DL-7(ZJ-12)型电离规管的研制 

                     王逊    何焕玮   张宛予   孙瑞芬 
                            原载真空，2,24（1983）

              本文介绍北大无线电系与无线电工厂研制的DL-7(ZJ-12) 型宽量程超高真空电离计管，

                      采用B-A式结构，玻璃外 壳，测量范围为。 

                              一、 引言

     越来越多的真空设备要求测量的压强范围很宽。例如：真空镀膜机，无油机组等，都希望配有能从低真空一直到超高真空的规管。而且前国内还是采用复合计的形式来解决这个问题。DL-7型电离¬¬¬¬¬¬规的研制就是试图采用一只规管来满足宽量程的要求。
    由于B-A计有较低的下限，用扩展B-A计的上线的犯法开设计宽量程电离计引起很多人的注意。扩展B-A计的上限有两条途径：一时在B—A计中增加电极，在高压强是使用[1-3]，或在玻壳上涂敷氧化亚锡导电层，在高压强时作电子加速极[4]，而在高真空时，仍按B-A计接法使用。另一用途是不增加任何电极，只是把阴极换成抗氧化能力强的材料，在高压强时采用较小的发射电流即可扩展上限[5，6]。DL-7型电离规再用用后一种方案。国外用B-A计能测试较高压强的产品如图一所示[5，6]。
    一般B-Ａ计在压强高于时，已开始偏离现行，而表1所列B-A计能测量高达或的压强。

                       二、DL-7型规管的结构与参量

     作为B-A计，不同的几何尺寸有不同的灵敏度，表2列出一个B-A集的尺寸与灵敏度的数值[7]。

由表2可见，B-A计的灵敏度一般在之间。

要得到高的灵敏度，尺寸就要做到很大。而且结构复杂。

例如：栅极要封闭，但是灵敏度的增加也有限。

DL—7型电离计采用较小的尺寸，叫简单的结构，如图1所示。

灵敏度选择。它的结构材料与尺寸如图3所示。

该规管电参量列于表4。D类—7型规管作为B—A计，

它的本低压强显示值为，

与一般B—A计是一致的。

如何延伸上限，使我们工作的重点，下面将较详细地讨论这个问题。

                           三、DL—7的上限

    B-A计的上限由以下诸因素决定：
   （1） 离子的空间电荷。当压强增大时，离子流增大，因此离子的空间电荷增大，使离子不易打到收集极上，因为规管的灵敏度下降。为了克服离子的空间电荷的影响，在测量高压强时，减小发射电流，使在高压强时离子流减小。因此DL—7在范围测量时，发射电流选择低于100μA。
   （2） 电子由于与气体分子碰撞频繁，将会失去能量。这些电子的电离几率下降。电子流岁压强的增加将达到峰值，然后下降。这是由于随着压强的增加，电子将损失更多的能量，因而电离几率下降的缘故。对B—A计，离子流额度峰值大约出现在大于处。 
   （3） 无等死在高压强高温时易氧化烧断。为使B—A计能测更改压强应该选择抗氧化能力强的材料DL-7规管阴极选择敷氧化钇的铱丝。这种灯丝甚至在突然暴大气时，也不会被烧坏。
   （4） 玻壳B—A计；灵敏度的突变 即当气体压强高于某一数值时，玻壳B—A计会有两个稳定的灵敏度。这个现象早有人发现[8-10]。玻璃B-A的玻壳，他暴露在放电空间。在放电视，玻壳会导游两个不同的稳定电位值。一个值接近阴极电位，一个值接近于电子加速极单位。通常在搞真空时，处于阴极电位，这是到达玻壳的电子流等于正离子流，在高压强时，玻壳电位越变到电子加速极电位，这是，到达玻壳的电子流等于电子离开玻壳的二次电子流。由于玻壳处于两个稳定的典韦，因而灵敏度也就有两个稳定值。当玻壳处于低电位时，灵敏度高，这是正常B—A记得灵敏度。当玻壳处于高电位时，灵敏度低，这是由于：一方面电子轨道发生变化，另一方面，有一部分电子落在玻壳上，而发出的二次电子能量很低，电离效率低，因而灵敏度低.DL—7规管灵敏度的突变情况，已有文章报导[10]，下面简单贾少以下突变的规律。在高压强时，DL—7型规管离子流与压强的关系如图2所示。
   由图2曲线可以的得到如下结论： 
  （1） 当压强较高时，离子流与压强的关系的典型曲线如图2（a）所示。当压强从小到大变化时，由A到B，在B电突变降到C，然后由到D。当压强从大到小变化时，又D到E，在E点突变升到F，再由F到A。图中阴影部分存在两个灵敏度，即一个离子流值相对两个压强值。因此我们由离子流不能辨别究竟哪个压强值。
  （2） 随着电子加速电压的提高，这个两个灵敏度的区域由低压强的方向移动。

           
   （3） 电子加速极电压越高，灵敏度跳变幅值越大。电子加速极电压为100V时，高灵敏度时低灵敏度的3倍多，而当电子加速极电压为40V时，高灵敏度是低灵敏度的1.3倍。
   （4） 电子加速极电压越高，灵敏度由双值得范围越宽，当电子加速极电压为100V时，由双值的范围从到，超过一个数量级；60V时，从到，小于一个数量级；而40V时从到，范围更窄。
   （5） 这种突变的灵敏度对于不用的规管带有偶然性，跳动的位置各不相同，甚至有些规管不存在跳动。如果各种规管灵敏度的突变位置是相同的话，那么我们就比较容易选择不同的电极加速极电压，把这种两个灵敏度的区域避开。但是，这种偶然性的存在，就很难完全避开两个灵敏度的区域。对于同一只规管甚至在除气前后的灵敏度也不一样。
    由以上灵敏度突变的特点，为了延伸玻壳B—A计的上限，我们在高压强时，采取比较低的即45V电子加速极电位额，这时规管在压强大于时才突变，即使突变，变化幅值也很小[见图2（c）]。因而DL-7的线性一直可到。由于电子加速极电压较低，灵敏度也较低（），同事电子加速极对灵敏度的影响也较大。当压强大于，电子加速极压较低时，离子流几乎不随压强的增加而增加[见图2（C）]。可是当电子加速极电压为300V时，离子流与压强虽不成线性关系，还是随压强的增加为增加。
    另一种解决两个灵敏度问题的方法是在玻壳上蒸导电层，并时导电层接地。由于玻壳具有一固定的电位，这是灵敏度也就不变。我们测量了三只带由喷涂氯化亚锡导电层的规管，时导电层接地，未见灵敏度有变存在。但是由于制备导电层，增加了一道工序，并且，又使电源增加了一根接地线。因此，我们不采取这个方案。

                      四、DL-7型电离计管的测试结果

(1)在与日本的B—A计（UGS-1A型）比对，如图3所示。
(2)在与DL-2型电离计的比较，如图4所示。比较气体是空气，读数基本一致。
(3)在与DL类-5电离计对比。如图5所示。比对时，气体是空气，读数基本一致。 
                
(4)在超高真空系统测得最低指示压强值为，采用的真空系统如图6所示。 
             
                                  五、讨论

   （1） 在高压强时，我们采用较低的电子加速极电压，灵敏度较低。这种工作参量才高真空时亦适用，其优点是：由于电压低，吸气，放气影响较小，当电子加速极与阴极之间电位从150V下降到35V时，X光本底电流大约下降8倍，而灵敏大约只下降4倍，因而对下限有利。其缺点是灵敏度受电子加速极电压的影响很大，因而要求电压稳定，同事要求小电流放大器放大倍数很高。
   （2） 在玻壳的内壁放一金属圆筒，并让它接地。这样电子就不会达到玻壳山。这时用高的电子加速极电位（200V对地）未发现灵敏度的跃变，线性近达。这种结构的规管适合于自动控制，因为在很宽的压强范围无需改变电参量，并有较高的上限。缺点是由于金属筒的存在，增加除气的困难。
   （3） 在高压强时，阴极电位较低（10V），这样克服了高压强电离计有时见到的”闪光”现象。

（4） 在高压强时，为了补偿因电子与气体分子碰撞而损失的能量，

应提高电子加速极电位。这样，可测量更高的压强。

在至，电子加速极电位为300V时，

离子流与压强的关系如图7所示。由图可见，

离子流与压强虽然偏离线性，但仍能单调上升。

由校准曲线扔可估计压强。

参考文献
[1]W.B.Nottinhham，The Eighth National vacuum Symposiun(A.V.S),1,494(1961).
[2]孙企答、陈建中，真空测亮与仪表， P.188.
[3]N．Ohsake，J,Vac.Sci.Technol.,20,4,1153（1982）
[4]H.blank and KI Petzold，Vacuum15,3,127（1965）
[5]L.Holland，Vacuum manual，P.246.
[6]Varjan Vacuum dinision，564 series Bayard-Alpert Lonization Tubes。
[7]林主税，小宫宗洽：超高真空，P.8.
[8]G.Garter and J.H.Leck，Brit.J.appl.phys.,10，364 (1959).
[9]陈建中”拓宽B—A规的量程”，在中国计量测试学会真空计量专业委员会上的报告。
[10]陈千寿寿，真空2，28（1979）