Próżniomierz jonizacyjny

Do pomiaru próżni stosować można różne mierniki, zwane próżniomierzami (wakuometrami). Są to przyrządy mechaniczne, piezoelektryczne, cieplno-przewodnościowe (Piraniego), termoelektryczne, bimetaliczne, kompersyjne (Mc Leoda) i jarzeniowe (Penninga). Jednak jednym z dokładniejszych jest próżniomierz jonizacyjny.

Jego zasada działania przypomina komorę jonizacyjną i lampę rentgenowską jednocześnie. Elektrony emitowane przez rozgrzaną katodę są przyspieszane przez anodę (siatkę) i zderzają się z atomami gazów, których resztki pozostają w każdej próżni, nawet kosmicznej. Zderzenia z elektronami wytwarzają jony, które następnie są przyciągane przez kolektor jonów, a przepływający prąd jest wzmacniany i mierzony. 

Źródło - LINK

Im doskonalsza próżnia w układzie podłączonym do głowicy pomiarowej, tym mniej cząstek ulega jonizacji pod wpływem strumienia elektronów i mniejszy jest prąd jonowy mierzony przez woltomierz. Zatem, podobnie jak w komorze jonizacyjnej, mierzony jest prąd jonizacji, tyle tylko, że źródło promieniowania znajduje się wewnątrz komory, a natężenie emisji jest stałe, bo mierzona jest inna wartość - stopień doskonałości próżni, a ściślej - zawartość pozostałych w układzie gazów. W komorze jonizacyjnej źródło promieniowania znajduje się zwykle na zewnątrz (są wyjątki w specjalnych typach komór), zaś wnętrze wypełnione jest gazem pod stałym ciśnieniem - atmosferycznym lub podwyższonym. 

Powyższy układ jest najprostszą konstrukcją próżniomierza jonizacyjnego, tzw. głowicą triodową. W głowicy takiej występuje zjawisko znane z lampy rentgenowskiej, czyli emisja promieniowania rentgenowskiego z anody. Jest to promieniowanie hamowania, powstające na skutek zderzeń elektronów z powłokami elektronowymi pierwiastków ciężkich, z których zbudowana jest anoda. Zjawisko to w próżniomierzu jest niepożądane, gdyż powoduje dodatkową jonizację i zawyża pomiar. Co prawda powstałe promieniowanie ma niską energię - jest "miękkie" - gdyż różnica potencjałów między katodą i anodą nie jest tak duża, jak w lampie rentgenowskiej, jednak wystarcza do zawyżenia wskazań.

Źródło - LINK

Spowodowało to konieczność opracowania nowego typu głowicy, jakim jest głowica Bayarda-Alperta (1950), w której kolektor o dużej powierzchni zastąpiono cienkim drucikiem.

Źródło - LINK

Oczywiście nadmierny wzrost ciśnienia w układzie np. z powodu jego rozszczelnienia mógł uszkodzić przyrząd wskutek przepływu zbyt dużego prądu jonowego. Dlatego też większość próżniomierzy wyposażano w blokadę nadmiarową, wyłączającą przyrząd w razie nagłego rozszczelnienia. Nie miały jej radzieckie stare przyrządy typu WIT.

Więcej na temat próżniomierzy jonizacyjnych i stosowanych do nich głowic pomiarowych można znaleźć na tej ciekawej stronie poświęconej technice próżniowej i elektronice - http://www.pwl.mikrokontroler.pl/index.htm

Warto też wspomnieć o próżniomierzach z zimną katodą (Penninga), znane też jako próżniomierze jarzeniowe. Katoda nie była w nich podgrzewana, zaś różnica potencjałów między elektrodami była na tyle wysoka (1000-2000 V), że występowało między nimi wyładowanie jarzeniowe. Wadą ich była duża niestabilność pracy, a zaletą niewrażliwość na zapowietrzenie.  

Odmianą próżniomierza jonizacyjnego był miernik alfatronowy (radioizotopowy), zwany też alfatronem. Mierzył on prąd jonowy powstający na skutek emisji cząstek alfa od niewielkiej ilości radu, niestety nie udało mi się znaleźć bliższych informacji na ten temat. Podejrzewam, że silna emisja radonu z radu powodowałaby pogorszenie próżni w układzie pomiarowym, zatem cząstki alfa musiałyby pochodzić raczej z polonu lub z ameryku. Temat zostawiam for further study.