Активно ведется разработка отечественного активного датчика вакуума с холодным катодом на диапазон давлений от 1 до 10-9 Па.

          В связи с резким повышением цен на поставляемые высоковакуумные датчики ведущих зарубежных производителей, встала острая необходимость разработки и производства отечественных вакуумметров и контроллеров к ним. Обладая большим опытом производства и эксплуатации высоковакуумного оборудования, наличием опытных конструкторских кадров и соответствующими производственными мощностями мы и взялись за решение данной задачи.

              1. Исследование конструкций различных датчиков и выбор оптимального решения.

      Конструктивно простые, датчики с холодным катодом, зарекомендовали себя как надежное средство измерения в безмаслянном вакууме, хотя и требуют периодического обслуживания. Первоначально, в качестве аналога, мы использовали датчик Agilent IMG-300 и разработали на основе его свою конструкцию, которую испытали совместно с многоканальным контроллером фирмы Varian. Аналог показал полное соответствие исходному варианту, однако нас не устроил, поскольку показал нестабильный запуск в диапазоне от 5∙10-8 до 5∙10-9 Па, что вероятно, связанно со слабым магнитным полем (0.05Тл). Данный интервал нас интересовал, потому что в специфике нашего производства многие технологические камеры работают при давлении лучше 1∙10-8 Па. Для дальнейшего исследования мы выбрали вакуумную часть датчика IKR 270 Pfeiffer и двойного инверсно-магнетронного вакуумметра, с двумя соосно намагниченными кольцеобразными магнитами установленными полюсами друг к другу. 

             2. Разработка измерительного блока для активного датчика и контроллера для него.

        При разработке конструкции измерительного блока вакуумметра мы предусмотрели возможность использования его в качестве ремонтного для IKR 270 без дополнительной переделки и подстройки. Поэтому электронный блок точно также конструктивно устанавливается на вакуумную часть датчика Pfeiffer. 

        Главным отличием нашего измерительного блока, является наличие встроенного контроллера расчета и отображения давления в Паскалях на OLED дисплее. Это расширяет возможности применения изделия без внешнего контроллера, достаточно подать на разъем вакуумметра питание 24 В и считывать показания давления непосредственно с дисплея. В свою очередь блок оснащен, как и прототип, разъемом HIRSCHMANN GO 6 UM, имеет выходной сигнал 0-10 В и может применяться совместно с контроллерами Pfeiffer, как полный аналог IKR-270. Блок не чувствителен к помехам, имеет защиты от смены полярности и перегрузок. Микроконтроллерное управление измерительным узлом и высоковольтным генератором позволило оптимизировать работу блока при измерении токов от 200 пА и добиться высокой точности расчета характеристики "напряжение-давление". Согласно спецификациям Pfeiffer зависимость давления от выходного напряжения блока определяется выражением 

                                                                                                       P = 101,25 ∙ U - d, 

где P - давление, U - выходной сигнал, d - константа (d = 10.75 при давлении в Па). Моделирование передаточной характеристики логарифмического малошумящего усилителя позволила повторить эту зависимость с точностью 0,5 % и получать стабильный сигнал при давлении порядка 10-10 Па.

           В электронном блоке имеются три построечных резистора, один из которых согласовывает выходной сигнал и показания индикатора, а два других используются для индивидуальной подстройки вакуумметра. При этом погрешность измерения укладывается в +\- 30% в диапазоне от 10-8 до 10-1 Па.

           В качестве одноканального контроллера к нашему вакуумметру мы использовали контроллер Мерадат М16М6, в котором заложено степенное преобразование входного сигнала в показания вакуума. Правда, в контроллере не заложено питание датчика 24В, поэтому мы его незначительно доработали, добавив дополнительный стабилизированный источник, мощностью 3 Вт. Используя большое количества вакуумметров Pfeiffer на своем производстве, наши электронщики разработали многоканальный (до 16 подключаемых датчиков) контроллер, конструктивно размещенный в корпусе EUROPAC PRO F 3U84HP 355D. Контроллер работает с датчиками PKR 251, IKR 270, и их аналогами, обеспечивает питание датчиков, преобразование их сигналов в показания давления и имеет релейные выходные сигналы, настраиваемые на каждом канале индивидуально, которые позволяют использовать вакууметр в системах автоматического управления. Контроллер оснащен сетевыми интерфейсами RS232, RS485, ethernet. В настоящее время, мы ведем разработку двухканального контроллера для наших вакууметров, аналогичного TPG 261.

              3. Заключение.

           В рамках работ по импортозамещению критически важного измерительного оборудования, нам удалось разработать активный датчик с холодным катодом для измерений давлений в диапазоне от 1 до 10-9 Па. Датчик по своим характеристикам не уступает аналогам иностранного производства и может применятся как отдельно в своей линейке оборудования, так и совместно с существующими системами в качестве ремкомплекта. Подготавливается документация для аттестации активного датчика во ВНИИМ им. Д. И. Менделеева. Разработанный вакууметр оснащается контроллерами отечественного производства.