позволяет использовать их без ловушек. Следует, однако, отметить, что это преимущество проявляется лишь в прогреваемых вакуумных системах, так как во время остановки насоса масло проникает в окачиваемый объект. К недостаткам таких насосов следует отнести сложность ремонта и обезгазживания корпуса насоса.
Ионно-сорбционные и криогенные насосы принципиально отличаются от рассмотренных типов механических насосов тем, что откачиваемый ими газ не удаляется в атмосферу или в форвакуумный насос, а связывается физически или химически непосредственно в объеме самого насоса. Ионно-сорбционные насосы связывают газ двумя способами: ионной и сорбционной откачками. Ионная откачка осуществляется внедрением ускоренных ионов в электроды насоса. Сорбционная откачка происходит на активных поверхностях, обновляемых путем конденсации, на них термически испаряемого сорбционно-активного материала. В ионно-геттерных насосах типа ГИН с независимым распылением титана ток термокатода используется для электронной бомбардировки распылителя и ионизации газа внутри насоса. Ионизированный газ хорошо сортируется тремя способами: химическим взаимодействием с активным металлом, напыленным на стенки, ионной откачкой путем внедрения положительных ионов в материал стенок корпуса на глубину, пропорциональную энергии ионов, и физической адсорбцией путем «замуровывания» адсорбированных газов свеженапыленными пленками активного металла.
Ионно-сорбционными насосами с саморегулирующимся распылением активного металла являются магниторазрядные насосы типов НЭМ, НМДО (НОРД) и ТРИОН. Откачиваемые газы в таких насосах ионизируются первичными электронами, появляющимися за счет автоэлектронной эмиссии из катода. Средняя длина пути электронов в пространстве ионизации увеличена за счет воздействия на них перекрещивающихся электрического и магнитного полей. Положительные ионы
121
ионизированного газа, слабо отклоняющиеся магнитным полем, бомбардируют катод, изготовленный из сорбционное активного материала - титана. Пленка титана, распыляющаяся
скатода, осаждается на аноде. Активные газы химически взаимодействуют с распыляемыми атомами материала катода и осаждаются на анод в виде химических соединений или непосредственно взаимодействуют со свеженапыленной пленкой на аноде. Инертные газы откачиваются внедрением в материал катода за счет ионной откачки. Насосы типа НМДО (НОРД) отличаются от насосов типа НЭМ тем, что имеют охлаждаемые водой электроды, способные устойчиво откачивать газы в более широком диапазоне давлений, и имеют повышенное давление запуска.
Ккриогенным насосам относятся адсорбционные и конденсационные насосы. Принцип действия основан на температурной обратимости явлений физической адсорбции. В качестве адсорбентов используются цеолиты, активированные угли, силикагели и др. Хладагентом в адсорбционных насосах является жидкий азот. Адсорбционные насосы могут работать от атмосферного давления. Предельно достигаемое остаточное давление адсорбционных насосов с неподвижным адсорбентом при откачке атмосферного воздуха составляет 10 -3 торр. Оно ограничивается давлением плохо сорбирующихся газов, таких как Н2, Не, входящих в состав воздуха.
Высоковакуумные агрегаты типа ЭРА состоят из насосов типа НЭМ и ЦВН. Конденсационные насосы охлаждаются до температур жидкого гелия или водорода.
По основным составляющим воздуха N2, О2, часто присутствующий в вакуумных системах СО быстроты откачки и другие характеристики насосов соответствуют паспортным данным. По другим компонентам остаточных газов в насосах различных типов возможны дискриминации по быстроте откачки.
Водород хорошо откачивается пароструйными насосами
словушками и без ловушек. Катализ в сорбционных
122
ловушках, разложение паров масла в термосорбционных и электронных ловушках приводят к обогащению спектра остаточных газов паромасляных насосов водородом. Турбомолекулярный насос откачивает водород с наименьшим коэффициентом компрессии по сравнению с остальными газами. Магниторазрядные насосы быстро насыщаются при откачке водорода, но в начальный момент скорость их откачки по водороду в три раза выше, чем по воздуху. Адсорбционные насосы, охлаждаемые до температуры жидкого азота, плохо откачивают водород. Конденсационные насосы, охлаждаемые до температуры жидкого водорода или гелия, также плохо откачивают водород. Гелий и неон хорошо откачиваются пароструйными и турбомолекулярными насосами, но со значительно меньшим коэффициентом компрессии по сравнению с воздухом. Адсорбционный и конденсационные насосы практически не откачивают гелий и неон. Во время работы магниторазрядных насосов наблюдается быстрое уменьшение быстроты откачки указанных газов, а начальное значение быстроты откачки не превышает 10-20% от быстроты откачки по воздуху. Углеводороды всегда присутствуют в спектре остаточных газов пароструйных и турбомолекулярных насосов, особенно в непрогреваемых вакуумных системах. Магниторазрядные насосы плохо откачивают пары масла и углеводороды, а пленки продуктов крекинга, покрывающие электроды, затрудняют откачку других газов. На чистых поверхностях титана при наличии углерода и водорода синтезируются метан и другие легкие углеводороды. Прекрасно откачивают углеводороды все виды криогенных насосов. Тяжелые углеводороды откачиваются адсорбционными насосами и ловушками даже при комнатной температуре. Пары воды и СО2 хорошо откачиваются всеми видами насосов, особенно адсорбционными и конденсационными. Присутствие этих газов в больших количествах нежелательно в системах с адсорбционными ловушками. Хорошо адсорбируясь при комнатных температурах, после достижения равновесия они
123
могут вновь выделяться в вакуумную систему, создавая постоянный фон в спектре остаточных газов.
2.4. Силоизмерительные устройства с упругими динамометрами
Силоизмерительное устройство содержит силовоспринимающую и измерительную части [4]. Силовоспринимающая часть содержит элементы для восприятия реакций механической системы и передачи измеряемой силы на динамометр - основной элемент измерительной части, который содержит датчик силы, преобразующие, измерительные и регистрирующие устройства. В месте установки датчика возникает сила, противодействующая измеряемой - сила реакции датчика. По способу создания реакции можно выделить датчики трех типов:
1)с электрически неактивным упругим элементом, у которого реакция создается в результате деформации упругого электрически неактивного элемента - датчик раздельного преобразования;
2)с электрически активным упругим элементом, у которого реакция создается деформацией упругого электрически активного, т. е. одновременно чувствительного элемента, - датчик совмещенного преобразования;
3)с силовым уравновешиванием, у которого реакция создается силовозбуждающим устройством - механическим или электромеханическим.
К датчикам первого типа относят наиболее распространенные в настоящее время датчики силы. Упругий элемент этих датчиков выполняет чисто механические функции - создает реакцию измеряемой силе. Возникающая деформация упругого элемента воспринимается чувствительным элементом и преобразуется в выходную величину, т. е. процессы деформирования и преобразования происходят в различных элементах датчика.
124
Кдатчикам этого типа относят, например, датчики с механическими, тензорезисторными, индуктивными или емкостными преобразователями деформации в электрический сигнал.
В датчиках второго типа механическая нагрузка действует на электрически или магнитно активный упругий элемент, который реагирует на созданное нагрузкой поле механических напряжений или деформаций изменением своих электрических или магнитных характеристик. К датчикам этого типа относят, например, угольные, пьезоэлектрические
имагнитоанизотропные датчики.
Кдатчикам третьего типа относят датчики с электродинамическим уравновешивающим силовозбуждающим устройством. В датчиках этого типа электрическое питание силовозбудителя цепью управления увеличивается настолько, что деформация упругого элемента в первом приближении устраняется, т. е. измеряемая сила уравновешивается силой возбудителя, а электрическое питание силовозбудителя является мерой измеряемой силы. Датчики этого типа нашли применение преимущественно при измерении малых и весьма малых сил.
Используемые в датчиках первого типа преобразователи можно разделить на параметрические и генераторные. В параметрических преобразователях энергия, отдаваемая в измерительную цепь в виде выходной величины, обеспечивается вспомогательным источником питания, а не отбирается у измеряемого объекта - источника силы. В генераторных преобразователях энергия, необходимая для создания выходной величины, отбирается у измеряемого объекта. У генераторных датчиков постоянная электрическая мощность может отбираться только тогда, когда источник силы обеспечивает необходимое непрерывное питание. Такое состояние возможно лишь в том случае, когда существуют временные изменения измеряемой силы.
Таким образом, параметрические преобразователи
применяют в датчиках для измерения статических и
125