Электронный микроскоп: эпизод VII

Продолжаем публикацию блога конструктора-любителя Алексея Брагина, который собирает электронный микроскоп у себя в гараже. В прошлом эпизоде Алексей рассказал о том, как ему удалось завершить первый этап работ и получить в колонне микроскопа вакуум 10^-2 торр. Однако для нормальной работы необходим более глубокий вакуум — 10^-5 торр. Читайте в новом выпуске блога о том, как Алексей взялся за решение этой задачи.

Форвакуум в микроскопе оказался сильно мотивирующим фактором для продолжения работы :) Ведь самое интересное — получить высокий вакуум и запустить электронно-лучевую систему!

Для этого потребуется оживить диффузионный (паромасляный) насос. В нем отсутствует одна важная часть — нагреватель, а в остальном он исправен, и в нем даже осталось некоторое количество родного вакуумного масла, называемого рабочей жидкостью.

Напомню, что диффузионный насос работает по очень простой схеме. Внутри налито масло, которое греется нагревателем. Когда оно начинает кипеть (около 180–200 градусов Цельсия), то его пары выходят со сверхзвуковой скоростью через специальные сопла внутри насоса и конденсируются на стенках, которые специально охлаждаются извне. По ходу молекулы масла сталкиваются с молекулами газа и таким образом продвигают их ближе к входу форвакуумного насоса.

Нагреватель для дифнасоса из кофеварки

Найти специальный нагреватель для насоса мне сходу не удалось, поэтому возникла идея собрать его из подручных средств и заодно утилизировать ненужную технику.
Выбор пал на старую капельную кофеварку KRUPS, которая была куплена в далекие 90-ые годы и честно отработала лет двадцать (ее произвели в Германии, а не в Китае, главном поставщике сегодняшней бытовой техники). Основа приготовления кофе в таком типе кофеварок — это кипятильная трубка, совмещенная с подогревателем готового напитка в виде конфорки.
Разобрав ее, я увидел высококачественный нагревательный элемент на 1000 Ватт, залитый силумином и даже с готовым отверстием посередине, через которое его можно его подсоединить к дифнасосу!

На фото можно увидеть, что поверхность элемента не очень ровная и прилегает к плоскости лишь в нескольких точках. Это пришлось исправить, и на помощь пришел фрезер с фрезой-«летучкой».

Осторожно, на видео громкий звук (он в реальности такой же громкий)! И заодно вид от первого лица:

После этого надо поставить нагреватель на диффузионный насос, не снимая его с микроскопа. Соединение промазываем пастой КПТ-8 и также помещаем туда термопару, чтобы наблюдать за температурой.

Чтобы от температурного расширения не произошло деформаций, я поджал нагреватель снизу пружиной. Вакуумный шланг на время эксперимента загородил от температурного излучения, так что с ним было все нормально. Однако возникло еще одно затруднение.

Так как нагреватель кофеварки имеет мощность 1000 Ватт, а насос рассчитан на 600 Ватт, то просто включить нагреватель в сеть будет небезопасно. Тут я вспомнил про выпускавшийся советской промышленностью прибор под названием «Регулятор мощности электронный РМЭ 100/220».

Это самый обычный тиристорный регулятор ,который широко используется в диммерах (хотя сейчас есть и другие схемы). Принцип его работы очень прост: управляющий элемент (тиристор) включается с задержкой, и поэтому часть синусоиды переменного тока обрезается. Это хорошо видно на осциллограмме:

По инструкции максимальная нагрузка, подключаемая к РМЭ 100/220, составляет 100 Ватт. К счастью, около 30 лет назад мой отец уже модернизировал один такой РМЭ: собрал на отдельном большом радиаторе диодный мост из мощных диодов и туда же поставил мощный тиристор. Управляющую схему менять не потребовалось, она совершенно не грелась.
Удивительно, но эту штуку удалось довольно быстро найти (она была одним из элементов исполнительной автоматики, которая работала примерно до 1990 года), но после включения обнаружилась проблема: мощность почти не регулировалась. Пришлось проверить все провода, все очистить от пыли, наконец, выпаивать и проверять все элементы шаг за шагом. Тиристор, три диода из диодного моста — все в порядке. Без всякой надежды проверяю последний, четвертый диод — и он оказывается пробитым! Поменял его на родной такой же из старых запасов, и все начинает отлично работать.
Внешне в процессе починки тиристорный регулятор выглядел вот так:

Раз теперь все в сборе — то чего ждать, пора идти качать до глубокого вакуума! О том, чем закончилась первая попытка, я напишу в следующем выпуске блога.

Продолжение следует