[實(shí)用新型]一種熱陰極電離規(guī)的量程連續(xù)線性切換電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202022562956.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN214748621U
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張松權(quán);童俊強(qiáng);張斌斌;賈建國
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州盤古自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司
• 主分類號(hào): G01L21/32
• 分類號(hào): G01L21/32
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 孫孟輝

本實(shí)用新型涉及熱陰極電離真空計(jì)量程線性切換電路，尤其涉及一種熱陰極電離規(guī)的量程連續(xù)線性切換電路，包括電源電路、熱陰極電離規(guī)電路和切換電路，所述電源電路包括電源V+、電源V?、電容C1、電容C2和地AG，電容C1的一端和電容C2的一端相連后接地AG，電容C1的另一端接電源V+，電容C2的另一端接電源V?，切換電路由真空計(jì)控制系統(tǒng)I/O口輸出TTL邏輯電平使能指令信號(hào)控制，控制輸入端為IE，該切換電路包括：轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)模塊、恒流充電模塊和恒流放電模塊；IE端輸入使能指令信號(hào)至轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)模塊，轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)使能指令信號(hào)控制連接恒流充電模塊和恒流放電模塊。本實(shí)用新型有效降低陰極電位波動(dòng)和暫態(tài)不穩(wěn)定的的跡象，明顯提升了真空規(guī)管測量的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及熱陰極電離真空計(jì)量程線性切換電路，尤其涉及一種熱陰極電離規(guī)的量程連續(xù)線性切換電路。

背景技術(shù)

在寬量程高真空測量技術(shù)運(yùn)用領(lǐng)域，熱陰極電離真空測控技術(shù)是現(xiàn)今的主流技術(shù)。熱陰極電離真空計(jì)是特指采用熱陰極電離規(guī)來實(shí)現(xiàn)氣體壓力這種非電量變化量間接轉(zhuǎn)換為電量變化的相對(duì)測量裝置。

熱陰極電離規(guī)雖然有各種不同的結(jié)構(gòu)、原理的技術(shù)分類，最基本物理效應(yīng)的運(yùn)用是相同的。如圖1所示：一個(gè)熱陰極電離規(guī)至少具有：燈絲：陰極F；加速極、陽極：柵極A；板極：收集極C；其工作方式為：

在陰極加入電壓加熱燈絲，形成熱釋電子發(fā)射；當(dāng)柵極對(duì)地AG間接有正高壓即加速電壓的條件下，陰極熱釋電子在高壓電場的作用下，高速穿越網(wǎng)狀的柵極，而規(guī)管內(nèi)腔是與所測量氣壓環(huán)境直接相通的，高速穿越柵網(wǎng)的電子會(huì)按一定的概率與其間的氣體分子發(fā)生的碰撞產(chǎn)生電離。氣體分子電離形成：電子-離子對(duì)，離子帶正電荷由規(guī)管最外層的筒裝收集極C捕獲，形成收集極C流向AG地的離子流Ii；陰極發(fā)射的電子及電離形成二次電子均帶有負(fù)電荷，無論處于何種動(dòng)能態(tài)，最終都將由處于正電位的柵極捕獲。形成由陰極發(fā)射，柵極收集的電子流Ie。電子流的存在，使失電子的陰極與得電子的柵極形成了與加速電壓相關(guān)聯(lián)的電位分配關(guān)系。從嚴(yán)格的物理意義說，電子流、離子流都是由規(guī)管內(nèi)各種物理效應(yīng)形成的，不便于直接由規(guī)管輸出，需要通過規(guī)管外部電路的設(shè)置來獲得等效、等量的量值轉(zhuǎn)換。

如：在陰極與AG間接入電阻，形成的旁路電流來平衡規(guī)管內(nèi)的電子流，使陰極的電位穩(wěn)定不變。在這樣的條件下，旁路電流與電子流這兩個(gè)不同物理意義的電流值才具有：旁路電流=發(fā)射電流的關(guān)系；這也正是我們可以用旁路電流值來定量設(shè)置陰極射電子能力的意義所在。離子流是pA級(jí)別的微小電流量，收集極與AG間接入微電流放大器，取樣回路可能達(dá)到最高輸入阻抗，其壓降也趨近與零。這也才有了收集極電位=AG電位關(guān)系。這不僅是離子流會(huì)被收集極獲取的條件，也是離子流經(jīng)高倍率放大后的：可讀出電流值及變化分辨率也才具備成為間接定量換算所測氣體壓力的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。

不同結(jié)構(gòu)和型號(hào)的規(guī)管，各自規(guī)定了實(shí)現(xiàn)其功能、指標(biāo)必須嚴(yán)格滿足的運(yùn)行條件。如：加速電壓值、陰極電位分配值、燈絲發(fā)射電子值以及建議使用的規(guī)管測靈敏度等。

以下采用ZJ-27電離真空規(guī)的應(yīng)用參數(shù)來表述。為使電離規(guī)在不同量程范圍都保持較好的檢測靈敏度和精度，需要在偏離線性檢測段設(shè)置“量程”轉(zhuǎn)換電路，在保持陰極相對(duì)AG的電位穩(wěn)定不變的條件下，通過改變陰極對(duì)AG的旁路電流值來定量設(shè)置發(fā)射電子，也即：電子流Ie，來分級(jí)改變電離規(guī)系數(shù)，使全氣壓測量范圍離子流所表征的相對(duì)真空度具有較好的線性轉(zhuǎn)換關(guān)系。如圖2所示，熱陰極電離規(guī)的陰極電位由燈絲電壓串聯(lián)等值電阻RA和RB的中點(diǎn)電位確定；在柵極對(duì)AG間提供+225V穩(wěn)定的加速電壓；嚴(yán)格保持陰極對(duì)AG的電位為+25V。

當(dāng)量程切換開關(guān)K處于斷開狀態(tài)，由R01和R02串聯(lián)的旁路電阻建立最小陰極旁路電流值并構(gòu)成采樣分壓點(diǎn)VB，由此最小旁路電流值設(shè)定了真空計(jì)對(duì)應(yīng)測量氣壓下限段的發(fā)射電流值；

當(dāng)量程切換開關(guān)K閉合，旁路電流突變?cè)黾訛镽11新增旁路電流支路與原有R01、R02串聯(lián)旁路支路電流并聯(lián)，形成了陰極十倍發(fā)射電子的設(shè)置轉(zhuǎn)換。依此不同發(fā)射電流值對(duì)應(yīng)改變的規(guī)管系數(shù)來換算對(duì)應(yīng)測量段的氣壓值，此做法能有效改善真空計(jì)全量程氣壓檢測的非線性失真。