Вакуумметр

(505 6 0121/3 РЕ ИЗ НИЯ У. СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 323685,. кл. 6 01 1 21/32, 1967.Авторское свидетельство СССРВ %3097, кл. 6 01 1. 21/3, 1976,(54) ВАКУУММЕТРф 7) Испольэовайие: вакуумметр отйовакуумной технике и может быть прдая измерения давлений в. вакуумныхмах в диапазоне 10 " 10 14 мм рт. нический 3 ФГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР.(ГОСПАТЕНТ, СССР)ОПИСАНИЕКАВТОРСКОМ расширения диапазона измеряемых давле.ний в датчике вакуумметра введены дополнительный источник 4 магнитного .поля, ин-,. инжектор 6 и коллектор.8. При этом инжекторы 6 и 7 расположены на расстоянии от оси симметрии датчика, равном или боль шем М/2 ЬФуй. где ЬЗ-размер инжек- тора в направлении,.перпендикулярном.оси симметрии датчика и рудиус-вектору, соеди;няющему ось симметрии датчика с геомет-. рическим центром выходной агентурыанода инжектора: ЬФ/4-угол. дрейфа электронного луча по полярному углу на расстоянии от инжектора до точки возврата.сится к Датчик может быть также снабжен проводяимененщим стержнем 10, расположенным по оси систе- симметрии. 1 ил,ст. ДляИзобретение относится к технике измерения высокого вакуума и может быть использовано д 4 ля измерения давлений вдиапазоне 10 - 10 мм рт.ст.Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых давлений засчет повышения предела чувствительностипо нижнему пределу измеряемых давлений.На чертеже изображена схема предлагаемого вакуумметра.Камера 1 датчика 2 присоединена к обьему 3, в котором измеряется давление. Накамеру 1 надеты идентичные соленоиды 4 и5, образующие в обьеме камеры конфигура.цию двух соосных зеркально-симметричных магнитных зеркал.Между соленоидами зеркально-симметрично расположены идентичные инжекторы6 и 7, представляющие собой электронныепушки с фотокатодами.С противоположных сторон соленоидов4 и 5 расположены зеркально-симметричнодва идентичных коллектора 8 и 9.,По оси симметрии датчика может располагаться проводящий стержень 10.Вакуумметр содержит блок 11 электропитания, Блок 11 включает схему 12 электропитания соленоидов.4 и 5, схему 13питания инжекторов 6 и 7, схему электропитайия 14 проводящего стержня 10, включенную между камерой 1 датчика 2 ипроводящим стержнем 10,Вакуумметр включает также блок измерения 15 электронного тока коллекторов 8 и 9Устройство вакуумметра работает следующим образом,Электроны инжектируются из инжекто. ров 6 и 7 в области слабых магнитных полейи двигаются по спиральной траектории внаправлении к магнитным зеркалам, полякоторых образованы соленоидами 4 и 5, создающими аксиально-симметричные магнитные поля. При этом, как показываетдрейфовая теория движения заряженныхчастиц в неоднородных электромагнитныхполях, с высокой точностью сохраняется постоянной величина зпа зи авг ф в,где а- угол наклона траектории электрона к магнитной силовой линии;63- угол наклона траектории электрона .к магнитнойсиловой линии в месте расположения инжектора;ВД - величина индукции магнитного поля в функции от Е; Во - величина индукции магнитного поля в центре датчика.ЛПри а = ВД = Вс, Е = Е,.5В область, где ВДВс, электроны проникнуть не могут, Если ВсВв (Вв - максимальная напряженность магнитного поля),то электроны отражаются от магнитного.10 зеркала в области, где ВУ)Вс.Как показывает теория движения электронов в неоднородных полях, наряду с продольным движением вдоль оси симметрииэлектроны двигаются с значительно мень шей скоростью в азимутальном направле-.нии вокруг оси симметрии датчика.Благодаря этому при соответствующем выборе величины ЬФу,электроны не попадают на инжекторы 6 и 7, а проходят мимо 20 укаэанных инжекторов, минуют плоскостьсимметрии датчика и двигаются к противоположному магнитному зеркалу, отражаются от него и т.д, При этом продолжаетсядрейф электронных траекторий в азиму тальном направлении. После отражений отмагнитных зеркал, обойдя в азимутальном.дрейфовом движении угол, близкий к 360 О,электроны попадают на инжекторы 6 и 7.Повышение предела чувствительности в 30 предлагаемом вакуумметре по сравнению спрототипом происходит за счет1) возрастания длины пути электронавнутри датчика в 4.й раз,.где й:-число полныхпериодов продольного движения электрона 35 до попадания на инжекторы 6 или 7;2) возрастания тока на коллекторы в 2раза за счет рассеяния в два конуса потерь, в сфере пространства скоростей в предположении изотропности рассеяния но углам, 40 что приблизительно выполняется при малыхэнергиях электрона;3) возрастания тока на коллектор в 2раза за счет наличия двух инжекторов,Таким образом чувствительность ваку умметра возрастает в 16.М раз.Для дальнейшего расширения диапазонаизмеряемых давлений датчик вакуумметра. может быть снабжен электропроводящимстержнем 10, размещенным вдоль продоль ной оси симметрии датчика и закрепленнымна введенных в камеру датчика изоляторах,и дополнительным источником напряжения14, одна клемма которого подсоединена кпроводящему стержню, а другая - к камере 55 датчика 1.Электрическое поле между злектропроводящим стержнем и камерой датчика приблизительно перпендикулярно направлениюмагнитного поля.1820251 Электропроводящий стержень действу. ет следующим образом.Согласно теории движения электронов в неоднородных электрических и магнитных полях в скрещенных электрическом и маг нитном поле вектор скорости дрейфа центра кривизны электронной траектории направлен перпендикулярно векторуиндукции магнитного поля и перпендикулярно упомянутому вектору индукции магнитного 10 поля составляющей вектора напряженности электрического поля, а величина скорости дрейфа равна Фс =гг Во. г,2Е 1др.е = где с=З 10 м с 1 - скорость света; Е 1 - величина перпендикулярной вектору магнитной индукции составляющей элект рического поля;В - величина индукции магнитного поля.В предлагаемом датчике дрейфовая скорость Чдр.Е направлена в азимутальном 25 направлении.Применение электрического управления позволяет осуществлять точную настройку прибора.Составляющая угловой скорости, воз никающая при действии электрического по. ля электропроводящего стержня, равна О Я: ЧдЕ.Ебт г с 35 . (1/4) Т 11 = онтра кривизны электоси симметрии,ность поля, создаваеим стержнем в камении гот его оси, равна где г - расстояние ц ронной траектории оТак как напряже мая электропроводящ рЕ датчика на расстоя При соответствующем выборе Уо можно40 уменьшить азимутальное смещение центракривизны электронной траектории за одинпериод и тем самым увеличить число колебаний электрона между магнитными зеркалами за один полный оборот по азимуту на45 360 о.Таким образом, применение второгомагнитного зеркала, второго инжектора ив 1 орого коллектора, а также электропроводя щего стержня позволяет повысить предел50 чувствительности регистрации тока коллектора в 100 - 200 раз,Формул а из об рете н ия.1. Вакуумметр, содержащий датчик, вкамере которого размещены первый инжек 55 тор электронов и первый коллектор, расположенные внутри первого источникамагнитного поля, выполненного в виде со леноидной катушки, размещенной между,инжектором и коллектором, образующей вкамере датчика магнитное зеркало, источ-. Оо г п(г) г 2 1 иГс где Оо - потенциал электропстержня относительно камеры; гк - радиус камеры; гс - радиус электропроводящ Согласно теории движения электронов в неоднородных электрических и магнитных полях при дрейфовом движении в аксиаль 6но-симметричном поле с высокой точностьюсохраняется величина Вг). г 2 =СОпэт -"- где Фс- поток индукции через траекторию ведущего центра,где г - расстояние йнжектора от оси симметрии датчика,Таким образом Ж.= с = сопзсб Ог .Оо ВУ "г,азимутальное смещение центра кривизны траектории электрона по азимуту прй движении от инжектора до точки отражения от магнитного зеркала за счет действия поля , электропроводящего стержня равно Оо - Т 111ЬФЕ 1/4апгс где Т 11 - период продольных колебанийэлектрона между магнитными зеркалами