Раздел 3

ВАКУУММЕТРЫ

Вакуумметрами принято называть датчики, предназначенные для измерения давления газа, не превышающего атмосферное.

Понятие давления обычно рассматривается с позиций макромеханики как сила, действующая на единичную площадь. Этот подход, хотя и является универсальным, теряет свою ценность в области низких и очень низких давлений, так как измеряемая величина в этом случае определяется средним числом молекул в единице объема газа, считаемого однородным. В самом деле, при использовании вакуумной техники обычно стремятся свести к минимуму:

а) помехи, создаваемые молекулами газа пучкам частиц (атомов, электронов, протонов, гелионов и т.д.), при вакуумной пайке, электронной или ионной микроскопии, в исследованиях с использованием ускорителей и ядерной техники;

б) соударения молекул с поверхностью (для предотвращения адсорбции, окисления, коррозии) при получении чистых поверхностей, например для изготовления очень тонких пленок в микроэлектронике.

Термин «сорбция» объединяет, с одной стороны, абсорбцию, т.е. внедрение атомов или молекул в объем твердого тела, и, с другой стороны, адсорбцию—закрепление атомов или молекул на поверхности твердого тела. К явлению абсорбции можно отнести также присутствие примесей или инородных атомов в рассматриваемом твердом теле: газовых включений, ловушек в дефектах кристаллов, твердых растворов. В этих двух процессах сорбции способность фиксации атомов или молекул на поверхности или в объеме зависит от природы их связи с твердым телом, т. е. от физико-химических характеристик пары абсорбат (или адсорбат) и подложка. Эти явления играют важную роль в вакуумной технике. В самом деле, при нагревании материала может происходить диффузия содержащихся в нем примесей, их распад на поверхности и десорбция в исследуемую газовую среду наряду с примесями, адсорбированными на поверхности. Такая дегазация может привести к изменению, с одной стороны, давления в газовой среде и состояния поверхности датчиков, с другой.

Например, полная десорбция монослоя атомов (~10¹⁹ ат/м²) с поверхности площадью около 1 м², охватывающей объем около 100 л, приводит к дегазации, соответствующей парциальному давлению
~4-10~^-1 Па при комнатной температуре.

Дегазация может быть вызвана нагреванием (горячей сушкой установок) наряду с соударениями атомов, ионов или электронов с поверхностью, что может, кроме того, привести к испарению твердого вещества (распылению).

Адсорбционное состояние поверхности определяет:

- ее способность к дальнейшей адсорбции, характеризуемую коэффициентом прилипания, который соотносит количество молекул, захватываемых поверхностью, с общим количеством молекул, входящих в контакт с ней;

- способность поверхности к теплообмену с газом, которая характеризуется коэффициентом аккомодации:

где Т — температура молекулы, соударяющейся с твердым телом;

Т₀ — температура твердого тела;

Т' — температура молекулы после отрыва (температура молекул связана с их скоростью соотношением kT=1/2mn²);

- ее способность испускать электроны (при термоионном эффекте или фотоэмиссии она определяется работой выхода электрона и ее изменениями в зависимости от адсорбции, а при вторичной эмиссии под действием соударений ионов или электронов она характеризуется коэффициентом вторичной эмиссии).

Различные области вакуума. Типы датчиков

Традиционно шкалу низких давлений разделяют на четыре (довольно грубо определенные) области вакуума, т.е. четыре диапазона давления (табл.4.1). Внутри каждой из этих областей некоторые характеристики или свойства газа могут изменяться различным образом и им соответствует тип вакуумметра, основанный на выбранном физическом свойстве.

Вакуумметры можно разделить на три основные группы в соответствии с зависящим от давления физическим эффектом или свойством, положенным в основу принципа действия прибора. Это: датчики на основе механических или тепловых эффектов, а также датчики, использующие электрические характеристики газа.

В датчиках, основанных на механических эффектах, корпус датчика деформируется под действием разности давлений; деформация является вторичной измеряемой величиной, которая преобразуется в электрический сигнал с помощью датчика смещения или деформации.

У датчиков теплового типа чувствительным элементом служит нагревательный элемент, равновесная температура которого зависит от давления окружающей среды. Таким образом, в роли вторичной измеряемой величины здесь выступает температура.

С помощью датчиков третьей группы измерения в газах проводятся непосредственно: число молекул определяется количеством образуемых ими ионов в виде электрического тока.

В табл.4.2 приведены характеристики наиболее употребительных типов датчиков, в которых используется зависимость электрического сигнала от давления, а также области давления, в которых они применяются.

Таблица 4.1. Различные области вакуума

Вакуум Характеристики		Первичный	Промежуточный	Высокий	Сверхвысокий
Область давлений	Па	10²¸10⁵	10^-1¸10²	10^-5¸10^-1	<10^-5
Область давлений	мбар	1¸10³	10^-3¸1	10^-7¸10^-3	<10^-7
Число молекул в 1 см³ (порядок величины)		10¹⁶¸10¹⁹	10¹³¸10¹⁶	10⁹¸10¹³	<10⁹
Средняя длина свободного пробега (порядок величины), см		10^-3¸10^-6	1¸10^-3	1¸10⁴	>10⁴
Режим течения		Ламинарный (вязкостный)	Промежуточный	Молекулярный	¾

Таблица 4.2. Области применения вакуумметров различных типов

Типы датчиков		lg p, Па
Деформационные	С трубкой Бурдона	5 ÷ 2(0)¹⁾
	Мембранный емкостной	5 ÷ -2(-3)
	Мембранный пьезосопротивления	5 ÷ -1
С нитью накала	Типа Пирани	(5)4 ÷ -1
С нитью накала	Термопарные	2 ÷ -2
Ионизационные	Типа Пеннинга	(0)-1 ÷ –5(-6)
	Нормальный триод	2 ÷ -5
	Типа Байярда-Альперта	-1 ÷ -8(-10)
	С радиактивным источником	3 ÷ -2

Вакуумметры деформационного типа

Ограничимся описанием деформационных датчиков, которые используются в области низких давлений. Однако следует отметить, что датчики этой группы в равной степени могут быть использованы и для измерения высоких давлений.

Датчики на основе трубки Бурдона

Чувствительным элементом датчика является тонкостенная (металлическая или кварцевая) трубка кругового или плоского сечения, свернутая в спираль. Внутренняя часть трубки соединена с объемом, в котором измеряется давление, тогда как внешняя часть трубки находится на открытом воздухе либо помещена в замкнутый объем, давление в котором остается постоянным (давление сравнения). Если в этом объеме создать вакуум (~10^-1 Па), то датчик будет указывать абсолютное давление. Разность давлений между внутренней и наружной поверхностями трубки вызывает ее деформацию. Один из концов спиральной трубки зафиксирован, и ее упругая деформация под действием перепада давления приводит к смещению другого конца, который соединен с датчиком смещения—потенциометром, переменной емкостью и т. д.

Одновитковый датчик

Датчик состоит из металлической спирали, изготовленной из нержавеющей стали или инконеля, которая соединена с датчиком смещения.

Диапазон измерений такого датчика охватывает от 10² до 10⁵ Па при погрешности до 1% и времени запаздывания ~0,2 с. Это достаточно прочный и сравнительно недорогой манометр, который позволяет измерять абсолютное давление сухих или влажных газов и некоторых химически активных газовых сред. Однако для него характерны явления старения и гистерезиса, которыми нельзя пренебречь. Кроме того, при измерениях необходимо учитывать температуру использования. В качестве связанного с ним датчика смещения часто используют индуктивный датчик.

Многовитковый датчик

Чувствительным элементом этого датчика является трубка Бурдона, изготовленная из плавленого кварца и представляющая собой примерно 30-витковую спираль (рис.4.1). Увеличение числа витков существенно повышает чувствительность датчика по сравнению с предыдущей моделью, что позволяет расширить диапазон измерений до 1—10⁵ Па при пренебрежимо малом гистерезисе и отклонениях от линейности не более 1%. Датчик этого типа требует введения температурной коррекции, так как используется при высоких температурах (вплоть до +500 °С). Кроме того, поскольку свободный конец трубки Бурдона не должен испытывать иного механического воздействия, кроме давления, определение его деформации производится оптическим способом.

Мембранные датчики

Функционирование датчиков этого типа основано на упругой деформации герметичной плоской или гофрированной тонкой мембраны (диафрагмы) под действием разности давлений по обе стороны от нее: на одну из поверхностей мембраны давит исследуемый газ, тогда как другая контактирует с контрольной средой, которая может представлять собой либо тот же самый газ, либо другой газ при заданном давлении или же высокий вакуум. Мембрана обычно изготавливается из нержавеющей стали, инконеля, палладия или кварца, обработанного таким образом, чтобы снизить механический гистерезис материала. Выбирается такая конфигурация датчика, чтобы выполнялось линейное соотношение между его обратимой деформацией и приложенным давлением.

Датчик на основе пьезосопротивления

В манометре этого типа деформация мембраны преобразуется в электрический сигнал с помощью пьезорезистивных датчиков, прикрепленных на одной из ее поверхностей. Мембрана изготавливается из тонкого
(~10^-2 ÷ 10^-1 мм в зависимости от диапазона измерений) листа нержавеющей стали диаметром 12 ÷ 15 мм либо из кварцевой пластинки. В первом варианте пьезорезистивные датчики прикрепляются к мембране, а во втором их наносят на поверхность непосредственно путем вакуумного осаждения. Эти два варианта пьезорезистивных датчиков позволяют расширить диапазон измеряемых величин в сторону высоких давлений (>10⁵ Па). Однако существуют модели, предназначенные для использования в области более низких давлений, например, в интервале от 2·10^-1до 2·10⁵ Па с отклонением от линейности около 0,5%, разрешением 10^-6 и погрешностью, обусловленной гистерезисом, не более 0,2% от верхнего предела измерений. Как и манометры на основе трубки Бурдона, датчики этого типа требуют температурной компенсации в стандартных рабочих условиях (+10 ÷ +50 °С). Это достаточно прочные датчики, малочувствительные к вибрации; их постоянная времени зависит от частоты собственных колебаний мембраны и составляет обычно 20 ÷ 50 мкс. Они пригодны для использования в химически активных газовых средах для измерения как абсолютного, так и относительного давления. Мертвый объем датчика и тепловое расширение его объема малы — порядка см³ и долей мм³ соответственно.

Рис.4.1. Манометр Бурдона с многовитковой спиральной трубкой (материалы фирмы Texas Instruments – Techmation).

а – внешний вид; б – деталь трубки со схемой оптических измерений ее деформации.

Пьезорезистивные датчики деформации обычно устанавливаются группой из четырех штук, два из которых работают на сжатие, а два других—на растяжение. Их включают в плечи моста, питаемого постоянным напряжением или постоянным током.

Емкостные манометры

Круглая плоская металлическая мембрана М датчика предварительно напряжена в радиальном направлении, чтобы свести к минимуму механический гистерезис.

В каждой из двух сред (исследуемое вещество p_X и вещество сравнения p_r) симметрично по отношению к мембране устанавливаются обкладки A₁ и А₂ конденсатора. При деформации мембраны под действием разности давлений Δp = p_x – p_r ее центр смещается на расстояние d, пропорциональное Δp. Это приводит к уменьшению емкости C₁ между А₁ и M и соответствующему увеличению емкости С₂ между A₂ и M, или наоборот, — в зависимости от знака Δp (рис.4.2.а). Емкости C₁ и С₂ образуют дифференциальный конденсатор, который возбуждается с помощью преобразователя, установленного в нейтральном положении и выдающего синусоидальное напряжение ±e = ±Ecosωt (например, E = 15 В; f = ω/2π = 10 кГц).

Рис.4.2. Емкостной датчик с симметричным расположением обкладок. а — принципиальная схема; б — электрическая схема.

Выходной сигнал V_m, снимаемый непосредственно с мембраны согласно схеме, показанной на рис.4.2, имеет величину:

V_m=

При смещении d мембраны из ее начального положения в плоскости симметрии емкости C₁ и С₂ изменяются пропорционально соответственно l/(D₀+d) и I/(D₀—d); в результате получается электрический сигнал

V_m= — е (d/D₀) = — Е (d/D₀) cos ωt.

Сигнал V_m пропорционален смещению мембраны d и, следовательно, разности давлений. В действительности это выражение не выполняется из-за кривизны мембраны. Линейность может быть улучшена путем придания обкладкам A₁ и А₂ слегка вогнутой формы; также пригодны методы линеаризации на этапе формирования сигнала. Кроме того, поскольку диэлектрическая постоянная газа обычно не меняется в диапазоне давлений, измеряемых датчиком, электрический сигнал не зависит от природы газа, если по обе стороны мембраны находится один и тот же газ. Напротив, если исследуемый газ отличается от газа сравнения, это может повлиять на сигнал V_m в особенности при работе с частично ионизованным газом, и на показания датчика в этом случае полагаться нельзя.

Поскольку измерение давления основано на определении малых смещений мембраны, стабильность нуля и градуировочной характеристики зависит от теплового расширения мембраны и способа ее крепления. Эту проблему можно решить либо путем подбора материалов с противоположными изменениями коэффициентов расширения, либо путем подключения защитной обкладки, располагаемой концентрически по отношению к измерительной обкладке, которая играла бы роль датчика положения и сигнал которой служил бы для корректировки термического дрейфа. Другое решение состоит в стабилизации температуры корпуса датчика путем добавления небольшого термостатирующего устройства.

Указанные технические решения придают емкостному датчику высокую чувствительность и отличное разрешение. Однако он требует обработки сигнала с использованием синхронного детектирования.

Диапазон применения датчиков этого типа простирается от 10^-2 Па до 10⁵ Па. Одна модель может охватывать интервал в 4—5 порядков с погрешностью примерно 0,1—0,03% от величины показания и отклонением от линейности около 0,02%; разрешение при этом может достигать 10⁵ от верхнего предела измерений. Постоянная времени запаздывания, определяемая, в частности, размерами канала для забора давления, составляет от нескольких миллисекунд до 0,1 с. Емкостные манометры изготавливаются из таких материалов, как керамика, нержавеющая сталь, инконель, никель, палладий, что придает им высокую коррозионную и температурную стойкость (возможна сушка при +450 °С) и делает их пригодными для измерения давления горячих газов (вплоть до +150°С).

Комплекс этих характеристик делает емкостной датчик очень удобным прибором; его недостатки заключаются в невысокой прочности и значительной стоимости. Разработаны, тем не менее, модели упрощенной конструкции и более дешевые, хотя и с более скромными характеристиками.

Неудобством емкостного датчика с симметричными обкладками является то, что одна из них контактирует с газом, давление которого измеряется. В случае особо коррозионных газов (например, фтористых соединений) она может подвергнуться повреждению, если не принять специальных мер. Кроме того, на работоспособность датчика влияет присутствие проводящего газа; эти две причины побудили к разработке варианта датчика, в котором обе обкладки А₁ и А₂ находятся по одну сторону мембраны (рис.4.3.). Обе емкости C₁ (между А₁ и М) и С₂(между А₂ и М) изменяются при этом в одном направлении.

Однако эти изменения не одинаковы, поскольку положение обкладок несимметрично по отношению к оси прогиба мембраны, которая деформируется в центре больше, чем по краям. Электрический сигнал соответствует этой разности и не зависит от диэлектрической постоянной исследуемого газа даже при высоком давлении, в присутствии влаги, паров органических соединений, ионизованных газов (плазмы) или радиоактивности.

Цепь питания и схема формирования сигнала датчика аналогичны соответствующим подсистемам датчика с симметричными обкладками. Характеристики их достаточно близки, за исключением того, что при подобных размерах постоянная времени запаздывания для датчика с обкладками по одну сторону мембраны значительно меньше. Для измерения абсолютных давлений датчик герметически закрывают со стороны обкладок.

Рис.4.3. Принципиальная схема емкостного датчика с несимметричным расположением обкладок.

Датчики с нитью накала

Функционирование датчиков этого типа основано на изменении теплопроводности газа с изменением давления в диапазоне примерно 10^-3…10^-1 Па.

Принцип действия датчика с нитью накала

Чувствительным элементом датчика является прямолинейная металлическая нить, располагающаяся вдоль оси цилиндрической оболочки и подвергаемая джоулеву нагреву. Внешняя поверхность этой оболочки контактирует с окружающей атмосферой (рис.4.4).

Рис.4.4. Принципиальная схема манометра с нитью накала.

Температура нити накала зависит главным образом от тепловых потерь в результате теплопроводности в газе, которые тем больше, чем выше давление; таким образом, измерения температуры нити или мощности, необходимой для поддержания этой температуры постоянной, позволяют определить давление. Температуру нити можно определить путем измерения ее сопротивления (датчик Пирани) либо с помощью термопары, прикрепленной к нити (или используемой непосредственно в качестве нити накала).

На установившемся режиме теплопереноса мощность p_Ј, передаваемая нити в результате эффекта Джоуля, имеет три составляющие:

—мощность p_с1, рассеиваемую путем теплопроводности в газе;

—мощность p_с2 теряемую в результате теплопроводности через держатели нити;

— излучаемую мощность p_r;

таким образом:

p_{Ј =}p_с1+p_с2+p_r

Мощность, рассеиваемая вследствие теплопроводности газа, зависит от поперечного распределения температуры, которое определяется радиусом корпуса датчика r₀, его теплоемкостью и температурой, которая, в свою очередь, зависит от внешнего окружения. На установившемся режиме, когда температура трубки Т₀ и температура нити T_f постоянны, выражение для мощности p_C₁, в первом приближении можно записать так:

Pс₁=ak(T_f – T₀)=a′(p√м)(T_f –T₀),

где р и М соответственно давление и молекулярная масса газа, а а' — коэффициент, определяемый площадью поверхности нити (т.е. радиусом r и длиной L нити) и ее коэффициентом аккомодации.

Принимая, что температура держателей одинакова и равна r₀ и что температура нити постоянна по ее длине, т.е. градиент температуры T_f –T₀ распределяется по участку нити, длина которого пренебрежимо мала по сравнению с ее общей длиной L, можно найти потери вследствие теплопроводности:

P_с2= bk_f(T_f –T₀).

Здесь K_f—теплопроводность металла нити, b — постоянная, зависящая от конструкции нити и держателей.

Излучаемая мощность p_r определяется законом Стефана— Больцмана

где Т—абсолютная температура, а и —излучательные способности нити с температурой T_f и оболочки с температурой T₀ соответственно, σ—постоянная Стефана для черного тела (σ = 5,7·10^-8 Вт·м^-2·К^-4), а с—коэффициент, зависящий от площади поверхности нити.

В уравнении энергетического баланса от давления газа зависит только p_C_!, поэтому желательно свести к минимуму члены p_с2, и p_r, что можно сделать, например, уменьшая r, K_f и . Чувствительность датчика тем выше, чем больше p_с₁ т. е. разность T_f—Т₀; однако, поскольку излучаемая мощность p_r изменяется очень быстро с изменением этой разности, температура нити T_f ограничивается сравнительно низким значением между 100 и 200 °С, а T₀ обычно равна комнатной температуре.

Манометр Пирани

Классическая схема манометра Пирани часто реализуется в виде конструкции, где нить накала, с одним или несколькими прямолинейными участками, помещена в цилиндрический корпус из металла или стекла, внешняя сторона которого находится в контакте с окружающей газовой средой. Поскольку чувствительность датчика тем выше, чем длиннее и тоньше нить накала, обычно используют нить малого диаметра (~10 мкм), свернутую в спираль, или очень тонкую ленту, изготовленную из металла, стойкого к окислению, например чистой платины или ее сплавов, вольфрама, никеля (рис.4.5).

Рис.4.5. Датчик Пирани (материалы фирмы Edwards—Zivy).

а—пример исполнения (в натуральную величину); б—увеличенное изображение нити (Х2.5); в—принципиальная измерительная схема с нитью постоянной температуры.

Роль схемы формирования сигнала в датчике Пирани играет мост Уитстона, в котором нить накала датчика является одним из плеч. Питание на него может подаваться в следующих режимах:

— при постоянном напряжении сигнал представляет собой напряжение разбаланса моста; последний предварительно уравновешивается при опорном давлении, которое представляет собой либо атмосферное давление, либо, чаще, вакуум, соответствующий давлению ниже рабочего диапазона давлений датчика;

— при переменном напряжении, изменяющемся таким образом, чтобы температура нити поддерживалась постоянной; мост в этом случае работает в режиме автоподстройки, которая осуществляется с помощью дифференциального усилителя с большим коэффициентом усиления (рис.4.5).

В последней, часто используемой схеме измеряемый сигнал V_m представляет собой изменение напряжения питания моста при выходе последнего из равновесия, соответствующего высокому вакууму. Для снижения влияния температуры Т₀ корпуса, который контактирует с внешней средой, смежное сопротивление моста R₁ иногда заменяют компенсационным датчиком, идентичным первому, но запаянным при высоком вакууме. Другую возможность предоставляют измерительный датчик с двумя нитями накала и такой же компенсационный датчик, запаянный при высоком вакууме, включенные в схему измерительного моста. При этом две нити накала измерительного датчика включаются в противоположные плечи моста, что позволяет свести к минимуму влияние температуры окружающей среды, а также увеличить вдвое чувствительность. Третья возможность, часто используемая, заключается в последовательном включении в схему моста, содержащую простой, показанный на рис.4.5 датчик, терморезистора для диапазона окружающих температур, изменение сопротивления которого с температурой компенсирует соответствующее изменение для нити накала. Помимо базовой схемы для расширения диапазона измерений были разработаны различные варианты датчика.

В области низких давлений чувствительность датчика можно повысить путем использования максимально длинной нити накала с наименьшим возможным диаметром, а в области высоких давлений—максимально уменьшая расстояние между нитью накала и корпусом при одновременной оптимизации конвекции в газе. Для этого датчик размещается таким образом, чтобы его катод был горизонтальным; нагретый газ, находящийся в контакте с нитью накала, поднимается в результате конвекции к верхней части корпуса, тогда как охладившийся там газ вновь опускается к нити накала, вызывая ее охлаждение. В общем балансе теплообмена этот механизм также необходимо учитывать, хотя его влияние становится ощутимым только в области 10⁴ ÷ 10⁵ Па.

Для нити накала с температурой T_f эти энергозатраты и, как следствие, соответствующее повышение чувствительности возрастают с увеличением расстояния нить накала—корпус, что противоречит предыдущему требованию. Компромисс достигается при расстоянии между нитью накала и корпусом около 10 мм и температуре катода ~150 °С.

В некоторые модели манометра Пирани внесен ряд интересных упрощений, например, в качестве нити накала можно использовать вольфрамовую спиральную нить, размещаемую в маленькой стеклянной колбе (типа осветительных), вместо использования прямолинейной коаксиальной конструкции. Теоретический расчет теплопереноса представляет в этом случае определенные трудности, хотя, в конечном счете, значение такого расчета невелико ввиду необходимости градуировки датчика.

Датчики с нитью накала типа Пирани обычно достаточно прочны, и их стоимость, включая схему формирования сигнала, невысока. Возможная область их использования простирается практически от 10^-2 Па до атмосферного давления 10⁵ Па; диапазон измерений одной модели охватывает три порядка давления. Выходной сигнал не является линейной функцией давления, а максимальная чувствительность достигается в середине рабочего диапазона. Поэтому в некоторых случаях схема формирования сигнала содержит устройства линеаризации. Кроме того, датчик необходимо градуировать для каждого газа.

Постоянная времени датчика сравнительно невелика и составляет 0,02—0,2 с. Погрешность зависит от модели и составляет обычно ~10—20% от величины показания. Воспроизводимость может быть достаточно хорошей при работе в высоком вакууме. Однако при использовании датчика в форвакууме воспроизводимость результатов измерений ухудшается вследствие попадания масла из форвакуумного или из высоковакуумного насоса (а также ртути, конденсирующихся паров и т.д.), что вызывает значительное изменение теплообмена вследствие изменения коэффициента аккомодации. Кроме того, наличие горячей нити не позволяет применять датчик для измерения давления некоторых газов, которые способны разлагаться при нагревании.

Термопарный датчик

Температура нити, нагреваемой постоянным током, измеряется с помощью термопары, прикрепленной к нити накала капелькой изолирующего материала.

Область изменения температуры нити ограничивается сотней градусов (от +100 до +200 °С). Поскольку термо-э.д.с. изменяется сравнительно слабо, используют термопары с высокой термоэлектрической способностью и очень низкой теплоемкостью. Как и манометр Пирани, термопарный датчик чувствителен к колебаниям температуры его корпуса. Поэтому в его конструкцию вводят компенсационную термопару - холодный спай, находящуюся при температуре, равной температуре корпуса. Рабочий диапазон измерений и характеристики датчика этого типа во многом аналогичны описанным в предыдущем разделе. В одной из наиболее распространенных конструкции термопарного датчика используются одна или несколько термопар, которые нагреваются непосредственно пропусканием переменного тока. Для выделения сигнала термо-э.д.с., на который налагается ток нагревателя, возможно использование различных схем, например, представленной на рис.4.6.

Рис.4.6. Вариант электрической схемы термопарного датчика.

Здесь две одинаковые термопары М₂ и M₁ соединены последовательно таким образом, чтобы цепи CS₁ и CS₂ были аналогичны, и нагреваются переменным током через трансформатор низкого напряжения, помещенный в средней точке. Третья термопара, аналогичная предыдущим, закрепляется на корпусе датчика и служит для компенсации температурного влияния среды (холодный спай). Она включается между точкой С, общей для S₁ и S₂, и точкой съема выходного сигнала, так что ее э.д.с. е(T₀), вычитается из э.д.с. двух нагреваемых термопар. При этом сигнал V_m в первом приближении может быть выражен следующим образом:

Для получения хорошей чувствительности используют термопары с высокой термоэлектрической силой, например, хромель-алюмелевые (40 мкВ.·К^-1) или медь-копелевые (34 мкВ·К^-1). Рабочий диапазон измерений современных датчиков рассматриваемого типа заключается между 10^-1 и несколькими сотнями Па; зависимость его показаний от давления не является линейной, а чувствительность уменьшается к границам диапазона измерений; датчик необходимо градуировать для каждого газа.

Значение выходного сигнала, зависящее от температуры и типа термопары, составляет примерно 5—10 мВ в диапазоне измерений. Для улучшения чувствительности в некоторых конструкциях датчиков используется ряд из нескольких термопар. Датчик с нагреваемой термопарой уступает по точности манометру Пирани, и эта точность зависит от условий использования (глубины вакуумирования). Постоянная времени рассматриваемого датчика порядка 0,1 с, т. е. значительно больше, чем у манометра Пирани.

Ионизационные датчики

Датчики этого типа основаны на явлении ионизации молекул или атомов, составляющих газ, в результате соударения с электронами или ионами. Число образующихся при этом ионов зависит от природы газа и его давления: ионный ток, собираемый соответствующим электродом, пропорционален давлению. Различают ионизационные манометры трех типов:

а) манометр с холодным катодом, или манометр Пеннинга, в котором ионизация самопроизвольно возникает, поддерживается и прекращается (газовый разряд);

б) датчик с горячим катодом, в котором ионизация, индуцированная электронами, испускаемыми нитью накала, поддерживается на определенном уровне (различают датчик на основе простого триода и манометр Байярда — Альперта);

в) датчик с источником радиоактивности, обеспечивающим регулируемую ионизацию.

Ионизация газа

Если нейтральному атому, рассматриваемому изолированно, передать энергию посредством нагрева, соударения или облучения, то атом может поглотить эту энергию полностью или частично, что вызовет его переход на более высокий энергетический уровень, т.е. произойдет возбуждение атома. Если эта энергия достаточно велика, то атом может потерять электрон, превращаясь в положительный ион; соответствующая энергия W₁ называется энергией ионизации, и в настоящее время ее принято выражать в электрон-вольтах (эВ). Она зависит от природы атома и составляет от 24,5 эВ для гелия до 3,9 эВ для цезия. Атом может потерять не один электрон, но также второй, третий и т.д.; в этом случае говорят, что атом является двукратно ионизированным, трехкратно ионизированным и т.д. Чем глубже расположен уровень, с которого выходит электрон, тем выше соответствующая энергия.

Ионизация в результате соударения с электроном. При неупругом соударении между электроном с энергией W и изолированным атомом, который считается неподвижным и находящимся в основном (невозбужденном) состоянии, часть этой энергии W_i может поглощаться, приводя к ионизации атома, а другая часть преобразуется в кинетическую энергию как ионизирующего электрона, так и образующейся пары ион—электрон. При этом условие ионизации запишется в виде W ≥ W_i. Однако все соударения между пучком первичных электронов и отдельными атомами, как это обычно происходит в случае разреженных газов, не очень эффективны. В самом деле, даже если указанное условие реализуется, распределение энергии может происходить нежелательным образом: атом переходит в возбужденное состояние, а остальная энергия преобразуется в кинетическую. Вероятность образования положительных ионов зависит от природы газа и от энергии первичных электронов.

На практике коэффициент ионизации определяется как среднее число пар ион — электрон на один первичный электрон с заданной энергией при единичной длине пробега и единичном давлении. На рис.4.7,а приведен общий вид зависимости коэффициента ионизации от энергии первичных электронов.

Рис.4.7. Коэффициент ионизации , а—зависимость от энергии первичных электронов; б—влияние природы газа.

Экстраполяция близкой к прямолинейной части кривой LL' в сторону низких энергий определяет вероятность появления ионов W_а, потенциал которых несколько ниже потенциала ионизации W_i; это связано с тем, что не все атомы газа обязательно находятся в момент ионизации в основном состоянии. Кроме того, вблизи некоторого потенциала Тумаке, составляющего в зависимости от природы газа 50—100 эВ, эффективность соударений, как и число образующихся ионов, снижаются. В диапазоне энергий, соответствующем части LL' кривой, коэффициент ионизации изменяется практически пропорционально энергии первичных электронов. При заданной энергии ток образующихся ионов пропорционален числу первичных электронов и числу нейтральных атомов, присутствующих в единице объема газа, т. е. его давлению. Форма кривой ионизации примерно одинакова для обычных газов (рис.4.7,б), однако она может быть более сложной для некоторых многоатомных органических молекул. Кроме того, кривая, изображенная на рис.4.7, а, получена в предположении отсутствия взаимодействия других нейтральных атомов газа с ионами и вторичными электронами. На самом деле последние захватываются электрическим полем и, ускоряемые им, могут приводить к образованию новых пар ион—электрон, вызывая каскадный эффект. Так обстоит дело при достаточно высоких давлениях (p ≥ 1Па); при этом устанавливается режим разряда, для которого соотношение между давлением и током ионов может быть использовано для определения р, хотя оно и не является простым. Напротив, для давлений p ≤ 10^-1 Па средняя длина свободного пробега атомов газа достаточно велика, и указанными эффектами в первом приближении можно пренебречь, так что ионный ток представляет собой линейную функцию давления.

Ионизация, вызываемая ядерным излучением. Частицы, возникающие при ядерном распаде, например α-излучение некоторых радиоактивных веществ, способны оказывать ионизирующее воздействие на атомы или молекулы. Энергия таких частиц очень велика по сравнению с рассмотренным ранее случаем электронов (5,3 МэВ для α -частиц полония, 4,8 МэВ для α -частиц радия); этим объясняется тот факт, что одна α-частица в результате неупругих соударений с молекулами газа может вызвать образование большого числа пар ион—электрон до того, как она потеряет значительную часть энергии и будет захвачена стенкой камеры, в которой находится газ. Коэффициент ионизации для α-частиц примерно в 10⁴ раз больше, чем для электронов. Общее число пар, создаваемых источником α-радиоактивности, зависит от активности источника и от длины свободного пробега α-частиц в газе, которая определяется его природой и, очевидно, давлением. Возникающий в результате ток линейно зависит от давления, если последнее не превышает нескольких килопаскалей. При более высоких давлениях эффективность ионизации снижается в силу возрастающей нейтрализации ионов в результате рекомбинации с электронами.

Датчик с холодным катодом — манометр Пеннинга

Датчик этого типа, представленный схематически на рис.4.8.а, состоит из трубки, в которой расположены параллельно друг другу плоские металлические катод К и анод А; к ним приложена высокая разность потенциалов, составляющая около 2000В. В контур последовательно включается ограничивающий ток резистор порядка нескольких МОм.

При давлениях, превышающих 5·10^-1 Па, в газе устанавливается самоподдерживающийся разряд, сопровождающийся характерной люминесценцией. Этот разряд возбуждается несколькими свободными электронами, либо фотоионизацией молекул газа, вызванной проникающим в трубку излучением, либо эмиссией электронов с шероховатой поверхности катода. Электроны, высвобождаемые в результате ионизации при соударениях, а также испускаемые в результате соударений ионов с катодом, поддерживают режим разряда.

При давлении ниже примерно 5·10^-1 Па самоподдерживающийся разряд прекращается и ионный ток становится очень слабым, поскольку средняя длина свободного пробега электронов в газе становится сравнимой с расстоянием между электродами, которые не создают более достаточного числа пар ион— электрон. Чтобы увеличить длину пробега электронов в газе и, следовательно, коэффициент ионизации S_i, Пеннинг поместил вокруг разрядной трубки постоянный магнит, создающий в направлении, перпендикулярном электродам, магнитную индукцию В порядка 0,1 Тл. При этом электроны приобретают спиральные траектории относительно вектора В, и их пробег значительно увеличивается, вследствие чего разряд поддерживается вплоть до давлений порядка 10^-5 Па. Величина предельного давления зависит от многих параметров конструкции датчика.

Рис.4.8. Ионизационный вакуумметр с холодным катодом:

а – разрядная трубка; б – датчик Пеннинга.

На рис.4.8,б показана принципиальная схема симметричного манометра Пеннинга; между двумя катодами K₁ и К₂, имеющими форму плоских дисков, установленных один напротив другого, помещается цилиндрический анод А, окружающий область разряда. Направление магнитной индукции В совмещается с продольной осью системы. Электрический сигнал в форме тока i, циркулирующего в поляризационной цепи между анодом и катодом, представляет собой сумму тока электронов, захватываемых анодом, и тока ионов, захватываемых катодом. Соотношение между током i и давлением р довольно сложное и зависит от конструкции датчика и природы газа. Однако чувствительность S=Δi/Δp манометра остается сравнительно постоянной в диапазоне давлений, охватывающем два или три порядка, и равна примерно 5·10^-2А/Па. Постоянная времени запаздывания составляет около 0,5с для работающего датчика (возобновление разряда).

Были разработаны и изготовлены также датчики другой конструкции, позволяющие избавиться от таких недостатков основной модели, как

— возникновение колебаний умеренных частот в ионизированной плазме;

—эффект накачки, типа ионного насоса, вызванный разрушением катода ионами;

—сложность возбуждения начального самоподдерживающегося разряда при низких давлениях.

На рис.4.10 и 4.9. представлены две усовершенствованные модели исходной конструкции. Первая имеет две одинаковые спаренные ионизационные ячейки. Преимущество этой конструкции заключается в возможности корректировки электрических нестабильностей двух плазменных разрядов. Кроме того, каждый источник плазмы служит ловушкой для примесей по отношению к другому.

Рис.4.9. Ионизационный вакуумметр с холодным катодом и двумя плазменными источниками (материалы фирмы Alcatel). А — анод- В-магнитная индукция: К—катод: D—постоянный магнит; Е — первая плазма; F— вторая плазма; N, S — полюса магнита.

В другой модели магнитное поле перпендикулярно электрическому (рис.4.10 ). Эта конструкция, подобная магнетрону с холодным катодом Редхеда, позволяет значительно расширить диапазон измерений в сторону низких давлений вплоть до 10^-7 Па с практически неизменной чувствительностью порядка 4·10^-4 А/Па начиная от 10^-2 Па.

Манометры с горячим катодом — нормальный триод и триод Байярда — Альперта

В датчике этого типа обычно используются три цилиндрических, размещаемых коаксиально электрода: испускающий электроны катод, нагреваемый вследствие эффекта Джоуля, ускоряющий электроны и собирающий их анод, на который подается положительный по отношению к катоду потенциал, и коллектор, который захватывает положительные ионы, образующиеся в результате соударений электронов с молекулами газа.

В зависимости от взаимного расположения электродов различают два типа конструкций:

—нормальный триод с анодной металлической цилиндрической сеткой, которая окружает катод, расположенный вдоль ее оси, и коллектор в виде внешней по отношению к катоду и аноду металлической трубки (рис.4.11); наряду с этим используются плоские конфигурации (например, в датчике Шульца и Фелпса);

Рис. 4.10. Ионизационный датчик магнетронного типа с холодным катодом

Рис.4.11. Ионизационный датчик с горячим катодом (нормальный триод) (материалы фирмы Balzers).

а — принципиальная схема; б — пример исполнения.

1— коллектор ионов; 2 — анод; 3—нить (катод).

—триод Байярда—Альперта с обратным расположением катода и коллектора по отношению к сетке-аноду; в этой конструкции коллектор представляет собой тонкую металлическую нить, размещенную вдоль оси сетки (рис.4.12), что позволяет уменьшить некоторые недостатки предыдущего варианта.

Нормальный триод пригоден для измерения давления выше примерно 10Па; прибор Байярда—Альперта позволяет расширить рабочий диапазон измерений в сторону очень низких давлений вплоть до 10^-9 ¼10^-8 Па, а для некоторых моделей— даже больше. Оба типа датчиков основаны на одном и том же принципе. На сетку анода подается положительный потенциал +150—+200 В по отношению к коллектору, соединенному с корпусом измерительного прибора, а на катод—также положительный потенциал +30—+50 В по отношению к коллектору. Электроны, испущенные катодом, ускоряются под действием разности потенциалов между сеткой и катодом. Часть из них создает ионы в пространстве между сеткой и катодом, что также сопровождается энергетическими потерями, и захватывается сеткой. Другая часть электронов с более высокой энергией проникает в область между сеткой и коллектором через отверстия в сетке и также ионизирует газ, теряя при этом свою энергию.

Рис.4.12. Вакуумметр Байярда – Альперта (материалы фирмы Varian).

а – принципиальная схема; б – пример исполнения.

1 – полый цилиндр; 2 – сетка (анод); 3 – коллектор ионов; 4 – нить (катод).

Отношение i_k/i_c называемое коэффициентом вакуумироваиия нормального триода, всегда меньше единицы. Чувствительность датчика S выражается обычно в Па^-1 (или в мбар^-1). Ее зависимость от геометрических параметров датчика (расстояний между электродами, проницаемости сетки и т. д.) и природы газа определяется коэффициентом ионизации. Обычно приводимая в качестве справочной величина S по отношению к азоту составляет 10²¼5×10²Па^-1

для различных моделей обычного триода и 10³¼3×10³ Па^-1 для датчиков типа Байярда—Альперта; таким образом, датчики этих двух типов не являются абсолютными и требуют градуировки.

У датчиков обычной триодной конфигурации (часто называемых датчиками «высокого давления») чувствительность довольно постоянна на протяжении более четырех порядков величины давления, изменяясь в пределах ~15%. Интервал измерений ограничен в сторону высоких давлений (~1¼10 Па для различных моделей) режимом разряда в газе, а со стороны низких давлений — появлением в коллекторе остаточного тока того же знака, что и ионный ток. Этот остаточный, не зависимый от давления ток обусловлен выбиванием из коллектора фотоэлектронов под действием мягкого рентгеновского излучения, вызванного ударами электронов о поверхность металлической сетки. Соответствующий предел рабочего давления датчика обычно составляет 10^-4¼10^-5Па.

В вакуумметрах Байярда—Альперта этот эффект сводится к минимуму путем уменьшения площади коллектора, который изготавливается в виде вольфрамовой нити малого диаметра (порядка 0,1 мм и даже меньше). Это позволяет сдвинуть предел измерений в сторону низких давлений примерно до 10^-9 Па. Поскольку чувствительность S вакуумметров Байярда—Альперта примерно в 10 раз выше, чем для описанных выше датчиков, верхний предел измеряемых давлений при удовлетворительной линейности характеристики находится в интервале 10^-2¼10^-1 Па.

Ввиду широкого диапазона давлений, охватываемых этими датчиками, ток ионов в коллекторе может изменяться в широких пределах. Чтобы их сузить и ограничиться измерением ионных токов выше 10^-12 А, возбуждение датчика осуществляется посредством нагрева со стороны катода, что стабилизирует поток испускаемых им электронов до номинальных значений, на которые датчик настраивается (вручную или автоматически) в зависимости от рабочего диапазона давлений. Обычно этот ток эмиссии для вакуумметра с нормальным триодом ограничен уровнем ~100 мкА (в типичном случае принимая два значения—5 и 50 мкА), а для вакуумметра Байярда—Альперта— около 10 мА (обычно три значения—0,04, 0,4 и 4 мА). Подстройка тока коллектора осуществляется через преобразователь ток—напряжение с линейным либо логарифмическим выходом. Выходной сигнал датчика Байярда—Альперта в принципе линеен в широком диапазоне давлений; однако, поскольку существуют различные помехи (особенно в области низких давлений), которые в различных моделях более или менее снижены, этот датчик изготавливают в двух конструктивных вариантах: его сборка либо размещается в стеклянной ампуле, приспособленной для работы в вакууме, либо закрепляется на подвеске и полностью погружается в рабочий объем. Второму варианту конструкции часто отдается предпочтение, поскольку он позволяет избежать помех, вызванных электростатическими зарядами, скапливающимися на стекле, и дегазацией со стенок (иногда на поверхность ампулы наносится платиновая пленка). В этой модели также сведена к минимуму газовая эффузия— перемещение молекул вследствие градиента температуры, вызванного нагревом газа в ампуле горячим катодом. Кроме того, материалы, из которых изготавливаются катоды, сетки и коллекторы, подбираются таким образом, чтобы связанные с ними эффекты сорбции (откачка) и десорбции (дегазация) были минимальны. Тем не менее, все ионизационные датчики перед применением следует дегазировать путем бомбардировки сетки и коллектора интенсивным током электронов, испускаемых катодом. Принимая во внимание малость измеряемого ионного тока (~10^-12 А), очень важно поддерживать хорошую электрическую изоляцию коллектора. Поэтому, чтобы избежать осаждения металла на базе коллектора, она маскируется по отношению к катоду и сетке с помощью металлического коаксиального экрана (рис.4.12).

В области очень низких давлений (<10^-8 Па) влияние рентгеновского излучения, испускаемого сеткой, на эмиссию фотоэлектронов, минимизированную путем использования особого состава материала коллектора (иридий, покрытый торием), снова становится значительным. Его можно либо исключить, как это делается в датчике со скрытым коллектором типа Грошковского, либо скомпенсировать, как в случае датчика Редхеда, снабженного модулятором. В датчике Грошковского сетка имеет форму цилиндра с отверстием для пропускания ионов, и ионы захватываются коллектором, который помещен в защитный кожух. Во втором датчике нитевидный электрод, аналогичный коллектору и называемый электродом модуляции, помещается внутри сетки. На него поочередно подаются потенциалы сетки и коллектора. Вычитание токов коллектора, получаемое при таком изменении потенциала, позволяет исключить ток электронов, вызванный фотоэлектронами, поскольку доля тока ионов, захватываемых модулятором, известна (около 40%).

Два описанных выше варианта конструкции вакуумметра Байярда — Альперта позволили отодвинуть нижний предел измеряемых давлений вплоть до 10^-11 Па.

Ионизационный датчик с источником радиоактивности

Радиоактивный источник, испускающий ионизирующие a - частицы, содержит соли радия или полония с активностью порядка 100 микрокюри. Вещество наносится тонким слоем на металлическую пластинку и покрывается сверху также тонкой металлической пленкой, которая предотвращает потери радиоактивного вещества в результате коррозии и исключает нежелательную диффузию радона, возникающего при радиоактивном распаде, в вакуумированное пространство. Пластинка укрепляется на дне металлической цилиндрической колбы, которая играет роль ионизационной камеры (рис.4.13).

Коллектор ионов (нитевидный или с ребристой поверхностью) заряжается отрицательно по отношению к камере (порядка 50¼100 В) и должен быть очень хорошо изолирован от нее электрически ввиду малости получаемых ионных токов. Интервал измеряемых давлений при линейной характеристике расположен примерно от 10^-2 до 10³ Па. Верхний предел устанавливается повышением рекомбинации ион — электрон, а нижний — остаточньгм током вторичных электронов, высвобождающихся в результате бомбардировки коллектора a-частицами.

Рис.4.13. Принципиальная схема ионизационного датчика с радиоактивным источником.

1 – керамические изоляторы; 2 – анод; 3 – коллектор ионов; 4 – ионизационная камера; 5 – радиоактивный источник.

Чтобы измеряемые ионные токи были не слишком малы (>10^-15 А), размеры ионизационной камеры выбираются в зависимости от рабочего диапазона измеряемых давлений (около 3 порядков величины давления для каждой модели), с тем чтобы получить чувствительность порядка 10^-12 А×Па^-1. Чувствительность датчика зависит от природы газа (она может изменяться в пределах порядка); эти измерительные приборы также требуют градуировки. Градуировка остается в силе достаточно долго из-за большого периода полураспада радия (1600 лет). Другие ионизирующие излуче ния, испускаемые радиоактивными источниками (например, (b-излучение трития), требуют использования высоких активностей. Следует, однако, отметить, что, несмотря на относительную простоту конструкции (отсутствие нагревательного катода) и линейность характеристики, датчики этого типа пока не нашли широкого применения из-за опасности работы с радиоактивными веществами.

Приборы для градуировки вакуумметров

Ни один из датчиков, описанных в настоящей главе, не позволяет осуществлять прямое измерение абсолютных давлений; все они обязательно нуждаются в градуировке. Кроме того, показания всех этих приборов, за исключением деформационных датчиков, зависят от природы газа.

В области низкого вакуума наиболее простым и чаще всего используемым на практике эталонным прибором является гидростатический жидкостный манометр в форме U-образной трубки. Он позволяет достаточно просто измерять давления в интервале 10²¼10⁵ Па с погрешностью порядка нескольких процентов.

В промежуточном интервале давлений между 10^-3¼10^-2 Па и 10² Па обычно используют манометр Мак-Меода, принцип действия которого основан на изотермическом сжатии известного объема газа V, находящегося при давлении р, которое необходимо измерить, до объема газа V при давлении р', так что:

p' = (V/V^’)p=cp,

где c=V/V^¢—коэффициент сжатия, характеризующий используемый датчик.

Поскольку давление р мало, для получения достаточно большого р' прибор должен иметь значительный коэффициент с.

Рис.4.14. Принципиальная схема датчика Мак-Леода.

На рис.4.14 показана принципиальная схема манометра Мак-Леода,. состоящего из вертикальной манометрической трубки Т, соединенной с газом, находящимся под давлением р, которое необходимо определить, и ртутным резервуаром R. В начальный момент измерений ртуть находится на уровне N с перепадом высот Н, соответствующим разности давлений между окружающей атмосферой и газом. Затем резервуар R поднимается; объем газа V, находившегося в колбе В, сжимается в капилляре C₁; новое давление в нем р' можно измерить путем определения разности h между уровнем ртути N' во вторичном капилляре С₂ и его уровнем в C₁. Зная с, можно вычислить. начальное давление газа р.

Датчики этого типа обычно используют для измерения давления неконденсирующихся газов, подчиняющихся законам идеальных газов. Погрешность измерения разности уровней можно понизить путем использования интерферометрии. Она зависит от модели датчика и составляет от

1 до 10 %.

Благодаря своим характеристикам емкостный датчик и датчик на основе спиральной трубки Бурдона могут служить вторичными эталонными приборами, не зависящими от природы газа в диапазонах 10^-2¼10⁵ Па 10¹¼10⁵ Па соответственно.

Рис.4.15. Принципиальная схема датчика Кнудсена.

В области умеренного вакуума (10^-5¼10^-1 Па) для градуировки используется радиометрический датчик Кнудсена (рис.4.15). В нем имеется подвижный элемент, подвешенный на закручивающейся нити, контроль за положением которого осуществляется с помощью маленького зеркальца М. Этот элемент снабжен двумя вертикальными пластинками Р₁ и Р₂, помещенными напротив двух стационарных пластинок Р¢₁ и Р¢₂. Первоначально система находится в механическом равновесии при постоянной температуре газа, давление которого хотят измерить. При нагревании пластин Р¢₁ и P¢₂ в результате эффекта Джоуля подвижный элемент поворачивается под действием момента сил и занимает новое положение равновесия. Каждая из этих сил представляет собой разность между силой, обусловленной соударениями «горячих» молекул о поверхность пластинки, подвижной по отношению к неподвижной пластинке, и силой, вызванной «холодными» молекулами, соударяющимися с противоположной стороной этой пластинки. Угол поворота пропорционален давлению газа р. Этот датчик позволяет измерять абсолютное давление с точностью около 2%.

В области давлений 10^-8¼1 Па используется также термомолекулярный датчик Эврара и Бофиса с диамагнитной суспензией (рис.4.16), представляющий собой вариант датчика Кнудсена. Измерение давления основано на уменьшении угловой скорости вращения маленького графитового диска, запускаемого и стабилизируемого в пространстве с помощью электромагнитной системы. На диск, вращающийся вокруг оси инерции, которая совпадает с одним из его диаметров, действуют силы трения. Происхождение этих сил обусловлено, как и для датчика Кнудсена, соударениями соответственно «горячих» и «холодных» молекул с противоположными сторонами диска. Источником нагрева служит корпус датчика, находящийся при температуре окружающей среды, а сток тепла осуществляется в систему охлаждаемых ловушек (например, с жидким азотом), расположение которых таково, что охлажденные молекулы соударяются лишь с одной стороной диска. Датчик этого типа используется, в частности, как эталон в Национальной метрологической лаборатории (LNE) в Париже.

Рис.4.16. Термомолекулярный датчик с диамагнитной суспензией.

1 – электромагнитная система; 2 – холодный источник; 3 – корпус датчика (горячий источник); 4 – графитовый диск.

В заключение можно отметить, что в области высокого вакуума для градуировки используются также датчики, основанные на методе «регулируемой проводимости» с погрешностью порядка 5%.