超高真空计中稳发射电路设计

论文总字数：22721字

摘 要

真空计是测量真空度的仪器，其性能指标将直接影响科研、生产任务的完成质量。提高稳发射电路的稳定性，对进一步提高真空计测量指标，具有一定的研究意义和实用价值，论文的目的是研究并设计一种用于电离真空计的稳发射电路。

论文首先分析电离真空计的工作原理，提出稳发射电路的设计指标，即提供稳定的发射电流，加速电压与阴极对地电压。利用继电器切换电阻网络，实现不同真空度下发射电流的切换，满足从高真空到超高真空的测量范围以及除气需求。利用可控硅交流调压的特性，设计可控硅式稳发射电路，并结合单片机控制，使得稳发射电路实现自动调节与切换，将整体电路制作为PCB电路板，装配器件并调试。

将设计完成的稳发射电路板外接真空计专用的调试电离规进行性能测评，测试稳发射电路中发射电流、加速电压、阴极中心点对地电压的稳定性,通过在全冷态状态下多次开机测量发射电流，开机后每半小时采样发射电流的测量方式，测量稳发射电路长期工作的可靠性。并用Delphi编写PC端软件，对电路参数进行实时检测，采样计算发射电流的大小并绘制图表，从PC端观察各种工作方式下电路参数与设定指标的误差。测试结果表明稳发射电路达到设计指标。

关键词：真空，稳发射，除气，发射电流，加速电压，单片机控制

Abstract

Vacuum gauge is one of the tools used to measure the degree of vacuum, whose performance will directly affect the quality of the completion of scientific production tasks. With the improvement of stability of emission circuit. it has a certain practical significance to further improve the measuring index and degree of digitization of the gauge. The purpose of the theory is to study and design a stable emission circuit for ionization vacuum gauge.

It first introduce the principle of ionization vacuum gauge, than propose the design index of stable emission circuit which provide stable emission current accelerate voltage and the voltage from center point of cathode to ground. By using the relay switching the resistance network, it can change the emission current for different vacuum degree from high vacuum to super high vacuum.Use the AC voltage regulation characteristics of silicon control, design stable emission current circuit based on silicon control, and use STM32 microprocessor control the circuit to switch and adjust by itself, finally, make PCB circuit board and debug it.

When complete the emission circuit, we use debugging ionization gauge to detect the performance of the circuit. we also detect the stability of emission current、accelerate voltage and the voltage from center point of cathode to ground after working for a long time. By measuring the emission current in the state of cold state repeatedly，and measure the emission current every half hour to detect the ability of working for long time. With Delphi, we make PC software to measure parameter of the circuit and observe the error between measurement and index we set. The result of the detect

Keywords: vacuum，stable emission，degas，emission current ，accelerate voltage，microcomputer control

目录

摘要 II

Abstract III

目录 V

第一章 绪论 7

1.1 引言 7

1.2 国内真空技术发展及研究现状 7

1.2.1 真空计发展状况 7

1.2.2 真空计发展动向 8

1.3 课题背景和意义 8

1.4 研究内容 9

1.5 论文组织 9

1.6 本章小结 9

第二章 电离真空计 10

2.1 真空区域的划分 10

2.2 电离真空计结构分类 11

2.3 热阴极电离真空计 12

2.3.1 热阴极电离真空计工作原理 12

2.3.2 电离规使用时的注意事项 13

2.3.3 电离规的特点 13

2.4 本章小结 14

第三章 电离规稳发射电路设计 15

3.1 稳发射电路需求及指标分析 15

3.2 可控硅稳发射电路方案 15

3.2.1 电离规稳发射电路介绍 15

3.2.2 可控硅与其在稳发射电路中的作用 16

3.2.3 单结晶体管与其稳发射电路中的作用 16

3.3 稳发射电路设计 16

3.3.1 电离真空计系统框图 16

3.3.2 稳发射电路模型图 17

3.3.3 稳发射电路 18

3.4 PCB版图 24

3.5 本章小结 24

第四章 稳发射电路软件部分设计 25

4.1 软件设计要求 25

4.2 稳发射电路软件流程图 25

4.3 PC端软件 27

4.4 本章小结 28

第五章 稳发射电路测试 29

5.1 稳发射电路测试与分析 29

5.1.1 测试内容及测试工具 29

5.1.2 测试结果分析 29

5.1.3 发射电流时间稳定性 30

5.2 软件测试与分析 31

5.3 本章小结 32

第六章 总结与展望 33

6.1 总结 33

6.2 展望 33

致谢 34

参考文献 35

绪论

引言

真空，指的是一无所有的空间。从工业方面解释，当空间内压强为零，即没有任何物质存在时，称之为完全真空；空间内压强在零以上的部分，称之为不完全真空。而从真空科学角度解释的真空与上述解释有程度上的差别，当容器内的气体压力低于标准大气压时，与大气压强间的差值称作真空；因此，当容器内压力低于大气压力时，可以将这部分空间都统称为真空。

用于测量真空环境真空度的仪器就是真空计，由传感器和相应的工作电路组成。真空计是真空技术的重要组成部分，在科学技术研究、工农业生产实践以及日常生活和工作中有着重要的作用。

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