Измерители парциальных давлений
Измерителями низких парциальных давлений служат масс-спектро-метрические устройства, датчики которых присоединяются непосредственно к испытуемому объему. Основные требования, которым удовлетворяют масс-спектрометры для измерения парциальных давлений, — это малое газоотделение датчика и высокая чувствительность. Требуемая разрешающая способность таких приборов обычно невысока (от 20 до 50), так как в состав остаточных газов в высоком вакууме входят, в основном, легкие газы. В связи с этим измерители парциальных давлений не могут заменить прецизионные масс-спектрометры для аналитических целей и должны преимущественно использоваться по прямому назначению.
Измеритель ИПДО-1
Омеигронный измеритель парциальных давлении ППДО-1 (рис. 1) предназначен для определения состава остаточных газов в высоком и сверхвысоком вакууме. Малые размеры датчика (рис. 2) и легкость его обезгаживания позволяют применять прибор ИПДО-1 для анализа га зов в отпаянных электровакуумных приборах и для изучения физико-химических процессов, протекающих в высоковакуумных приборах (процессы сорбции, диффузии, проницаемости, газоотделенияи т.д.).
Омегатрон представляет собой малогабаритный радиочастотный резонансный масс-спектрометр, присоединяемый непосредственно к испытуемому объему вакуумной системы. Принципиальная схема устройства омегатрона приведена на рис. 3.
Молекулы газа, находящегося в омегатроне, ионизируются в тонком электронном луче, проходящем вдоль оси анализатора и фокусирующемся магнитным полем Под действием магнитного поля и перпендикулярного к нему высокочастотного электрического поля образовавшиеся ионы совершают вращательное движение вокруг электронного луча. Ионы, для которых собственная частота вращения в данном магнитном поле совпадает с частотой приложенного высокочастотного напряжения, ускоряются высокочастотным полем и, двигаясь по раскручивающейся спирали, достигают коллектора ионов. Величина ионного тока в цепи коллектора является мерой парциального давления газа Резонансная частота связана с массой иона соотношением f = ДЛ m где Н—напряженность магнитного поля, ш — масса иона, q — заряд иона. Развертка спектра масс осуществляется изменением частоты высокочастотного напряжения.
Прибор может использовался в качестве течеискателя.
Разрешающая способность прибора р = обратно пропорциональна массовому числу и величине высокочастотною напряжения.
Прибор ИПДО-1 состоит из радиоизмеригельной установки и оме-I атронной лампы РМО-4С с магнитно-юстировочным устройством. Для автоматической записи спектра масс в комплект прибора включен электронный потенциометр ЭПП-09 (рис. 4).
Прибор ИПДО-1 обеспечивает возможность проведения количе-ciвенных измерений парциальных давлений легких газов с погрешностью ±10% от содержания компонента.
Малые размеры и простота обезгаживания позволяют применять омегатрон для исследований в сверхвысоком вакууме.
Для обеспечения нормальной работы прибора омегатронная лампа должна обезгаживаться прогревом в электрической печи при 400° С. Электродную систему омегатронной лампы рекомендуется прогревать токами высокой частоты при 800° С. При работе с омегатроном недопустимо присутствие паров органических веществ в испытуемой высоковакуумной системе.
Масс-спектрометр МСХ-ЗА
Времяпролетный масс-спектрометр МСХ-ЗА (рис. 1, 2) предназначен для анализа состава газов в высоком и сверхвысоком вакууме при быстро протекающих процессах с регистрацией спектра масс посредством фото- и киносъемки. Прибор может быть использован для изучения физико-химических процессов, протекающих в плазменных установках, для исследования электрического разряда в высоком вакууме и т. п.
Прибор МСХ-ЗА (хроногрон) является масс-спекгрометром с импульсной ионизацией газа и анализом ионов по времени пролета. Анализируемый газ (рис. 3) ионизируется интенсивным потоком электронов и удерживается в накопительной части ионною источника системой эквипотенциальных сеток. С приходом выталкивающего импульса ионный пучок формируется в пакет и выходит в пространство дрейфа. Кинетическая энертия всех ионов в пакете одинакова.
Синхронизируя частоту регистрации сигналов на экране электроннолучевой трубки с частотой следования выталкивающих импульсов, получают развертку спектра масс.
Прибор состоит из радиотехнической стойки и двух датчиков. Радиотехническая стойка имеет фотоприставку, выполненную в виде съемного светонепроницаемого тубуса, и откидной кронштейн для фотографирования с экрана осциллографа фото- и киноаппаратом. Датчик соединяется с радиотехнической стойкой кабелем длиной 15 м.
Прибор допускает работу в режимах:
а) непрерывной регистрации спектра масс с временным разрешенном до 0,03 сек при киносъемке с экрана осциллографа и регистрацией времени съемки каждого кадра кинопленки относительно начала изучаемого процесса;
б) однократной регистрации спектра масс с длительностью времени анализа (4-ь60) • 10-6 сек и задержкой относительно изучаемого явления до 2,5 • 10-4 сек;
в) строчной развертки с раздельной регистрацией на одном кадре фотопленки шести разверток спектра масс, разделенных интервалами 3,3 • 10-4 сек, с задержкой относительно изучаемого процесса от 1 • 10-3 до 8 • 10-3 сек.
Электрический фильтр масс
Электрический фильтр масс (квадрупольный масс-спектрометр) — рис 1—предназначен для анализа состава газов в высоковакуумных системах в диапазоне давлении от 10 3 до 108 мм рт ст. Прочность конструкции датчика (рис. 2), высокая разрешающая способность и возможность использования в области сравнительно высоких давлений гелают прибор наиболее перспективным для работы в промышленных хсловиях (например, для контроля состава газов в вакуумных плавильных печах, в установках для напыления тонких пленок и т. п.).
Электрический фильтр масс представляет собой масс-спекгромегр, в котором разделение ионов по массам происходит в поле электрического квадруполя, образованного четырьмя параллельными стержнями круглого сечения. Анализируемый газ ионизируется в ионном источнике с продольной ионизацией (рис. 3). Образовавшиеся ионы дви-[аются в направлении анализа гора и входят в нею через круглую диа-фра му, расположенную по оси квадруполя. На стержни, соединенные попарно, подается напряжение вида: u = U + Vcoscot, где U — постоянная составляющая напряжения, V — амплитуда высокочастотной составляющей.
Проходя вдоль анализатора, ионы совершают колебания под действием высокочастотного электрического поля, причем амплитуда колебаний зависит от удельной массы иона и величин напряжений на стержнях. При определенном выборе параметров квадруполя через анализатор одновременно могут пройти ионы только одной массы, амплитуда колебаний которых меньше радиуса ноля Амплитуда колебаний ионов других масс при этом нарастает, и они теряют заряд ляющей напряжения к амплитуде высокочастотной составляющей остается неизменным для всего диапазона масс.
Конструктивно прибор состоит из двух датчиков и измерительной стойки. Датчик монтируется в корпусе из нержавеющей стали; питающие напряжения подводятся через металлокерамические вводы.
К достоинствам прибора можно отнести наличие линейной шкалы масс с равномерным разрешением пиков через ДМ=1, а также прочность конструкции датчика, обеспечивающую возможность использования прибора в промышленных условиях.
Развертка спектра масс осуществляется (рис. 4) изменением напряжений на стержнях анализатора.
Измеритель АПДП-2
Панорамный анализатор парциальных давлений АПДП-2 (рис. 1) предназначен для определения состава остаточных газов в высоковакуумных системах с регистрацией спектра масс на экране осциллографической трубки Малогабаритный датчик (рис. 2), не требующий наличия магнита, удобен для анализа газов в малых вакуумных объемах, в частности в электровакуумных приборах, и для контроля технологических процессов в электровакуумном производстве.
Прибор АПДП-2 является масс-спектрометром, действие которого основано на разделении ионов, колеблющихся в электростатическом поле. Принципиальная схема датчика прибора приведена на рис. 3. Электроны, эмиттированные катодом К, проходят через модулирующий электрод М и, в силу выбранного распределения потенциалов, колеблются около электрода А. На электрод М подается высокочастотное напряжение, модулирующее электронный ток по интенсивности. В результате импульсной ионизации газа образуются пакеты ионов, которые колеблются в электрическом поле пространства дрейфа, причем частота колебаний ионов f определяется их удельными массами: f = С 1/ — , где: и — напряжение на центральном электроде, С—постоянная.
Каждый вид ионов наводит на сигнальном электроде напряжение собственной частоты. Анализ ионов по массам заключается в измерении частот сигнальных напряжений узкополосным усилителем. Развертка спектра масс осуществляется изменением резонансной частоты узкополосного измерительного тракта.
Для увеличения чувствительности прибора используется накопление ионов в колеблющемся пакете за счет синхронизации частоты ионизации с частотой колебаний ионов регистрируемой массы.
Прибор АПДП-2 состоит из датчика и измерительного блока. К достоинствам прибора можно отнести его быстродействие, малые размеры и простоту обезгаживания датчика, возможность наблюдения всего спектра масс на экране электроннолучевой трубки (рис. 4).
Регистрация спектра масс производится на экране электроннолучевой трубки с возможностью фотографирования. Размер изображения 130X70 мм.
