Вакуумметр ВИ-3

Ионизационный вакуумметр ВИ-3 состоит из измерительного блока и термоэлектронного манометрического преобразователя типа ЛМ-2. Пределы измерения вакуумметра составляют 1 • 10 ^Зн-4-1 • 10⁷ мм рт. ст. и разбиты на четыре поддиапазона. Отсчет давления производится по шкале выходного прибора вакуумметра, соответствующей градуировке манометрического преобразователя типа ЛМ-2 по сухому воздуху. Изменение тока эмиссии манометрического преобразователя не превышает ± 10%, а уход нуля усилителя ионного тока в различных диапазонах измерения не более 10%. Манометрический преобразователь ЛМ-2 подключается к вакуумметру при помощи гибкого экранированного кабеля длиной 1,5 м.

Рассмотренный ранее преобразователь ЛМ-2 работает в режиме схемы триодного термоэлектронного манометра с внешним коллектором. По отношению к катоду потенциал его анодной сетки равен 200 в, а коллектора —25 в.

Технические и эксплуатационные характеристики различных типов вакуумметров приведены в табл. 12.

Принципиальная электрическая схема вакуумметра показана на рис. 7. 9. Вакуумметр состоит из феррорезонансного стабилизатора напряжения, выпрямителя, стабилизатора тока эмиссии, усилителя ионного тока, устройства для прогревания сетки преобразователя путем пропускания электрического тока. Феррорезонансный стабилизатор напряжения включает трансформатор Тр и группу конденсаторов 7, 8, 9. Колебания напряжения на вторичных обмотках при изменении напряжения питающей сетки на ±10% не более ±1,5%. Выпрямитель вакуумметра собран по двухполупериодной схеме на лампе 4 (6Ц5С). От выпрямителя питаются: цепь анода манометрического преобразователя ЛМ-2, делитель напряжения 15, 22, с которого снимается опорное напряжение на управляющую сетку лампы 5 (6ПЗС) и анодная цепь усилителя ионного тока на лампе 6 (6Н7С).

тока i_d — 10 а минимальное давление Р, которое можно измерить таким устройством, составляет 5-10¹⁵ мм рт. ст., а в случае минимального значения темнового тока I_d — 10²⁰ а Р = 2-10¹⁷ мм рт. ст.

Электронный умножитель для измерения исключительно малых ионных токов применяется уже давно 101, однако очень жесткие требования к коэффициенту усиления и максимальному темновому току умножителя в присутствии различных газов затрудняют его широкое применение из-за нестабильности коэффициента вторичной электронной эмиссии поверхностей динодов. В процессе работы и после напуска атмосферного воздуха в манометрический преобразователь с умножителем чувствительность его снижается и для ее восстановления требуется прогрев умножителя до 450° С.

Для обезгаживания арматуры манометрического преобразователя в измерительной установке вакуумметров предусматриваются блоки нагрева электродов прямым пропусканием электрического тока или электронной бомбардировкой. Блоки автоматики и защиты манометрического преобразователя и измерительного прибора от перегрузок применяются лишь в некоторых приборах, называемых блокировочными.

Стабилизатор тока эмиссии катода манометрического преобразователя ЛМ-2 выполнен по схеме с разделительным трансформатором. Он состоит из разделительного трансформатора Тр₃, сопротивлений обратной связи 20, 23, нагрузочной лампы 5, регулятора эмиссии 15, 22.

Измерение тока эмиссии осуществляется в положении «Эмиссия» тумблера 40 по падению напряжения на сопротивлении 36, через которое проходит ток эмиссии. Току эмиссии 5 ма соответствует риска в середине шкалы измерительного прибора 44.

Усилитель ионного тока измеряет падение напряжения на входных сопротивлениях усилителя 29, 30, 31, 32, 18 в результате прохождения через них ионного тока с коллектора манометра ЛМ-2. Переключателем «Множитель шкалы» 43 устанавливают нужный предел измерения тока, а следовательно, и давления. Усилитель ионного тока выполнен на двойном триоде 6 (6Н7С) по балансной схеме. Анодное напряжение поступает к нему от выпрямителя через сопротивление 21. Емкость 12 шунтирует усилитель ионного тока от переменной составляющей выпрямленного напряжения. Управляющая сетка левого триода лампы 6Н7С заземлена, а в цепь управляющей сетки правого триода с помощью переключателя 43 может быть включено одно из входных сопротивлений 29, 30, 31, 32, 18. Каждое сопротивление в 10 раз больше предыдущего. Они соответственно равны 2,7; 27; 270 ком; 2,7 Мом (сопротивления 32 и 18). Однако максимальное падение напряжения на них всегда постоянно и составляет 0,27 в.

Требуемую чувствительность выходного прибора устанавливают при помощи потенциометра 14 «Калибровка» на передней шкале прибора; при этом переключатель 43 должен находиться в положении «Калибровка» и подавать на управляющую сетку правого триода лампы 6Н7С напряжение 0,27 в относительно управляющей сетки левого триода. Это напряжение подается с калиброванного сопротивления 35, равного 54 ом ± 1 %, по которому протекает постоянный ток эмиссии, равный 5 ма. Измерительный прибор 44 вместе с регулятором калибровки 14 включен в диагональ моста, образованного анодными сопротивлениями 16, 17, 27, 18 и двойным триодом 6. Регулировка нуля усилителя осуществляется двумя потенциометрами 16 и 17. Потенциометр 16 под названием «Регулировка нуля» выведен на переднюю панель прибора, а потенциометр 17 «Коррекция нуля» расположен на задней панели. Перед установкой нуля необходимо установить переключатель 38, выведенный на переднюю панель вакуумметра, в положение «Установка нуля». При этом управляющую сетку правого триода лампы 6Н7С отключают от коллектора манометрического преобразователя 48.

Напряжение —25 в на коллекторе ЛМ-2 относительно катода создается током эмиссии 5 ма, протекающим через сопротивления 25, 36, 35 и смещающим потенциал катода через среднюю точку трансформатора накала Тр₂.

Для обезгаживания манометрического преобразователя ЛМ-2 его анодную сетку можно прогревать пропусканием через нее электрического тока. Для этого сетка выполнена в виде бифиляр-ной спирали с двумя выводами. Когда переключатель 39 «Измерение—прогрев» на передней панели находится в положении «Прогрев», на эти выводы подается напряжение с половины вторичной обмотки накального трансформатора Тр₂.

Завод-изготовитель рекомендует следующий порядок измерения давления при помощи вакуумметра ВИ-3.

1. Подключить вакуумметр к сети и (при переключателе 42 «Накал ЛМ-2» в положении «Выключено») подключить соединительный кабель вакуумметра к цоколю манометрического преобразователя ЛМ-2.

2. Убедиться при помощи любого другого вакуумметра, что давление в вакуумной системе ниже 10"³ мм рт. ст. В противном случае накал манометрического преобразователя ЛМ-2 включать нельзя из-за опасности перегорания катода.

3. Включить прогрев анодной сетки манометрического преобразователя. Для этого надо поставить переключатель 39 «Прогрев—измерение» в положение «Прогрев», вывести в крайнее левое положение потенциометр 15 «Регулировка эмиссии» и включить переключатель 42 «Накал ЛМ-2». Прокаливать сетку следует в течение 10—15 мин. При невыполнении последнего требования возможны дополнительные ошибки при измерении давления, вызванные десорбцией газа с электродов и баллона манометрического преобразователя.

4. Установить ток эмиссии катода равным 5 ма. С этой целью надо переключатель 39 установить в положение «Измерение», а переключатель 40 в положение «Эмиссия» и, вращая рукоятку потенциометра регулировки эмиссии 15 вправо, установить стрелку измерительного прибора на риску, расположенную в середине шкалы. Если поверхность катода по каким-либо причинам была отравлена, то ток эмиссии 5 ма может не устанавливаться. Для того чтобы вернуть катоду эмиссию, необходимо, чтобы манометрический преобразователь работал в течение некоторого времени в условиях хорошего вакуума.

5. Проверить установку нуля и калибровку усилителя постоянного тока. Для проверки нуля установить переключатель 38 в положение «Установка нуля», а переключатель 40 в положение «Измерение» и рукояткой потенциометра «Регулировка нуля» 16 или «Коррекция нуля» 17 вывести на нуль стрелку выходного прибора. Для проверки калибровки следует поставить переключатель 43 в положение «Калибровка» и регулировкой переменного сопротивления 14 установить стрелку прибора на конец шкалы.

6. Измерить давление. Поставить тумблер 38 в положение «Измерение» и переключателем диапазонов 43 установить требуемый предел измерения. Произвести отсчет давления по шкале прибора, умножая его показания на множитель, против которого установлена рукоятка переключателя диапазонов 43.

В стандартной схеме вакуумметра ВИ-3 не предусмотрены блокировки, предотвращающие перегорание катода лампы ЛМ-2 или распыление сетки, если она прогревалась, при увеличении давления в лампе до атмосферного в результате аварии. Не предусмотрена также и блокировка измерительного прибора от перегрузок при неправильном положении рукоятки переключателя диапазонов измерения давления.

На рис. 7. 9 утолщенными линиями показаны дополнительные элементы, которые можно легко ввести в схему для обеспечения названных блокировок 102. Последовательно с измерительным прибором включено чувствительное реле РП-5 (сопротивление обмотки 3 ком, ток срабатывания около 100 мка). Подбором величины шунтирующего сопротивления 15 ком устанавливается ток срабатывания реле около 150 мка. Потенциометром «Калибровка» устанавливается необходимая чувствительность измерительного прибора. Если в результате резкого повышения давления ток через измерительный прибор станет примерно равным 150 мка, то замыкается контакт РП _х реле РП-5 в цепи питания реле Р, которое включается и блокируется своим контактом Р_г. Другим (нормально замкнутым) контактом Р₂ реле размыкает цепь трансформатора накала лампы ЛМ-2, и ионный ток прекращается. Таким образом, измерительный прибор защищается от перегрузки, а катод—от перегорания.

После срабатывания блокирующее реле остается включенным до тех пор, пока не будет выключено питание вакуумметра. При этом напряжение на выпрямителе уменьшается до нуля, реле Р отпускает якорь, и можно повторно включать вакуумметр в обычном порядке. Реле РП-5 и Р могут быть легко размещены на шасси вакуумметра. Сердечник трансформатора вакуумметра имеет сильное магнитное поле рассеивания, которое может наводить э. д. с. в обмотке поляризованного реле. Изменением положения реле относительно трансформатора можно уменьшить наводку почти до нуля.

Вакуумметр ВИ-3 можно использовать для работы с манометрическим преобразователем типа ИМ-11, имеющим осевой коллектор, если заменить сопротивление 25 (5 ком) на сопротивление 20 ком. Напряжение на коллекторе станет равным —100 в, а на аноде 125 в относительно катода, что соответствует режиму работы этого преобразователя. Однако при измерении давления прибором ВИ-3 при токе эмиссии 5 ма чувствительность преобразователя ИМ-11 равна 0,0154-0,020 а мм рт. ст., а не 0,1 амм рт. ст., как у лампы ЛМ-2, для которой нанесена шкала давлений прибора ВИ-3, что следует учитывать при определении давления. Иногда при давлении 10^-5 :10^-7 мм рт. ст. в результате электронных колебаний в преобразователе ЛМ-2 наблюдается выход стрелки измерительного прибора влево за пределы шкалы. Для устранения этого явления нужно включить между выводом коллектора ЛМ-2 и шлангом, соединяющим преобразователь с прибором, сопротивление 100—500 ом или дроссель диаметром 10 мм из 15 витков медного провода диаметром 0,5—0,8 мм.