Manómetro de filamento caliente

Una corriente de electrones regulada (típicamente de 10 mA) se emite desde un filamento calentado. Los electrones son atraídos hacia la rejilla helicoidal por un potencial de corriente continua de aproximadamente +150 V. La mayoría de los electrones atraviesan la rejilla y colisionan con las moléculas de gas en el volumen cerrado, lo que provoca la ionización de una fracción de estas. Los iones de gas formados por las colisiones de electrones son atraídos hacia el hilo colector central de iones por la tensión negativa aplicada al colector (típicamente -30 V). Las corrientes iónicas son del orden de 1 mA/Pa. Esta corriente se amplifica y se muestra mediante un amplificador diferencial de alta ganancia/electrómetro.

Este valor del canal iónico varía para diferentes gases a la misma presión; es decir, un medidor de ionización de filamento caliente depende de la composición gaseosa sobre la que se vaya a trabajar. Sin embargo, en un amplio rango de densidad de moléculas, 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, que actúan como un triodo, donde el cátodo es el filamento. Los tres electrodos son un colector o placa, un filamento incandescente y una rejilla. La corriente del colector se mide en picoamperios mediante un electrómetro. La tensión del filamento a tierra suele ser de 30 voltios, mientras que la tensión de la rejilla es de 180-210 voltios CC, a menos que exista una función opcional de ionización electrónica, que consiste en calentar la rejilla, que puede alcanzar un potencial elevado de aproximadamente 565 voltios.

El medidor de iones más común es el medidor de cátodo caliente Bayard-Alpert, 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 manómetro desnudo se inserta directamente en la cámara de vacío, introduciendo las puntas a través de una placa cerámica en la pared de la cámara. Los manómetros de cátodo caliente pueden dañarse o perder su calibración si se exponen a la presión atmosférica o incluso a un vacío bajo mientras están calientes.

Los electrones emitidos por el filamento se mueven varias veces en movimientos de vaivén alrededor de la rejilla antes de entrar finalmente en ella. Durante estos movimientos, algunos electrones colisionan con una molécula de gas para formar un par de un ion y un electrón (ionización electrónica). El número de estos iones es proporcional a la densidad de moléculas de gas multiplicada por la corriente de electrones emitida por el filamento, y estos iones se vierten en el colector para formar una corriente iónica. Dado que la densidad de las moléculas de gas es proporcional a la presión, esta 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 inciden en la rejilla producen rayos X que generan ruido fotoeléctrico en el colector de iones. Esto limita el rango de los manómetros de cátodo caliente más antiguos a 10 ⁻⁸ Torr y el de los manómetros Bayard-Alpert a aproximadamente 10 ⁻¹⁰ Torr. La colocación de cables adicionales a potencial de cátodo en la línea de visión entre el colector de iones y la rejilla evita este efecto. En el tipo de extracción, los iones no son atraídos por un cable, sino por un cono abierto. Dado que los iones son atraídos por igual a todas las partes del cono, las fuerzas que los alejan del eje central se cancelan y pasan a través del orificio central formando un haz de iones. Este haz de iones puede dirigirse a un detector de Faraday:

• Copa de Faraday
• Analizador de masas cuadrupolo con copa de Faraday
• Detector de placa de microcanales con copa de Faraday
• Analizador de masas cuadrupolo con detector de placa de microcanales y copa de Faraday
• Lente de iones y voltaje de aceleración, y dirigida a un blanco para formar un detector de Faraday o pistola de chorro. En este caso, una válvula permite la entrada de gas a la jaula de la rejilla.

• Bayard-Alpert (utiliza tubo sellado).^[2]
• Manómetro desnudo (utiliza la cámara de vacío para lograr un sellado completo).