เกจวัดการแตกตัวเป็นไอออนด้วยไส้หลอดร้อน
 | |
| ชื่ออื่นๆ | เกจวัดแคโทดร้อน เกจวัดเบย์อาร์ด-อัลเพิร์ต |
|---|---|
| การใช้งาน | การวัดความดัน |
เกจวัดความดันแบบไอออนไนเซชันไส้หลอดร้อนหรือบางครั้งเรียกว่าเกจไส้หลอดร้อนหรือเกจแคโทดร้อนเป็นอุปกรณ์วัดความดันต่ำ (สุญญากาศ) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในช่วงความดันตั้งแต่ 10⁻³ ถึง 10⁻¹⁰ Torr เป็นอุปกรณ์แบบไตรโอดโดยไส้หลอดเป็นแคโทด
หมายเหตุ: หลักการส่วนใหญ่เหมือนกันสำหรับการสร้างอิเล็กตรอน จากแหล่งกำเนิดไอออนแบบแคโทดร้อนใน เครื่องเร่งอนุภาค
การทำงาน
กระแสอิเล็กตรอนที่ถูกควบคุม (โดยทั่วไป 10 มิลลิแอมป์ ) ถูกปล่อยออกมาจากไส้หลอด ที่ร้อน อิเล็กตรอนถูกดึงดูดไปยัง ตะแกรง เกลียวด้วยศักย์ไฟฟ้ากระแสตรงประมาณ +150 โวลต์อิเล็กตรอนส่วนใหญ่จะผ่านตะแกรงและชนกับโมเลกุลของแก๊สในปริมาตรที่ปิดล้อม ทำให้อิเล็กตรอนบางส่วนแตกตัวเป็นไอออน ไอออนของแก๊สที่เกิดจากการชนของอิเล็กตรอนจะถูกดึงดูดไปยังลวดตัวนำไอออนตรงกลางด้วยแรงดันลบที่ตัวนำ (โดยทั่วไป −30 โวลต์) กระแสไอออนมีค่าประมาณ 1 มิลลิแอมป์/ ปาสคาล กระแสนี้จะถูกขยายและแสดงผลโดยเครื่องขยายสัญญาณแบบดิฟเฟอเรนเชียล/ อิเล็กโทรเมตรที่มีอัตราขยายสูง
กระแสไอออนนี้จะแตกต่างกันไปสำหรับก๊าซต่างชนิดกันที่ความดันเดียวกัน กล่าวคือ เกจวัดการแตกตัวเป็นไอออนแบบไส้ร้อนนั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของก๊าซ อย่างไรก็ตาม ในช่วงความหนาแน่นของโมเลกุล ที่กว้าง กระแสไอออนจากก๊าซที่มีองค์ประกอบคงที่นั้นแปรผันตรงกับความหนาแน่นของโมเลกุลของก๊าซในเกจ
การก่อสร้าง
เกจวัดไอออนไนเซชันแบบแคโทดร้อนประกอบด้วยอิเล็กโทรดหลักสามตัว ซึ่งทั้งหมดทำหน้าที่เป็นไตรโอดโดยที่แคโทดคือไส้หลอด อิเล็กโทรดทั้งสามตัวได้แก่ ตัวเก็บประจุหรือแผ่นเพลท ไส้หลอดและตะแกรงกระแสตัวเก็บประจุจะวัดเป็นพิโคแอมแปร์โดยใช้อิเล็กโทรมิเตอร์แรงดันไส้หลอดเทียบกับกราวด์โดยทั่วไปอยู่ที่ศักย์ 30 โวลต์ ในขณะที่แรงดันตะแกรงอยู่ที่ 180–210 โวลต์ DC เว้นแต่จะมี คุณสมบัติ การระดมยิงอิเล็กตรอน เพิ่มเติม โดยการให้ความร้อนแก่ตะแกรง ซึ่งอาจมีศักย์สูงถึงประมาณ 565 โวลต์ เกจวัดไอออนที่พบได้บ่อยที่สุดคือเกจ Bayard–Alpert แบบ แคโทดร้อน ซึ่งมีตัวเก็บประจุขนาดเล็กอยู่ภายในตะแกรง[ 1 ]ซองแก้วที่มีช่องเปิดสู่สุญญากาศสามารถล้อมรอบอิเล็กโทรดได้ แต่โดยปกติแล้วเกจเปลือยจะถูกใส่เข้าไปในห้องสุญญากาศโดยตรง โดยหมุดจะถูกส่งผ่านแผ่นเซรามิกในผนังของห้อง เกจวัดแรงดันแบบแคโทดร้อนอาจเสียหายหรือสูญเสียการสอบเทียบหากสัมผัสกับความดันบรรยากาศหรือแม้แต่สุญญากาศต่ำในขณะที่ยังร้อนอยู่
อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากไส้หลอดจะเคลื่อนที่ไปมาหลายครั้งรอบตะแกรงก่อนที่จะเข้าไปในตะแกรง ในระหว่างการเคลื่อนที่เหล่านี้ อิเล็กตรอนบางส่วนจะชนกับโมเลกุลของแก๊สเพื่อสร้างคู่ของไอออนและอิเล็กตรอน ( การแตกตัวเป็นไอออนของอิเล็กตรอน ) จำนวนไอออน เหล่านี้ เป็นสัดส่วนกับความหนาแน่นของโมเลกุลของแก๊สคูณด้วยกระแสอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากไส้หลอด และไอออนเหล่านี้จะไหลเข้าสู่ตัวเก็บประจุเพื่อสร้างกระแสไอออน เนื่องจากความหนาแน่นของโมเลกุลของแก๊สเป็นสัดส่วนกับความดัน ความดันจึงถูกประมาณโดยการวัดกระแสไอออน
ความไวต่อแรงดันต่ำของเกจวัดความดันแบบแคโทดร้อนนั้นถูกจำกัดด้วยปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก อิเล็กตรอนที่กระทบกับตะแกรงจะสร้างรังสีเอ็กซ์ซึ่งก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนโฟโตอิเล็กทริกในตัวเก็บไอออน สิ่งนี้จำกัดช่วงการวัดของเกจวัดความดันแบบแคโทดร้อนรุ่นเก่าไว้ที่ 10⁻⁸ Torr และเกจวัดความดันแบบ Bayard–Alpert ไว้ที่ประมาณ 10⁻¹⁰ Torrการเพิ่มลวดที่ศักย์ไฟฟ้าแคโทดในแนวสายตาระหว่างตัวเก็บไอออนและตะแกรงจะช่วยป้องกันปรากฏการณ์นี้ได้ ในเกจวัดความดันแบบสกัด ไอออนจะไม่ถูกดึงดูดด้วยลวด แต่จะถูกดึงดูดด้วยกรวยเปิด เนื่องจากไอออนถูกดึงดูดอย่างเท่าเทียมกันไปยังทุกส่วนของกรวย แรงที่ดึงไอออนออกจากแกนกลางจึงหักล้างกัน และไอออนจะผ่านรูตรงกลางก่อให้เกิดลำแสงไอออน ลำแสงไอออนนี้สามารถส่งต่อไปยัง...
- ถ้วยฟาราเดย์
- เครื่องวิเคราะห์มวลแบบควอดรูโพลพร้อมถ้วยฟาราเดย์
- เครื่องตรวจจับแผ่นไมโครแชนเนลพร้อมถ้วยฟาราเดย์
- เครื่องวิเคราะห์มวลแบบควอดรูโพลพร้อมตัวตรวจจับแผ่นไมโครแชนเนลและถ้วยฟาราเดย์
- เลนส์ไอออนและแรงดันเร่งจะถูกส่งไปที่เป้าหมายเพื่อสร้างปืนพ่นอนุภาคในกรณีนี้ วาล์วจะปล่อยก๊าซเข้าไปในกรงตะแกรง
ประเภท
- Bayard–Alpert (ใช้หลอดปิดผนึก) [ 2 ]
- เกจวัดแบบเปลือย (ใช้ห้องสุญญากาศเพื่อสร้างการปิดผนึกที่สมบูรณ์)
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- เครื่องวัดไอออนทำงานอย่างไร?
- ฉันควรใช้เส้นใยชนิดใดกับเกจวัดไอออนของฉัน?
- หลอดวัดไอออนไนเซชันไส้ร้อน
- สิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาหมายเลข 4792763 - เกจวัดความดันแบบไอออนไนเซชันแคโทดร้อน
- สิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาหมายเลข 5373240 - เกจวัดความดันไอออนไนเซชันแบบแคโทดร้อน ซึ่งประกอบด้วยชุดอิเล็กโทรดที่จัดเรียงห่างกันเป็นลำดับตามแนวแกน