[实用新型]一种热阴极电离规的量程连续线性切换电路

说明书

本实用新型涉及热阴极电离真空计量程线性切换电路，尤其涉及一种热阴极电离规的量程连续线性切换电路，包括电源电路、热阴极电离规电路和切换电路，所述电源电路包括电源V+、电源V‑、电容C1、电容C2和地AG，电容C1的一端和电容C2的一端相连后接地AG，电容C1的另一端接电源V+，电容C2的另一端接电源V‑，切换电路由真空计控制系统I/O口输出TTL逻辑电平使能指令信号控制，控制输入端为IE，该切换电路包括：转换驱动模块、恒流充电模块和恒流放电模块；IE端输入使能指令信号至转换驱动模块，转换驱动模块根据使能指令信号控制连接恒流充电模块和恒流放电模块。本实用新型有效降低阴极电位波动和暂态不稳定的的迹象，明显提升了真空规管测量的稳定性。

技术领域

本实用新型涉及热阴极电离真空计量程线性切换电路，尤其涉及一种热阴极电离规的量程连续线性切换电路。

背景技术

在宽量程高真空测量技术运用领域，热阴极电离真空测控技术是现今的主流技术。热阴极电离真空计是特指采用热阴极电离规来实现气体压力这种非电量变化量间接转换为电量变化的相对测量装置。

热阴极电离规虽然有各种不同的结构、原理的技术分类，最基本物理效应的运用是相同的。如图1所示：一个热阴极电离规至少具有：灯丝：阴极F；加速极、阳极：栅极A；板极：收集极C；其工作方式为：

在阴极加入电压加热灯丝，形成热释电子发射；当栅极对地AG间接有正高压即加速电压的条件下，阴极热释电子在高压电场的作用下，高速穿越网状的栅极，而规管内腔是与所测量气压环境直接相通的，高速穿越栅网的电子会按一定的概率与其间的气体分子发生的碰撞产生电离。气体分子电离形成：电子-离子对，离子带正电荷由规管最外层的筒装收集极C捕获，形成收集极C流向AG地的离子流Ii；阴极发射的电子及电离形成二次电子均带有负电荷，无论处于何种动能态，最终都将由处于正电位的栅极捕获。形成由阴极发射，栅极收集的电子流Ie。电子流的存在，使失电子的阴极与得电子的栅极形成了与加速电压相关联的电位分配关系。从严格的物理意义说，电子流、离子流都是由规管内各种物理效应形成的，不便于直接由规管输出，需要通过规管外部电路的设置来获得等效、等量的量值转换。

如：在阴极与AG间接入电阻，形成的旁路电流来平衡规管内的电子流，使阴极的电位稳定不变。在这样的条件下，旁路电流与电子流这两个不同物理意义的电流值才具有：旁路电流=发射电流的关系；这也正是我们可以用旁路电流值来定量设置阴极射电子能力的意义所在。离子流是pA级别的微小电流量，收集极与AG间接入微电流放大器，取样回路可能达到最高输入阻抗，其压降也趋近与零。这也才有了收集极电位=AG电位关系。这不仅是离子流会被收集极获取的条件，也是离子流经高倍率放大后的：可读出电流值及变化分辨率也才具备成为间接定量换算所测气体压力的关键技术环节。

不同结构和型号的规管，各自规定了实现其功能、指标必须严格满足的运行条件。如：加速电压值、阴极电位分配值、灯丝发射电子值以及建议使用的规管测灵敏度等。

以下采用ZJ-27电离真空规的应用参数来表述。为使电离规在不同量程范围都保持较好的检测灵敏度和精度，需要在偏离线性检测段设置“量程”转换电路，在保持阴极相对AG的电位稳定不变的条件下，通过改变阴极对AG的旁路电流值来定量设置发射电子，也即：电子流Ie，来分级改变电离规系数，使全气压测量范围离子流所表征的相对真空度具有较好的线性转换关系。如图2所示，热阴极电离规的阴极电位由灯丝电压串联等值电阻RA和RB的中点电位确定；在栅极对AG间提供+225V稳定的加速电压；严格保持阴极对AG的电位为+25V。

当量程切换开关K处于断开状态，由R01和R02串联的旁路电阻建立最小阴极旁路电流值并构成采样分压点VB，由此最小旁路电流值设定了真空计对应测量气压下限段的发射电流值；

当量程切换开关K闭合，旁路电流突变增加为R11新增旁路电流支路与原有R01、R02串联旁路支路电流并联，形成了阴极十倍发射电子的设置转换。依此不同发射电流值对应改变的规管系数来换算对应测量段的气压值，此做法能有效改善真空计全量程气压检测的非线性失真。