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Verfahren zur Überwachung des Gas-oder Dampfdruckes in Vakuumentladungsgefässen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung des Gas-oder Dampfdruckes in Vakuumentladungsgefässen.
Es sind bereits Überwachungsanordnungen bekannt, bei denen zwischen einer Hilfsanode und der Kathode des zu überwachenden Gefässes eine mit konstanter Stromstärke betriebene Hilfsentladung erzeugt wird und ausserhalb des Kernes der Hilfsentladung eine Messelektrode angeordnet ist, zu der eine von dem zu überwachenden Druck abhängige Menge Ladungsteilchen aus dem Kern der Entladung diffundiert, die den über die Messelektrode fliessenden Steuerstrom eines Anzeigegeräte entsprechend beeinflusst. Weiterhin ist es bekannt, bei derartigen Anordnungen vor der Hilfsanode eine Blende anzubringen, welche verhindert, dass eine die Wirkung der Überwachungsanordnung störende, sogenannte wandernde Zwischenkathode entsteht, indem sie die Zwisehenkathode in Form einer sogenannten Striktionskathode fixiert, u. zw. in ihrer Öffnung.
Den Gegenstand der Erfindung bildet nun ein Mess-und Überwaehungsverfahren, welches zwar teilweise ähnliche Einzelteile wie das bekannte Verfahren aufweist, aber nach einem ganz andern Prinzip arbeitet.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird ebenfalls zwischen einer Hilfsanode und der Kathode des zu überwachenden Gefässes eine Hilfsentladung erzeugt und vor der Anode eine Blende angeordnet.
Eine besondere Messelektrode ist jedoch nicht vorhanden, sondern die Hilfsanode selbst bildet die Messelektrode. Ausserdem wird die Hilfsentladung nicht mit konstantem Strom betrieben, sondern erfindunggemäss mit Stromstärken, bei denen durch Eintreten einer Ionenverarmung in dem durch die Blende abgetrennten Raum die Stromstärke der Entladung mit wachsender Spannung einem von dem zu überwachenden Gas-oder Dampfdruck abhängigen Sättigungswert zustrebt. Dieser wird mittels einer in den Hilfsanodenkreis eingeschalteten Messvorrichtung mittelbar oder unmittelbar gemessen. Ausser der Messvorrichtung oder an Stelle von ihr kann auch eine Schaltvorrichtung eingeschaltet werden, die bei Abweichungen des Sättigungswertes der Entladungsstromstärke von einem vorbestimmten Sollwert Schaltungen auslöst, z.
B. eine Vakuumpumpe einschaltet oder eine Einrichtung zur Nachfüllung von Edelgas betätigt.
Der Sättigungswert der Stromstärke und seine Abhängigkeit von dem Gas-oder Dampfdruck kommen auf folgende Weise zustande.
In der Blendenöffnung entsteht eine sogenannte Striktionskathode, für welche der Elektronenstrom in Richtung Kathode-Anode und der positive Ionenstrom in der entgegengesetzten Richtung, nämlich Anode-Kathode in einer festen Beziehung zueinander stehen, u. zw. verhalten sich diese Ströme umgekehrt wie die Quadratwurzel aus dem Verhältnis von Elektronenmasse zur Masse der positiven Ionen. Da von einer bestimmten Stromstärke an der Raum in der Umgebung der Hilfsanode sich auf einem sehr viel höheren Vakuum befindet als das eigentliche Vakuumgefäss, welches die Kathode enthält, so wird der Strom durch die Blende durch die Zahl neutraler Gasteilchen begrenzt, welche aus dem Entladungsraum, der die Kathode enthält, in den durch die Anodenblende abgegrenzten Teil des Entladungsraumes mit der Hilfsanode hinein diffundieren.
Diese Anzahl Teilchen ist offenbar abhängig von dem
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Gas- oder Dampfdruck vor der Blende in Richtung nach der Kathode. Hieraus ergibt sich der erfindungs- gemäss ausgenutzte Zusammenhang zwischen dem Gas-oder Dampfdruck und dem Sättigungswert der Stromstärke.
An Hand der beiliegenden Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 die Stromspannungskennlinien, in welchen der Sättigungswert erkennbar ist, und Eig. 3 eine zweite Ausführungsform.
In Fig. 1 ist 1 das eigentliche Vakuumentladungsgefäss, z. B. ein Quecksilberdampfgleichrichter, dessen Gas-oder Dampfdruck überwacht werden soll. 2 ist die Kathode und 3 sind die Anoden, welche mit Anodenschutzrohren 4 umgeben und mittels der Isolatoren 5 eingeführt sind. 6 ist der Wechselstromtransformator, an den die Anoden 3 angeschlossen sind. Zur Überwachung des Gas-oder Dampfdruckes ist in das Gefäss 1 ein Rohrstutzen 7 eingesetzt. Dieser enthält eine Anode 8, der eine Blende 9' vorgesetzt ist. Die Anode 8 ist an eine Gleichspannungsquelle 10 angeschlossen, durch welche eine Hilfsentladung zwischen der Hilfsanode 8 und der Hauptkathode 2 aufrechterhalten wird. Diese zeigt die aus der Fig. 2 ersichtliche Stromspannungskennlinie 11.
Mit zunehmender Spannung wächst die Entladungsstromstärke und nähert sich einem Sättigungswert, der ungefähr gleich dem Wert 10 ist. Dieser Stromwert 10 ergibt sich aus dem Schnittpunkt zwischen der Widerstandsgeraden 18 und der Kennlinie 11 und soll als derjenige Stromwert angesehen werden, bei welchem der Gas-oder Dampfdruck den gewünschten Wert aufweist.
Bei zunehmendem Gas-oder Dampfdruck, d. h. bei sich verschlechterndem Vakuum, verläuft die Stromspannungskennlinie nach der Kurve 12, d. h. der Anstieg der Stromspannungskennlinie verschiebt sich zu höheren Stromwerten 10'. Umgekehrt nimmt bei einem niedrigen Gas-oder Dampfdruck, d. h. bei einem höheren Vakuum, die Stromspannungskennlinie einen Verlauf entsprechend der Kurve 13, d. h. der Anstieg der Stromspannungskennlinie erfolgt bei einem Werte 10"'Aus den in der Fig. 2 dargestellten Kurven ergibt sich also, dass die Stromspannungskennlinie einen sehr steilen Anstieg aufweist, so dass der Strom mit zunehmender Spannung noch langsam wächst, aber einem Sättigungswerte zustrebt.
Als steuernder Stromwert für das Anzeigeinstrument wird erfinaungsgemäss, zweckmässig derjenige Stromwert genommen, der sich aus dem Schnittpunkt der Stromspannungskennlinien mit der Widerstandsgeraden ergibt.
Zur Anzeige dieser Änderung des Stromwertes 10 ist in den Anodenstromkreis ein Messinstrument 14 eingeschaltet, welches bei geeigneter Eichung eine direkte Ablesung des Gasdruckes ermöglicht. Ausserdem kann man in dem Anodenstromkreis noch die Erregerwicklung einer Schalteinrichtung 15 vorsehen, welche einen Stromkreis zum Ein-und Ausschalten der Vakuumpumpe, zum Betätigen einer Edelgas- füllvorrichtung usw. steuert.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen gemäss Fig. 1 dadurch, dass in Reihe mit der Hilfsanode 8 eine Drosselspule 16 geschaltet ist. Zwischen der Anode 8 und der Blende 9 bzw. über die Drosselspule 16 treten dann, sobald der Strom über die Anode 8 durch die Blende 9' und nicht mehr durch den Widerstand 17 begrenzt wird, hochfrequente Schwingungen auf. Dies ist der Fall, wenn der Schnittpunkt der Widerstandsgeraden 18 auf dem steil ansteigenden Ast der Stromspannungskennlinien 13, 11, 12 liegt, wie dies aus Fig. 2 erkennbar ist.
Wählt man die Abmessungen und Stromstärken so, dass derartige hochfrequente Schwingungen entstehen, so kann man parallel zu der Drosselspule 16 bzw. zu der Anode 8 und der Kathode 9 eine Glimmröhre 19 oder irgendeine andere Glimmstrecke einschalten, welche durch die hochfrequenten Schwingungen ionisiert und infolgedessen stromdurchlässig wird. In Reihe mit der Glimmröhre 19 liegt ein Kondensator 20. Diese Glimmröhre 19 dient dazu, einen an ihren Klemmen 21 befindlichen Hilfsstromkreis zu schliessen, welcher die gewünschten Schaltungen auslöst, sobald der Gas-oder Dampfdruck im Innern des Hauptentladungsgefässes einen bestimmten Wert unterschreitet.
Auch bei dieser Ausführung kann selbstverständlich ein Messinstrument in den Anodenstromkreis eingeschaltet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Überwachung des Gas-oder Dampfdruckes in Vakuumentladungsgefässen unter Verwendung einer Hilfsentladung zwischen einer Hilfsanode und der Kathode, wobei der Hilfsanode eine Blende zur Trennung des Raumes vor der Hilfsanode von dem eigentlichen Vakuumraum vorgelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsentladung mit Stromstärken betrieben wird, bei denen durch Eintreten einer Ionenverarmung in dem durch die Blende abgetrennten Raum die Stromstärke der Entladung mit wachsender Spannung einem Sättigungswert zustrebt, der mit einer in den Hilfsanodenstromkreis geschalteten Messvorrichtung mittelbar oder unmittelbar gemessen wird.