычно измеряют давление в диапазоне 10-2÷10-9 Торр. Верхний предел измерения ограничен максимальным током, нагревом и распылением электродов. Обычно верхний предел равен 10-4 Торр. Нижний предел обусловлен проблемами образования разряда и экспоненциальной зависимостью ионного тока от давления.
  • Датчики с холодным катодом входят в стабильный режим работы быстрее, чем датчики с горячим при давлении в диапазоне 10-3÷10-7 Торр.
  • В них отсутствуют нити накаливания, которые могут перегореть.
  • Обезгаживание датчика проводить не нужно, так как входная мощность очень низкая и нет какого-либо внутреннего нагрева, который сопровождается газовыделением. Такие датчики никак не влияют на скорость откачки.
  • Точность измерения незначительно меняется при работе в сильных магнитных полях, в отличие от датчиков Байрда-Альперта.
  • Эти датчики получили широкое распространение в шлюзовых системах из-за отсутствия необходимости обгаживать устройство.
  • Датчики с холодным катодом считаются менее точными, чем датчики с горячим и не рекомендованы для использования в качестве эталона сравнения.
  • Воспроизводимость этих приборов примерно ±5% , а разброс точности от сенсора к сенсору лежит в диапазоне 25÷30% для инвестированных магнетронов. На погрешность измерения сильно влияет загрязнение ионизационной камеры и наличие масла в откачиваемом объеме.
  • Большая часть датчиков с холодным катодом может быть разобрана самостоятельно оператором для проведения технического обслуживания.

В заключении отметим, что выбор технологии для измерения вакуума является ответственной задачей, требующей знания специфических особенностей работы тех и других видов датчиков и условий, в которых датчики будут применяться.

WhatsApp