159419. lajstromszámú szabadalom • Penning vákuummérő
3 159419 4 Az 1. ábra az elektródok közötti, különböző nyomáshoz és korlátozó ellenállásihoz tartozó kisülési feszültség függvényében a kisülési áramot szemlélteti. 9 2. ábra meghatározott korlátozó ellenállások és elektródfeszültségek- mellett a kisülési áramot mutatja a nyomás logaritmusának függvényében. A 3. ábra az 1. ábrában feltüntetett görbék alakulását mutatja a találmány szerinti megoldás alkalmazása esetén. A 4. ábra a kisülési áramot mutatja a nyomás logaritmusának függvényében a találmány alkalmazása esetén. Az 5. ábra a találmányunk szerinti megoldás egyik lehetséges kivitelét ábrázolja. A kapcsolási rajzon feltüntetett áramkör alkalmas a 3. ábrán bemutatott szaggatott vonallal jelölt karakterisztika megvalósítására. Az 1. ábrán látható szaggatott egyenesek egy-e gy korlátozó ellenálláshoz tartozó elektródafeszültség-kisülési áram összefüggést szemléltetnek, különböző nyomásokra. Amint látható, ez az összefüggés lineáris. A két elektróda közötti közeg nyomása azonban, amint a nyomásgörbék alapján az megállapítható, nemlineáris befolyást gyakorol a kisülési áraimra, aminek következtében a 2. ábrán jól látható nemlineáris összefüggés csak egy nyomásnagyságrend határain belül nyújt közel állandó relatív érzékenységű, vagyis megnyugtatóan mérhető áraanintenzitás-iváltozást. Mind a hagyományos, mind a találmányunk szerinti megoldásnál a korlátozó (előtét) ellenállás értékét úgy választottuk meg, hogy a kisülési áram 10~2 torr nyomásnál 100 nA legyen és még teljes rövidzárlat se haladhassa meg a 150 /xA -t annak érdekében, hogy a mérőcsövet káros terhelés ne érje. Ebből a jelleggörbeseregből könnyen megszerkeszthetők a Benning-vákuummérő a kisülési áramot a nyomás logaritmusának függvényében ábrázoló jelleggörbéi a különböző korlátozó ellenállások esetében és ezeket a görbéket tüntettük fel a 2. ábrán. Láthatjuk, hogy a kisülési áramot a nyomás logaritmusának függvényében ábrázoló jelleggörbe, vagyis a cső kalibrációs görbéje 50 Mohmos korlátozó ellenállás esetében Ms nyomáson közel lineáris, nagy nyomáson viszont igen nyomott. A 10 Mohmos korlátozó ellenállás esetében éppen fordított a helyzet. Végül a kompromisszumot jelentő 20 Mohmos korlátozó ellenállás esetében a kalibrációs görbe kis és nagy nyomásokon egyaránt összenyomott és csak a középső tartományban közel lineáris. A PenmngJvákuummérő mérési tartományának a nyomásváltozás több nagyságrendjére való kiterjesztését a közegnyomás nemlineáris befolyásának áramköri kompenzálásával oldjuk meg. így például a tárgy szerinti Penning-vákuummérő esetében kedvező az olyan feszültségforrás alkalmazása, amelynek áramszolgáltatása a 3. ábrában feltünetett szaggatott vonal szerint változik. Ha ebből megszerkesztjük a kalibrációs görbét, akkor a 4. ábrán bemutatott közel lineáris karakterisztikához jutunk. A 3. ábra szerinti jelleggörbe természetesen egy meghatározott követelményt kielégítő példakénti szerkezettel megvalósítható karakterisztika, amelyet a mérőcső sajátossága és a kívánalmak határoznak meg, ugyanis a karakterisztika görbe alakja a kívánalmaktól függően más és más lehet, A 3. ábra szerinti jelleggörbe megvalósítására szolgáló egy példaként! kiviteli áramkört láthatunk az 5. ábrán. Az áramkör működését az 5. ábra segítségével magyarázzuk. Amikor a P Pennirjig-mérőcsőben a nyomás igen kicsi, vagyis az M mérő műszeren át gyakorlatilag nem folyik áram, a D2 dióda vezet, mert az U2 második referenciafeszültségforrás által szolgáltatott referenciatfeszültség pozitivabb mint az Ul referenciafeszültségforrás által szolgáltatott referenciafeszültség. A Dl dióda le van zárva és az Ul referenciafeszültségforrást, az RÍ, R2, R3 és R4 ellenállásokból képzett feszültségosztóból és az Á diferenciálerősítőből álló áramkör mint feszültségstabilizátor működik és stabilizálja az U tápfeszültséget. A nyomás növekedésekor a P Fenning-mérőcsövön növekszik az átfolyó áram. A D2 dióda továbbra is vezet és az áramkör változatlanul stabilizálja az U tápfeszültséget. A P Penning^mérőcsőre jutó feszültség jelleggörbéje az R5 ellenállásnak megfelelő meredekségű lesz: ez a szakasz a kívánt jelleggörbe nagyfeszültségű, meredek szakasza. A P Penning-mérőcső áramának további növekedésekor a D2 dióda megszűnik vezetni, mimellett a Dl dióda nem vezet még. Ebben a szakaszban az A difereneiáserősítő bemenetére nemcsak az U tápfeszültséggel, hanem — R3 és R4 ellenállásokon keresztül — a P Penning-mérőcsövön átfolyó árammal arányos jel is jut. Ennek következtében az elrendezés már nem az U tápfeszültséggel, hanem az U tápfeszültség és a P Penning-mérőosövön átfolyó áram hányadosát, vagyis az A diferenciál erősítő kimenő ellenállását stabilizálja. Ez lesz a görbe középső, kisebb meredekségű szakasza. A középső szakasz addig tart, amit a P Penning-mérŐ!CSÖvön átfolyó áram további növekedése következtében az R3 ellenálláson a feszültségesés annyira megnő, hogy a Dl dióda vezetni kezd. Ezzel megszűnik az A diferenciál erősítő bemenetén az M mérőműszer áramával arányos jel és az áramkör megint úgy működik, 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 "?
