способ измерения вакуума
Классы МПК: | G01L21/32 с использованием электрических разрядных приборов с термокатодами |
Автор(ы): | Дубинов А.Е., Дубинова И.Д., Львов И.Л., Михеев К.Е. |
Патентообладатель(и): | Дубинов Александр Евгеньевич, Дубинова Ирина Дмитриевна, Львов Игорь Львович, Михеев Константин Евгеньевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-06-22 публикация патента:
27.10.2001 |
Изобретение относится к технике измерения глубокого вакуума в диапазоне давлений 10-4 - 10-12 Торри и может быть использовано при создании соответствующих вакуумметров. Данный способ заключается в том, что в полость, в которой проводят измерение вакуума, инжектируют электронный пучок, формируя в нем виртуальный катод, измеряют длительность времени его релаксации, происходящих за счет ионизации остаточного газа, а по длительности времени релаксации вычисляют давление, при этом длительность времени релаксации виртуального катода определяют путем измерения длительности импульса СВЧ-излучения из области виртуального катода. Данное изобретение позволяет обеспечить дистанционность измерения вакуума. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ измерения вакуума, заключающийся в том, что в полость, в которой необходимо провести измерение, инжектируют электронный пучок, формируя в нем виртуальный катод (ВК), измеряют длительность времени релаксации ВК, происходящей за счет ионизации остаточного газа, а по длительности времени релаксации вычисляют давление, отличающийся тем, что длительность времени релаксации ВК измеряют путем измерения длительности импульса СВЧ-излучения из области ВК.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технике измерения глубокого вакуума в диапазоне давлений 10-4 - 10-12 Торр и может быть использовано при создании соответствующих вакуумметров. Известен способ измерения вакуума (см. стр. 80 [1]), заключающийся в том, что в полость, в которой необходимо провести измерение, инжектируют электронный пучок. Электронный пучок ионизует остаточный газ, вызывая появление ионного тока. Регистрируя ионы, можно судить о величине давления в вакууме. Известен также способ измерения вакуума, заключающийся в том, что в полость, в которой необходимо провести измерение, инжектируют электронный пучок, формируя в нем виртуальный катод (ВК), и измеряют с помощью электростатического зонда длительность времени релаксации ВК, происходящего за счет ионизации остаточного газа, а по длительности времени релаксации вычисляют давление [2]. Этот способ выбран нами за прототип. Недостатком способов [1, 2] является необходимость введения дополнительных датчиков в область электронного пучка (ионного коллектора в случае [1] или электростатического зонда в случае [2]), что исключает дистанционность измерения. Задачей изобретения является обеспечение дистанционности измерения вакуума, что может оказаться необходимым, например, в условиях космоса. Техническим результатом предлагаемого решения является обеспечение дистанционности измерения вакуума. Этот результат достигается за счет того, что в способе измерения вакуума, заключающемся в том, что в полость, в которой необходимо провести измерение, инжектируют электронный пучок, формируя в нем ВК, измеряют длительность времени релаксации ВК, происходящего за счет ионизации остаточного газа, а по длительности времени релаксации вычисляют давление, новым является то, что длительность времени релаксации ВК измеряют путем измерения длительности импульса СВЧ-излучения из области ВК. Реализуемость такого способа основана на том, что электроны пучка осциллируют в потенциальной яме между реальным катодом и ВК, за счет чего генерируется СВЧ-излучение в диапазоне частот 0,1- 10 ГГц в зависимости от энергии электронов, а также на том, что СВЧ-излучение прекращается после пропадания ВК. Достижимость технического результата основана на большой дальности распространения СВЧ-излучения в вакууме. На чертеже представлено устройство, с помощью которого можно реализовать предлагаемый способ. На чертеже обзначено: 1 - катод, 2 - источник питания, 3 - анодная сетка, 4 - коллектор, 5 - приемник СВЧ-излучения, ВК - виртуальный катод, e - электроны. Прямыми стрелками показаны траектории электронов, волнистыми стрелками - СВЧ-излучение. Катод 1 может быть изготовлен, например, в виде танталового термоэмиттера, источник питания 2 обеспечивает напряжение на катод-анодном промежутке, например, величиной 1 кВ, анодная сетка 3 выполнена с геометрической прозрачностью 95% из вольфрамовой проволоки диаметром 0,1 мм. Анодная сетка 3 и коллектор 4 могут быть заземлены, если измерения проводят в лабораторных условиях, в космических условиях в заземлении нет необходимости. Расстояние между катодом 1 и анодной сеткой 3 может быть установлено, например, величиной 5 мм, а расстояние между анодной сеткой 3 и коллектором 4 - величиной 20 мм. Осуществляют предлагаемый способ, например, следующим образом. Устройство размещают в измеряемом вакууме. После прогрева катода 1 включают источник питания 2, подавая на катод-анодный промежуток ускоряющее для электронов напряжение. Этим обеспечивается инжекция электронов сквозь анодную сетку 3 в эквипотенциальный промежуток, образованный анодной сеткой 3 и коллектором 4. В этом промежутке образуется ВК благодаря полю собственного пространственного заряда пучка. После образования ВК приемник 5 фиксирует СВЧ-излучения (с частотой ~0,3 ГГц для рассмотренного примера). В области ВК происходит ионизации остаточного газа электронным ударом и наработка ионов, причем скорость ионизации пропорциональна давлению остаточного газа. После наработки такого количества ионов, когда их пространственный электрический заряд скомпенсирует заряд электронов, ВК исчезает, что приводит к исчезновению СВЧ-излучения на приемнике 5. Измеряя длительность импульса СВЧ-излучения из области ВК с помощью приемника 5, можно определить давление P по формуле P = A/![способ измерения вакуума, патент № 2175438](/images/patents/296/2175032/964.gif)
![способ измерения вакуума, патент № 2175438](/images/patents/296/2175032/964.gif)
![способ измерения вакуума, патент № 2175438](/images/patents/296/2175438/2175438-2t.gif)
![способ измерения вакуума, патент № 2175438](/images/patents/296/2175013/8226.gif)
![способ измерения вакуума, патент № 2175438](/images/patents/296/2175013/8226.gif)
1. Лекк Дж., "Измерение давления в вакуумных системах", М.: Мир, 1966, 208 с. 2. Lloyd O., "High vacuum measurement by means of virtual cathode relaxation time", British Journal of Applied Physics, 1966, vol. 17, N 3, p. 357 - 370.