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Verfahren zur Kontrolle und Messung des Glilhlampenvakl ms.
Die Kontrolle des Glühlampenvakuums geschieht in den Glühlampenfabriken im allgemeinen mittels Teslastromes. Die abgeschmolzene Lampe wird mit dem einen Pol des Tesla-Transformators in
Berührung gebracht und dann die durch den Strom von hoher Spannung und hoher Frequenz in der Lampe verursachte Lichterscheinung beobachtet : je schwächer das Licht, um so vollkommener ist das Vakuum.
Dieses Verfahren ist zwar schnell und leicht durchführbar, ist aber nicht unbedingt zuverlässig. Es wurde nämlich gefunden, dass aus der Lichterscheinung oft auf ein sehr gutes Vakuum geschlossen wird, obzwar in der Lampe ein nicht unbedeutender Gasdruck vorhanden ist. Dabei ist die Tesla-Probe nur zur
Schätzung des Vakuums geeignet. Demgegenüber gibt das Verfahren nach der Erfindung hiefür einen bestimmten Wert. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist der, dass es in Verbindung mit dem den Abschluss der Lampenherstellung bildenden Vorbrennen der Lampe durchgeführt werden kann, so dass nach dem Vorbrennen bereits der Grad des Vakuum genau bekannt ist.
Der Grundgedanke des neuen Verfahrens ist der, dass die in der unter Strom stehenden Lampe auftretende Ionisation mittels einer Strommessung bestimmt wird und der Grad der Ionisation als Mass des Vakuums dient.
Es ist bekannt, dass ein Gas von niedrigem Druck durch die Stoss-Ionisation leitend wird, wenn ein Elektronenstrom hindurchgeführt wird. Das hiedurch entstandene Leitvermögen kann durch Messung des durch das Gas gehenden positiven Ionenstromes bestimmt werden. Es ist auch bekannt, dass bei einem Drucke unterhalb von ungefähr 1/1000 mm dieser positive Ionenstrom mit dem Gasdruck proportional ist. Hieraus folgt, dass in solchem Falle der Gasdruck durch Messung des Leitvermögens bestimmt werden kann.
Auf dieser bekannten Tatsache beruht eine allgemein gebräuchliche Messmethode zur Bestimmung des Vakuums von Dreielektrodenröhren. Diese besteht darin, dass die Kathode durch Glühen zum Aussenden von Elektronen gezwungen und sodann mit der einen Elektrode positiven Potentials der Elektronenstrom, mit der anderen Elektrode negativen Potentials der positive Ionenstrom abgeleitet und die Intensität der beiden Ströme gemessen wird. Der Quotient der Stromstärken, der sogenannte "Vakuumfaktor" dient als Mass des Vakuums.
In der Glühlampe kann das Vakuum auf diese Weise nicht gemessen werden ; gewisse Bedingungen : die Elektronenemmission, die die Elektronen vom negativen Fadenende zum positiven Pol beschleunigende Spannung (die Betriebsspannung der Lampe) und folglich auch die Stossionisation der Gasreste sind zwar gegeben, es fehlt aber die zum Auffangen der positiven Ionen dienende, vom Glühfaden isolierte Elektrode.
Im Sinne der Erfindung wird als solche Elektrode eine die Lampe aussen umfassende, stromleitende Hülle angebracht. Auf diese Hülle (s. Fig. 1 der Zeichnung, Stelle 2) und auf den einen Pol der Lampe (bei 1) wird Wechselstrom geschaltet ; aus der Stärke des durch den Stromkreis gehenden Stromes (Messgerät G) oder einer anderen Weehselstrommessung wird auf das Leitvermögen des Gases geschlossen.
Dass das Verhalten einer derart mit einer äusseren Hülle versehenen Lampe, eines"Lampenkonden- sators", Wechselstrom gegenüber vom Leitvermögen und somit vom Drucke der Gasreste abhängt, wird aus dem folgenden klar : Setzt man zuerst voraus, dass in der Lampe keine Spur von Ionisation vorhanden ist, ebenso, als wenn die Lampe nicht unter Strom gesetzt wäre, so bilden das Fadensystem und die äussere leitende Hülle voneinander vollkommen isolierte zwei Belegungen, deren Kapazität im Verhältnis zueinander, die Fadenkapazität Cy, einen niedrigen Wert von einigen Zentimetern hat.
Wenn nun auf die Belegungen eine Wechselspannung E von gegebener Frequenz 00 geschaltet wird, so wird auch die Stärke i
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Nimmt man nun den anderen Grenzfall - es sind stark ionisierende Gase in der Lampe, so dass der Innenraum der Lampe die Elektrizität gut leitet-, so kann die Lampe mit der leitenden Hülle zusammen als ein Kondensator betrachtet werden, dessen eine Belegung die Innenwand der Glasglocke, die andere Belegung die äussere Hülle ist. Die Kapazität dieses Kondensators-als Ballonkapazität C- bezeichnet-ist aber eine wesentlich, gegebenenfalls mehrhundertfach, grössere als die Fadenkapazität Cf.
Bei gleicher Frequenz und Spannung wie oben angenommen, geht jetzt ein viel stärkerer Wechselstrom durch das Gerät G u. zw. J = E. Ck. 00. Ist die Ionisation weniger stark, so ist auch die Stärke des
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bestimmt werden kann.
Es ist bekannt, dass in den Glühlampen nach dem Pumpen bzw. nach dem Abschmelzen des Pumpenröhrchens das Vakuum die nötige Höhe noch nicht erreicht hat : diese entsteht nur anlässlich des ersten Unterstromsetzens nach dem von Ionisationserscheinungen begleiteten Verschwinden des Gases ("clean- up"). Durch das Messen des Glühlampenvakuums wird also festgestellt, ob die Lampen während des Vorbrennens den nötigen Grad der Luftleere erreicht haben.
Das Vorbrennen wird allgemein als Einzel-Vorbrennen durchgeführt ; hiebei werden die Lampen mit genügendem Vorschaltswiderstand einzeln in einen Stromkreis von die Betriebsspannung der Lampen weit übersteigender Spannung geschaltet ; es wird hiezu meist Wechselstrom benutzt. An dieses Verfahren schliesst sich nun eine Ausführungsart der Erfindung an, laut welcher die zum Vorbrennen dienende Stromquelle auch zur Messung des lonisationsstromes benutzt wird. (Fig. 2 der Zeichnung.) Die Lampe i' erhält den Strom durch den Widerstand 4 aus der Stromquelle 1, 2, wobei die leitende Hülle 5 der Lampe durch das Messgerät zweckmässig unmittelbar an den Pol 2 geschaltet ist. Der durch den Lampenkondensator gehende Strom wird mittels eines Wechselstrommessgerätes, oder falls der Widerstand 7 und der Gleichrichter 8, z.
B. ein Detektor angewendet werden, mittels eines Gleichstrommessgerätes 6 gemessen.
Diese Einrichtung gestattet eine genaue Beobachtung des Vorganges des Verschwinden der Gasreste während des Vorbrennens. Wenn nämlich durch Herabsetzung des Widerstandes 4 die Polspannung der Lampe allmählich erhöht wird, dann entsteht bei gewisser Spannung die Ionisation, der Zeiger von 6 schlägt stark aus und kehrt dann im Ausmasse der Druckverminderung gegen den Nullpunkt zurück, um schliesslich an einem Punkte stehen zu bleiben ; der verbleibende Ausschlag, der ein Mass des Leitvermögens der Gasreste ist, bildet gleichzeitig ein Mass des in der Lampe entstandenen Vakuums. Auf diese Weise braucht an der Betriebseinriehtung, für das Verbrennen keine wesentliche Änderung vorgenommen zu werden, um ein Vergleichsmass des Vakuums, welches in der Praxis meist genügt, vom Messgerät ablesen zu können.
Es kann aber mit diesem Verfahren auch ein absolutes Mass des Vakuums sehr leicht festgestellt werden ; es wird zu diesem Zwecke der der abgelesenen Stromstärke entsprechende Druck, z. B. durch Vergleich mit den Anzeigen eines Mac Loedschen Manometers, für die betreffende Lampentype bestimmt, sodann kann auf dem elektrischen Messgerät der Grad des Vakuums unmittelbar in Millimetern abgelesen werden.
Eine andere, in der Praxis leicht zu bewerkstelligende Ausführungsart der Erfindung besteht darin, dass die zu untersuchende, mit einer stromleitenden Hülle versehene Lampe als Kondensator eines elektrischen Schwingungskreises geschaltet wird. In diesem Fall wird die Frequenz des Schwingungskreises desto niedriger, je stärker die Ionisation, also je grösser die Kapazität ist ; das Verschwinden der Gasreste äussert sich in diesem Fall in der Erhöhung der Frequenz. Eine Ausführung der hiezu nötigen Einrichtung zeigt Fig. 3 der Zeichnung. Hier wird die Glimmlampe (z. B.
Neon-Lampe) zur Schwingungserzeugung benutzt u. zw. auf Grund ihrer bekannten Eigenschaft, dass sie bei sehr geringer Stromstärke eine fallende Charakteristik aufweist und so mit dem mit ihr parallel geschalteten Kondensator zur Schwingungerzeugung angeregt werden kann, wobei die Frequenz der Schwingungen vom Werte der Kapazität abhängt. Nach Fig. 3 wird die Neonlampe 6 von der Gleichstromquelle M, 11 über den Widerstand 7 gespeist ; parallel mit ihr ist der aus dem Fadensystem der zu untersuchenden Lampe") und aus der äusseren Belegung. 5 gebildete "Lampenkondensator" geschaltet ; in diesem Stromkreise liegt ferner der Telephonhörer 8 und gegebenenfalls das Wechselstrommessgerät 9.
Die Lampe 3 ist im übrigen in der beim Vorbrennen gewohnten Weise an die Gleich- oder Wechselstromquelle 1, 2 geschaltet, aus welcher sie durch den einstellbaren Widerstand 4 den Strom erhält.
Es entstehen bei richtiger Wahl des Widerstandes sieben Schwingungen. Solange die Polspannung der Lampe 3 eine so niedrige ist, dass keine Ionisation entsteht, wird im Telephon ein hoher Ton gehört, welcher der obengenannten Fadenkapazität Cf entspricht. Wird die Polspannung erhöht und entsteht die Ionisation, dann wächst die Kapazität und der Ton wird ganz bedeutend tiefer, gleichzeitig zeigt das Messgerät 9 einen starken Ausschlag. Wenn dann die Ionisationsvorgänge abgelaufen und die Gasreste verschwunden sind, fällt die Kapazität nahezu auf ihren ursprünglichen Wert zurück und es wird im Telephon wieder ein hoher Ton gehört ; gleichzeitig kehrt der Zeiger von 9 in die Nähe des Nullpunktes zurück.
Somit gestattet die Beobachtung der Tonhöhe einen Schluss auf die Änderungen der Kapazität und hieraus auf den Grad der Ionisation bzw. auf den Grad des Vakuums zu ziehen. Falls die Glühlampe 3
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durch eine Wechselstromquelle gespeist wird, so entsteht im Telephon ein ständiger tiefer Wechselstrom- ton ; durch diesen Strom wird aber die Beobachtung des viel höheren Tones, welchen die in der Glimm- lampe entstehenden Schwingungen verursachen, nicht gestört.
Die das Vorhandensein der Gasreste anzeigende Tonvertiefung bzw. die infolge deren Verschwinden auftretenden Tonerhöhung ist eine so starke (bis mehrere Oktaven ausmachende), dass in der Praxis das
Messgerät 9 weggelassen werden kann und der Grad des entstehenden Vakuums aus der Tonhöhe mit Sicher- heit beurteilt werden kann. Diese Ausführungsform der Erfindung kann nicht nur in Verbindung mit dem Vorbrennen, sondern auch zur Kontrolle des Vakuums der fertigen Lampe benutzt werden. Der im
Telephon hörbare Ton ist zwar nur zur Schätzung der Güte des Vakuums geeignet, das Verfahren gibt aber weitaus verlässlichere und genauere Resultate als die bisher allgemein verwendete Tesla-Probe.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Kontrolle und Messung des Glühlampen-Vakuums, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der in der unter Strom gesetzten Lampe auftretenden Ionisation beobachtet wird.