Іонізаційний вакуумметр є основним компонентом для вимірювання високого вакууму. Він визначає рівень вакууму шляхом іонізації молекул газу та вимірювання результуючого потоку іонів. Виходячи з різних методів іонізації, його в основному поділяють на наступні дві категорії:
Один. Іонізаційний вакуумметр з гарячим катодом
Принцип роботи: нагріта нитка (катод) випромінює термоелектронні електрони. Ці електрони отримують достатню енергію, коли вони летять до анодної сітки, стикаючись з молекулами газу та іонізуючи їх. Результуючий іонний струм вимірюється на збиральному електроді; цей струм пропорційний тиску газу.
Переваги:Точне вимірювання, хороша стабільність і чудова лінійність; це основний вибір для вимірювання високого вакууму.
Недоліки:
Ефект рентгенівського-випромінювання: Електрони, що вдаряються об анодну сітку, генерують м’які рентгенівські-промені, які опромінюють колекторний електрод, викликаючи фотоелектронне випромінювання та створюючи-незалежний від тиску «фоновий струм». Це призводить до того, що виміряний тиск відхиляється від справжнього тиску під ультра-високим вакуумом (приблизно<10⁻⁸ Pa).
Хімічне видалення: висока температура нитки призводить до дисоціації та адсорбації реактивних молекул газу (наприклад, кисню), створюючи «ефект вакууму», який впливає на фактичний тиск.
Filament burnout risk: Under higher pressures (e.g., >10⁻² Па) або раптового впливу атмосфери, нитка розжарювання схильна до окислення та вигорання.
Два. Іонізаційний вакуумметр з холодним катодом
Принцип роботи: використання електричного поля високої-напруги для індукції розряду у вакуумі (холодний катод не нагрівається) і застосування зовнішнього магнітного поля. Електрони під спільним впливом електричного та магнітного полів (сила Лоренца) зазнають гвинтового руху, значно збільшуючи ймовірність іонізації через зіткнення з молекулами газу, утворюючи само-підтримуваний плазмовий розряд. Потік іонів пропорційний тиску.
Переваги:Міцна структура, відсутність гарячої нитки, стійкість до атмосферних впливів, довгий термін служби.
Відсутність обмеження рентгенівського фонового струму, що дозволяє вимірювати вищий рівень вакууму (зазвичай порядку 10⁻¹² Па).
Недоліки:
Стабільність розряду: розряд може бути нестабільним за низького тиску, навіть демонструючи явища «затримки розряду» або «загоряння».
Чутливість до забруднення: забруднення поверхні катода може серйозно вплинути на емісію електронів, що призведе до неточних вимірювань.
Перешкоди сильного магнітного поля: сильне магнітне поле вакуумметра може створювати перешкоди навколишньому обладнанню (наприклад, джерелам іонів); місце установки вимагає ретельного розгляду.
