[发明专利]一种放电气体环境离子真空规管辅助仪器

说明书

技术领域

本发明属于真空测量技术领域，具体涉及一种提高电离真空规管在放电气体环境中测量稳定性和准确度的仪器，同时该仪器配合离子真空规管使用，可以测量放电气体的电离度。

背景技术

在真空科学中，真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态。人们通常把这种稀薄的气体状态称为真空状况。随着现代工业水平的提供，真空设施广泛应用于金属材料工业、核能工业、汽车工业、食品工业和建筑工业等，同时近年来真空技术已从传统的工业领域转向半导体、平板显示(LCD、PDP)、纳米科技、精细化工等高端产业领域。真空区域的划分，根据我国GB3163-82的规定：低真空10⁵～10²Pa；中真空10²～10^-1Pa；高真空10^-1～10^-5Pa；超高真空＜10^-5Pa。真空测量包括全压力测量、分压力测量和真空计校准三个部分，人们通常使用间接测量压力的真空计在各对应真空量程范围内进行测量，如使用电阻真空规管(又名皮拉尼真空计)测量10⁵～10^-1Pa中低真空压力，使用普通型电离真空规管测量10^-1～10^-5Pa高真空压力。

电离真空规管的工作原理：产生的电子从电场获得能量，若与气体分子碰撞，将使气体分子以一定几率发生电离，产生正离子和次级电子。其电离几率与电子能量有关。电子在飞行路途中产生的正离子数，正比于气体密度n，在一定温度下正比于气体的压力p，可根据离子电流的大小指示真空度。

量程为10^-1～10^-5Pa的电离真空规管在测量高真空中广为采用，电离真空规管是通过电离真空中的气体，利用气体在不同气压下的电学特性来测量真空，它处理的是传统条件下表现为绝缘性的气体，没有额外的电离源，不呈现等离子体状态。但是现在生产科研中很多装置自身电源系统会电离气体，如微电子工业、金属改性、军工生产等。这类装置自身可以电离气体，增加气体中的电子离子数量，从而改变了电离真空规管所利用的气体电学特性，这是原先的电离真空规管设计没有考虑到的，如果这种等离子体状态下使用电离真空规管，会使测量产生误差，甚至出现电流过流，电离真空规管不能工作的情况。

发明内容

本发明在研究真空装置中的放电气体的等离子体特性和电离真空规管工作原理的基础上，提出一种伴随电离真空规管使用，提高电离真空规管在放电气体环境中的准确性及稳定性的新型仪器，同时该仪器配合离子真空规管使用，可以测量放电气体的电离度，我们称之为新型放电气体环境离子真空规管辅助仪器。

电离真空规管的量程为10^-1～10^-5Pa，而在这个压强区间内，产生的等离子体特别易于扩散，会分布在整个装置空间内，就会有一些等离子体中的电子离子扩散进电离真空规管和腔体的连接口内，在电离真空规管所产生的电场作用下，被收集极接收，而此时的离子电流和原来电离真空规管已经标定好的和压强一一对应的离子电流已有出入，测量准确度就会降低，若进入电离真空规管中的电子和离子太多，还有可能使电离真空规管出现电流过流不能工作，甚至损坏。我们基于提高真空材料相容性、减少系统杂质、不影响电离真空规管接口处流导的考虑下，设计出如图1所示的电离真空规管辅助仪器。该辅助仪器包括如下结构单元：

一个金属网状结构的离子屏蔽电极1；一个与金属网状结构的离子屏蔽电极平行设置的金属网状结构的电子屏蔽电极2；离子屏蔽电极1和电子屏蔽电极2两者构成第一级离子屏蔽，电子屏蔽电极2与真空室器壁3之间构成第二级电子屏蔽；

两个绝缘支柱7和6分别设置于离子屏蔽电极1和电子屏蔽电极2以及电子屏蔽电极2与真空室器壁3之间，使三者相互绝缘；

一个仪器安装接口5设置于电子屏蔽电极2外侧用于与真空室电离真空规管接口4对接；

在离子屏蔽电极1和电子屏蔽电极2之间施加电压V1，在电子屏蔽电极2与真空室器壁3之间施加电压V2。

本发明中，第二级电子屏蔽的空间距离L2为第一级离子屏蔽的空间距离L1的1.5-3倍。离子屏蔽电极1和电子屏蔽电极2的长度尺寸D1为真空室电离真空规管接口尺寸D2的2-4倍。