Файл: Слободенюк, Г. И. Квадрупольные масс-спектрометры.pdf

рого определяется продетектированным (диод Д10) и усиленным в УПТ (транзисторы ТЗ— Т7) постоянным сигналом отрицательной обратной связи, величина кото­ рого прямо пропорциональна выходному напряжению. Первые каскады УПТ питаются от стабилизированного

источника, построенного на стабилитронах ДЗ—Д6 и

и 10) по конструктивным соображениям не может быть поднята выше 2—2,2 кв. Вместе с тем требующееся на выходе ВИП напряжение должно составлять по прове­ денному ранее расчету величину, регулируемую от 2 до 4 кв. Поэтому детектор радиочастотного напряжения выполнен по схеме удвоения (диоды Д8, Д9) с защитой от пробоев в нагрузке, осуществляемой с помощью вклю­ ченного последовательно с нагрузкой сопротивления.

Рассматриваемый вариант схемы ВИП хорош тем, что в нем повышена частота переменного выпрямляе­

174

мого выходного напряжения. Это позволяет существен­ но снизить уровень пульсаций на выходе ВИП при обес­ печении достаточно широкого диапазона плавной регу­ лировки выходного напряжения с помощью единствен­ ного в схеме точного многооборотного потенциометра.

Рассмотренная схема блока ВИП применена в приборах КМ-1, КМ-2, КМ-3 и КМ-4. Стабильность выходного напряжения ВИП составляет десятые и даже сотые доли процента, а пульсации не превышают нескольких

КМ-2 входят: набор стабилизированных с помощью ста­ билитронов источников питания на ±200 в; прибор для индикации режима работы ионного источника (т. е. на­ пряжений, подаваемых на его электроды, с выхода БПИИ) и стабилизатор тока эмиссии, выполненный по хорошо известной стандартной схеме [56]. В этом же блоке размещены: ступенчатый делитель усиленного в УПТ сигнала и кнопочное управление реле, которые коммутируют входное сопротивление в УПТ для обеспе­ чения работоспособности КМ-2 в нужном динамическом диапазоне.

УПТ. На рис. 30 и 31 представлены принципиальные схемы УПТ в приборах КМ-1 и КМ-2 соответственно. Эти схемы имеют много общего. 1. Они построены по

175

схеме усилителей с непосредственной связью, охвачен­ ной 100%-ной отрицательной обратной связью, позво­ ляющей уменьшить величину паразитной входной емко­ сти УПТ и увеличить его входное сопротивление. 2. Оба их усилителя оснащены входными электрометрическими каскадами, дающими возможность реализовать высокое

Рис. 31. Принципиальная схема УПТ в приборе КМ-2.

входное сопротивление, и снабжены регулировками, обеспечивающими сохранение постоянного нулевого по­

Различаются эти УПТ своими габаритами; конструк­ тивным оформлением; способом коммутации; величина­ ми коммутируемых на входе УПТ сопротивлений и, сле­ довательно, достигнутыми значениями их динамического диапазона. Ламповая схема УПТ в приборе КМ-1 раз­ делена на две части — выносной электрометрический каскад с механическим переключателем входных сопро­ тивлений и собственно усилитель, входящий в состав БПИИ в приборе КМ-1. В приборе КМ-2 весь усилитель (благодаря его малым габаритам), собранный на электрометрической лампе ЭМ-7 и полупроводниковом транзисторном усилителе в интегральном микросхемном исполнении (микросхема 1УТ401Б), размещен в метал­ лическом корпусе, служащем усилителю экраном от на-

176

водок, и вынесен из аппаратурной части прибора КМ-2 для максимального приближения его к датчику. Эта мера необходима для уменьшения шунтирующей вход УГ1Т емкости, определяющей полосу пропускания усили­ теля и, в конечном итоге, влияющей на реализацию зало­ женной в приборе совокупности потенциальных значе­ ний основных характеристик масс-спектрометра.

Дополнительные элементы специального назначения.

В тех нередких случаях, когда от масс-спектрометра нужна информация о парциальном содержании лишь не­

ского контроля и управления парциальным составом анализируемой разреженной среды в части, касающей­ ся пяти наиболее важных компонентов, выбираемых оператором в пределах рабочего диапазона масс. Были возможны два варианта построения схемы такого при­ бора. Первый основывался на автоматической, проис­ ходящей через определенный интервал времени, пере­

с периодом заданного рабочего цикла. При реализации этого варианта возможность панорамного слежения за спектром масс в процессе работы отсутствовала бы. Это

КМ-3, масс-спектрометр работает в режиме панорамного сканирования по спектру масс аналогично приборам КМ-1 и КМ-2.

Сигналы, пропорциональные парциальным давлениям нужных пяти компонентов, выделяются непосредст­ венно из полученного спектра масс и сравниваются с заданными по программе пороговыми значениями в пя­ тиканальном блоке сравнения.

В случае превышения сигнала в каком-либо канале заданного порогового значения в приборе должны были вырабатываться и срабатывать система световой сигна­ лизации и приводиться в действие устройство, комму-

тирующее сигналы, подаваемые на исполнительные ме­ ханизмы системы автоматического регулирования.

Не повторяя описания общей для всех КМ части структурной схемы КМ-3, остановимся на работе схе­ мы блока сравнения, состоящего из пяти работающих параллельно и независимо друг от друга сравниваю­ щих устройств и предназначенного для выделения из общего спектра масс пяти интересующих оператора ком­ понентов, сравнения интенсивности каждого из них с за­ данными оператором или автоматическим программато­ ром пороговыми значениями и выработки при этом не­ обходимых электрических сигналов на коммутирующее и светосигнализирующее устройство.

Структурная схема сравнивающего устройства при­ ведена на рис. 32. Продетектированное выходное напря­ жение с генератора высокой частоты, имеющее пилооб­ разную форму, суммируется с напряжением, плавно регулируемым с помощью резистора «номер массы», суммарное напряжение поступает на вход триггера Шмидта, который срабатывает в момент достижения входным напряжением потенциала срабатывания. Вы­ ходной импульс триггера Шмидта после дифферен­ цирования и ограничения запускает схему ждущего мультивибратора, вырабатывающего отрицательный ста­ билизирующий импульс с длительностью, равной дли­ тельности отдельного импульса спектра масс (в нашем случае 2 мсек). Стробирующий импульс и сигнал спект­ ра масс с эмиттерного повторителя поступают на им­ пульсный усилитель с общим эмиттером. Напряжение па нагрузке эмиттерного повторителя служит одновре­ менно напряжением коллекторного питания транзистора

импульс закрывает ключ, и на его выход проходит им­ пульс спектра масс, номер которого задан резистором «номер массы». Выделенный сигнал спектра масс уси­ ливается эмиттерным повторителем и поступает на де­ литель регулировки порога в канале данного сравниваю­ щего устройства. Далее импульс усиливается и посту­ пает на запуск ждущего мультивибратора, нагруженного на управляющую обмотку реле, которое включается при срабатывании мультивибратора. Контакты реле замы­ кают цепь сигнальной лампочки данного канала и пере-

178

Напряжение

12*

лают коммутирующий сигнал на выходные клеммы при­

бора.

Такими сравнивающими устройствами может быть оснащен любой из упоминавшихся выше КМ, причем ко­ личество их может быть любым.

их разработки. В таблице приведены все основные све­ дения; достаточно характеризующие это оборудование. На рис. 33—39 приведены фотографии внешнего вида всех этих приборов, за исключением ЭФМ-1 [61]. В при­ веденный список не включены однопольные приборы, о которых в данной книге говорилось лишь в общих чер­ тах (см. гл. 8), в частности о приборе АПДМ-1, рабо­ тающем в диапазонах (2-4-200) и (4-4-400) а. е. м. с раз­ решающей способностью на первом диапазоне 200 и чувствительностью 10~10 мм рт. ст.

По данным табл. 1 можно судить, с одной стороны, о тенденции к усовершенствованию и универсализации разрабатываемых КМ, расширению диапазона анали­ зируемых масс, рабочих давлений, скоростей регистра­ ции и повышению разрешающей способности (приборы КМ-1, КМ-2, КМ-4). С другой стороны, намечается стремление к разработке специализированного квадрупольного масс-спектрометрического оборудования (на­ пример, прибор КМ-3), способного работать в режиме автоматического контроля в различных АСУТП. Можно предположить, что обе эти тенденции в разработках КМ в СССР сохранятся и в ближайшем будущем. Кроме того, из этого небольшого перечня приборов типа КМ можно заметить явно намечающуюся градацию их по диапазонам анализируемых масс, разрешению и чувст­

Такое деление не случайно. Оно внутренне оправдано це­ лым рядом причин и прослеживается не только у нас, но и при анализе состояния аналогичной зарубежной тех­ ники. Перечень иностранных приборов (КМ, ОМ), вы-

180