Brevet FR2020747A1 — publié le 19700717

La présente invention concerne la mesure des pressions dans des compartiments à très basse pression, et en particulier la mesure des pressions relativement fortes, jusqu'à quelques torrs, au moyen de tubes manomêtriques à ionisation. 5 Les tubes manomêtriques à ionisation pour basses pressions, _2 inférieures à environ 10 torr, sont déjà employés sous de nombreuses formes. Par contre, ceux de ces tubes qui sont destinés à des pressions relativement fortes ont pu très difficilement se répandre jusqu'ici, par suite des inconvénients qu'ils présentent en 10 fonctionnement. Pour les tubes manomêtriques à ionisation pour pressions relativement fortes qui sont déjà connus, on trouvera plus de détail et des exemples de réalisation dans "The Review of Scientific Instruments", vol. 20, n° 12, Déc. 1967, p. 1051-1054 (G.J. Schulz et A.V. Phelps : Instruments de mesure par ionisation, 15 pour les pressions inférieures à 1 mm env. ) et "Proceedings oi/bhe Symposium on Electron and Vacuum Physics',' Hongrie 1962, Budapest 1963, p. 403-411 (G. Hinzpeter: Emploi des tubes manomêtriques à ionisation dans les vides très poussés). Ces instruments comportent une cathode incandescente qui émet 20 des électrons, une électrode qui accélère les électrons émis par cette cathode incandescente, et un capteur ou collecteur•d'ions qui a pour but de collecter les ions positifs produits par les électrons accélérés à l'intérieur de l'espace gazeux en fonction de la densité et par suite de la pression du gaz. On sait que le 25 rapport du courant mesuré des ions positifs J- au courant des électrons émis par la cathode J+, constitue me mesure de la qualité du vide à l'intérieur du compartiment de mesure. Dans la zone linéaire de mesure, on a la relation J+/J- = pS, avec p = pression à mesurer, et S = Constante de proportionnalité appelée sensibi-30 lité. Un manomètre à ionisation utilisable dans la pratique industrielle devrait donner une indication linéaire dans tout le domaine de mesure. Mais la fraction du nombre des ions qui est captée par le collecteur d'ions dépend du libre parcours moyen de ces 35 ions dans l'espace gazeux, et par suite diminue quand la pression augmente. L'une des causes de ce phénomène tient à ce que le nombre des ions perdus par recombinaison avant d'atteindre le capteur d'ions augmente avec la pression, ce qui nuit au caractère linéaire de l'indication quand la pression devient assez importante» 40 Four conserver cette linéarité jusqu'à des pressions aussi fortes 69 35238 2 2020747 que possible, on a proposé de réduire autant que possible les espacements entre les diverses électrodes du dispositif de mesure; mais cela exige une grande précision de réalisation mécanique; d'autre part de faibles écarts relativement aux dimensions pres-5 crites (comme il peut s'en produire facilement quand on chaufffe le dispositif des électrodes pour dégazage) entraînent déjà de ^fortes erreurs de mesure. Pour mesurer des pressions gazeuses, on sait déjà employer une triode comportant une cathode incandescente axiale, une grille 10 hélicoïdale négative qui constitue le capteur d'ions, et une anode accélératrice des électrons qui entoure eoaxialement ce dispositifs Avec un tel système, dans lequel la grille collectrice des ions se trouvait à une distance d'environ 0,75 mm de la cathode incandescente, et le diamètre du cylindre d'anode était d'environ 3 mm, on 15 a obtenu une indication linéaire jusqu'à environ 1 torr. Il est très onéreux de fabriquer industriellement un tel système d'électrode avec les faibles tolérances nécessaires dans un tube de mesure, qui doit être interchangeable dans un montage de mesure. La sensibilité de ces tubes de mesure déjà connus était d'ailleurs 20 très faible (10~^ torr ~^). Dans d'autres dispositifs également connus, on a employé comme électrodes accélératrices des électrons et électrodes collectri* ces des ions, des plaques planes parallèles très faiblement espacées et entre lesquelles on tendait une cathode incandescente, ce 25 qui exige encore une précision élevée. La présente invention s'est au contraire proposée de mesurer le vide à l'aide de triodes qui possèdent un domaine plus étendu de linéarité, permettent d'obtenir des dimensions convenables Mans dépenses excessives de fabrication, et de plus procurent une sensL-30 bilité plus élevée. Le tube manométrique à ionisation prévu par la présente invention est conformé comme une triode, comporte une cathode incandescente qui émet des électrons, une électrode accélératrice des électrons, et un collecteur d'ions dieposé entre la cathode incan-35 descente et l'électrode accélératrice des électrons, et il est caractérisé par le fait que I4 disposition des trois électrodes précitées et leurs dimensions sont choisies de façon que la triode possède un facteur d'amplification compris entre 0,25 et l,'00i Dans le sens de la présente description, le rapport d'ampli-40 fication D est le rapport C4g/CQg d®s capacités électrostatiques 69 35238 2020747 existant, d'une part entre l'électrode accélératrice des électrons (anode) et la cathode, CAK ' et dT autre part entre le colle ci*teur dfions et la cathode , soit : D = . On obtient ainsi un domaine de linéarité qui peut atteindre 5 plusieurs torrs bien que les dimensions du système des électrodes soife beaucoup plus grandes que ce qui était considéré comme nécessaire d'après l'expérience acquise jusqu'ici» L'augmentation des dimensions du système permet d'admettre de plus grandes tolérances de fabrication, et procure une plus grande stabilité en fonction-10 nement. On décrira maintenant plus complètement un exemple de réalisation de la présente invention : La fig. 1 montre la constitution mécanique de la triode et la fig. 2 montre un montage simple de mesure. 15 On voit sur la fig* 1 une cathode incandescente 1 tendue en tre les deux tiges de tenue 2 et 3 qui sont également les électrodes amenant le courant de chauffage. Les quatre tiges 4 sont connectées entre elles électriquement et sont supportées par la plaque 5. Leur ensemble forme le collecteur d'ions. L'électrode 20 accélératrice des électrons est un cylindre 6 coaxial à la cathode, entourant la cathode incandescente et les tiges 4, et relié au montage extérieur par l'intermédiaire de la tige de tenue 7. Le cylindre 6 a un diamètre intérieur de 12 mm et une longueur de 25 mm; l'espacement entre les tiges 4 et la cathode est de 4 mm, 25 le diamètre de la cathode incandescente est de 0,5 mm, et le dia« mètre des tiges est d'environ 0,5 mm. Le système d'électrodes décrit ci-dessus est placé dans le compartiment dans lequel on doit mesurer la pression gazeuse, Il peut être utilisé dans un montage simple conforme à la fig. 2, qui 30 ne représente que l'essentiel. On voit que la cathode, qui est à chauffage indirect et dont le circuit de chauffage, de type habituel, n'est pas représenté, est reliée au potentiel du sol par l'intermédiaire d'un instrument de mesure 11, pour mesurer le courant d'émission J~. Le collecteur d'ions 4 est porté à un poten-35 tiel négatif de -50 ¥ par.exemple, et 1*électréde accélératrice des électrons 6 est portée à un potentiel positif d'environ 100 Y relativement au sol. On prévoit un instrument de mesure 12 pour mesurer le courant ionique. Avec les dimensions indiquées ci-des-aus pour ce système de tube, on a obtenu une sensibilité de 1,7 40 torr, c'est-à-dire plus du centuple de la sensibilité de la triode ORIGINAL 69 35238 2020747 mentionnée plus haut. Pour l'azote, les indications varient li~ -7 néairement depuis 10 torr jusqu'à 1 torr, avec un courant d'émission de 7 microampères. Cette forte sensibilité et la petitesse de la surface du collecteur d'ions donnent une limite dite de 5 Rôntgen beaucoup plus faible comparativement aux réalisations déjà connues de tubes manomêtriques pour pressions relativement fortes. Avec l'exemple décrit, cette limite est inférieure à lO^torr. On obtient ainsi un domaine de mesure qui nécessitait jusqu'ici l'emploi de deux tubes différents de mesure. 10 Outre le montage décrit ici, on peut également employer d'au tres montages prévus pour des tubes manomêtriques analogues à ionisation, tels que ceux qu'on emploie pour des pressions plus faibles, et qui comportent par exemple des dispositifs spéciaux pour stabiliser le courant d'émission électronique. BAD ORIGINAL 69 35238 5 2020747 REVENDICATIONS 1) Tube manométrique à ionisation constitué par une triode, comportant une cathode incandescente qui émet les électrons, une électrode accélératrice des électrons, et un collecteur d'ions 5 disposé entre la cathode incandescente et l'électrode accélératrice des électrons, ce tube étant caractérisé par le fait que la disposition des trois électrodes précitées et leurs dimensions sont choisies de façon que le système de triode possède un rapport d'amplification compris entre 0,25 et 1,00. 10 2) Tube manométrique à ionisation conforme à la revendica tion 1, caractérisé par le fait que l'électrode accélératrice des électrons est un cylindre ayant un diamètre de Ô à 16 mm. 3) Tube manométrique à ionisation conforme à la revendication 1, comportant une électrode accélératrice des électrons en 15 forme d'enveloppe cylindrique et une cathode incandescente installée dans l'axe du cylindre, ce tube étant caractérisé par le fait que le collecteur d'ions est un système de trois à cinq tiges parallèles à l'axe, qui sont disposées autour de la cathode, symétriquement par rapport à son axe. 20 4) Tube manométrique à ionisation conforme à la revendica tion 3, caractérisé par le fait qu'on prévoit quatre tiges parai-lèles à l'axe pour constituer le collecteur d'ions»