El medidor de ionización de filamento caliente , a veces llamado medidor de filamento caliente o medidor de cátodo caliente , es el dispositivo de medición de baja presión (vacío) más utilizado para la región de 10 −3 a 10 −10 Torr . Es un triodo , siendo el filamento el cátodo .
Nota: Los principios son prácticamente los mismos para las fuentes de iones de cátodo caliente en los aceleradores de partículas para crear electrones.
Una corriente de electrones regulada (normalmente 10 mA ) se emite desde un filamento calentado . Los electrones son atraídos hacia la rejilla helicoidal por un potencial CC de aproximadamente +150 V. La mayoría de los electrones pasan a través de la rejilla y chocan con las moléculas de gas en el volumen encerrado, provocando que una fracción de ellas se ionice. Los iones gaseosos formados por las colisiones de electrones son atraídos hacia el cable del colector de iones central por el voltaje negativo en el colector (normalmente −30 V). Las corrientes iónicas son del orden de 1 mA/ Pa . Esta corriente es amplificada y mostrada por un electrómetro /amplificador diferencial de alta ganancia .
Esta corriente iónica difiere para diferentes gases a la misma presión; es decir, un medidor de ionización de filamento caliente depende de la composición. Sin embargo, en un amplio rango de densidad molecular , la corriente iónica de un gas de composición constante es directamente proporcional a la densidad molecular del gas en el medidor.
Un medidor de ionización de cátodo caliente se compone principalmente de tres electrodos, todos actuando como un triodo , donde el cátodo es el filamento. Los tres electrodos son un colector o placa, un filamento y una rejilla . La corriente del colector se mide en picoamperios mediante un electrómetro . El voltaje del filamento a tierra suele tener un potencial de 30 voltios, mientras que el voltaje de la red es de 180 a 210 voltios CC, a menos que haya una función opcional de bombardeo de electrones , calentando la red, que puede tener un alto potencial de aproximadamente 565 voltios. El medidor de iones más común es el medidor Bayard-Alpert de cátodo caliente , con un pequeño colector dentro de la rejilla. [1] Una envoltura de vidrio con una abertura al vacío puede rodear los electrodos, pero generalmente el calibre desnudo se inserta directamente en la cámara de vacío, y las clavijas se alimentan a través de una placa de cerámica en la pared de la cámara. Los manómetros de cátodo caliente pueden dañarse o perder su calibración si se exponen a presión atmosférica o incluso a un vacío bajo mientras están calientes.
Los electrones emitidos por el filamento se mueven varias veces en movimientos de ida y vuelta alrededor de la rejilla antes de finalmente entrar en ella. Durante estos movimientos, algunos electrones chocan con una molécula de gas para formar un par de un ion y un electrón ( ionización de electrones ). El número de estos iones es proporcional a la densidad de la molécula de gas multiplicada por la corriente de electrones emitida por el filamento, y estos iones se vierten en el colector para formar una corriente de iones. Dado que la densidad de la molécula de gas es proporcional a la presión, la presión se estima midiendo la corriente iónica.
La sensibilidad a baja presión de los manómetros de cátodo caliente está limitada por el efecto fotoeléctrico. Los electrones que golpean la rejilla producen rayos X que producen ruido fotoeléctrico en el colector de iones. Esto limita el rango de los medidores de cátodo caliente más antiguos a 10 −8 Torr y los medidores Bayard-Alpert a aproximadamente 10 −10 Torr. Los cables adicionales en el potencial catódico en la línea de visión entre el colector de iones y la rejilla evitan este efecto. En el tipo de extracción los iones no son atraídos por un alambre sino por un cono abierto. Como los iones no pueden decidir en qué parte del cono impactar, pasan a través del agujero y forman un haz de iones. Este haz de iones puede pasar a un