Высоковакуумные газоанализаторы

Высоковакуумные газоанализаторыОпределить, какие газы присутствуют в атмосфере и их парциальные давления можно с помощью высоковакуумных газоанализаторов. Наиболее часто применяются высоковакуумные газоанализаторы. Они состоят из датчика и измерительной установки. В датчике масс-спектрометра анализируемые газы ионизируются, после чего положительные ионы разделяются по массовым числам (отношению массы иона к его заряду) и попадают на коллектор, вызывая в его цепи ток, пропорциональный давлению данного газа. Измерительная установка обеспечивает питание датчика и измерение ионного тока, а также в зависимости от конструкции ручную и автоматическую развертку спектра масс, фотографирование и визуальное наблюдение на экране электронно-лучевом трубки. Наиболее важными параметрами газоанализаторов являются диапазон анализируемых масс; чувствительность, т. е. минимальное регистрируемое парциальное давление газа; разрешающая способность или отношение регистрируемой массы к наименьшему различаемому изменению двух соседних масс.

Разрешающая способность выражается отношением массового числа к ширине пика ионного тока на определенном уровне его высоты. Для газового анализа в электропечах наиболее подходят по своим техническим данным и конструктивному оформлению измеритель парциальных давлений омегатронный и анализатор парциальных давлений панорамный с датчиком. Датчики смонтированы в стеклянных колбах. При установке датчики через коваровый переходник припаивают к фланцу из нержавеющей стали, который через металлическое уплотнение соединяется с вакуумным объемом. Ионизация газа в омегатронном датчике производится электронами, испускаемыми накаленным вольфрамовым катодом.

Ионы под воздействием взаимно перпендикулярных постоянного магнитного и высокочастотного электрического полей двигаются в плоскости, перпендикулярной магнитному полю, по спирали с постоянно увеличивающимся радиусом. Те ионы, собственная частота которых совпадает с частотой высокочастотного поля, имеют траекторию, приводящую их на коллектор ионов. При изменении частоты на коллектор будут последовательно попадать ионы с различными массовыми числами. Таким образом получаются пики ионных токов, образующие спектр масс, по которому определяются состав и парциальное давление анализируемых газов.

Время развертки полного спектра масс на экране электронно-лучевой трубки составляет 2 или 16 с. а при записи на ленте электронного потенциометра 1000 с. Разрешающая способность его такова, что на уровне 1% амплитуды пика различаются все массы от 1 до 43. а на уровне 50% амплитуды - массы от 1 до 63. В фарвитронном датчике ионизация газа также осуществляется электронами, которые эмиттируются катодом. Разделение масс происходит в статическом электрическом поле, созданном постоянным напряжением, подаваемым на сетку, расположенную вблизи катода. При наложении на постоянное напряжение сетки небольшого высокочастотного напряжения ионы начинают колебаться с частотой приложенного напряжения.

Энергия ионов, колеблющихся с резонансной частотой, в каждый период колебаний увеличивается, а количество их возрастает при новом акте ионизации. В результате образуется пространственный ионный заряд, который вызывает в измерительной цепи ток смещения, являющийся мерой парциального давления. Изменяя частоту переменного напряжения, получают развертку спектра масс. Ионы несинхронных масс нейтрализуются в датчике электродами с отрицательным потенциалом. Регистрация спектра масс производится на экране электронно-лучевой трубки, время развертки 15 мс. Разрешающая способность на уровне 10% амплитуды пика не менее 20.