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Glimmentladungs zählröhre
Die Erfindung betrifft Glimmentladungszählröhren mit mehreren in geradliniger oder kreisförmiger
Reihe nebeneinander angeordneten, abgewinkelten band- oder stabförmigen Kathoden. deren Schenkel gleichsinnig schräg zur Längsrichtung der Kathodenreihe ausgerichtet sind und dabei jeweils mit einem
Ende zu einer gemeinsamen Anode hinweisen, mit dem andern dagegen von ihr abstehen. Durch diese besondere Ausrichtung der Kathoden wird erreicht, dass die Glimmentladung unter dem Einfluss elektrischer Impulsspannungen jeweils von einer Kathode auf die benachbarte überspringt.
Bei einer bekannten Ausführungsform derartiger Glimmentladungszählröhren sind die Kathoden an dem von der Anode abgewendeten Ende stumpfwinklig abgebogen und unmittelbar in einem Isolierkörper befestigt, so dass die Stützen wegen der Nachbarschaft des Isolierkörpers nicht mehr als aktive Kathodenabschnitte wirken können und im Betrieb sich das Glimmlicht praktisch nur an den anodennahen Teilen der Kathode festsetzen wird.
In Glimmentladungszählröhren sind ferner, um die Zählrichtung nach Bedarf umkehren zu können, zwei parallele oder konzentrische Anoden angebracht und dazwischen die Kathoden schräg zur Längsrich- tung bzw. zur Umfangsrichtung derart eingesetzt, dass ihre einen Enden der einen Anode und die andern der ändern Anode benachbart sind. Glimmentladungszahlröhren dieser Bauart zeigen bei den üblichen Edelgasfüllungen eine befriedigende Funktion bei wenig kritischen Betriebsbedingungen.
Die maximale Zählgeschwindigkeit, für welche die Glimmentladungszählröhren noch zuverlässig arbeiten, ist bei Edelgasfüllung verhältnismässig gering und beträgt beispielsweise für die gebräuchliche Neonfüllung etwa 10 kHz. In Zählröhren mit den oben beschriebenen Elektrodenanordnungen ist die maximale Zählgeschwindigkeit praktisch nur noch durch die lonisations-und Entionisationszeiten bestimmt. Soll nämlich die Glimmentladung durch Anlegen eines Spannungsimpulses von einer der Kathoden auf die benachbarte übergeführt werden, so muss dieser Impuls offenbar so lange erhalten bleiben, bis der Raum um die Nachbarkathode ionisiert und der Raum um die erstere entionisiert ist.
Andernfalls würde die Glimmentladung nach Verschwinden des Spannungsimpulses nicht auf der zweiten Kathode verbleiben, sondern auf die erstere zurückspringen.
Weiters ist auch bekannt, dass in der Wasserstoffglimmentladung die Ionisations- und Entionisations- zeiten infolge der viel grösseren Ionenbeweglichkeit erheblich kürzer sind als in der Edelgasglimmentladung. Diese Erscheinung ist im wesentlichen dadurch bedingt, dass in Wasserstoff ander Kathode ein erheblicher Teil der Nachlieferungselektronen durch das negative Glimmlicht auf photoelektrischem Wege erzeugt wird. In Glimmentladungszählröhren könnte daher die Edelgasfüllung ganz oder teilweise durch Wasserstoff ersetzt werden, um die maximale Zählgeschwindigkeit entsprechend zu erhöhen.
Wird nun aber in einer Zählröhre mit gegebener Ausbildung und Anordnung der Elektroden dem Edelgas Wasserstoff beigemengt, dann gehen schon bei geringem Wasserstoffanteil unter sonst gleichen bzw. äquivalenten elektrischen und gaskinetischen Voraussetzungen die vorher vorhandenen stabilen Entladungsvorgänge verloren und das Glimmlicht springt fallweise unkontrollierbar von einzelnen Kathoden auf andere bzw. auch auf die mit Metallstaub bedeckten Isolierteile der Röhre über, vermutlich als Folge der oft auftretenden Kippschwingungen. Auch bei reiner Wasserstoffentladung sind diese und andere Störungen besonders ausgeprägt.
Die in Glimmentladungszählröhren mittels wasserstoffhaltiger Füllgase theoretisch mögliche Er-
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höhung der Zählgeschwindigkeit konnte daher aus diesen Gründen bisher praktisch nicht verwirklicht wer- den.
Durch die Erfindung werden nun Glimmentladungszählröhren geschaffen, bei denen auch bei Ver- wendung wasserstoffhaltiger Füllgase die oben angeführten Nachteile vermieden und mit Sicherheit eine dementsprechende Erhöhung der maximalen Zählgeschwindigkeit erhalten wird.
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass der abgewinkelte Schenkel jeder band-oder stab- förmigen Kathode als U--oder V-förmiger Haken oder als Ring ausgebildet und so ausgerichtet ist, dass von der betreffenden Anode durch die Öffnung des Hakens bzw. des Ringes jeder Kathode hindurchgeblickt werden kann, wobei die Zählröhre in an sich bekannter Weise mit einem Wasserstoff enthaltenden Gas ge- füllt Ist.
Glimmentladungszählröhren, bei denen an jeder Kathode der andere gerade Schenkel als Stütze in einem gemeinsamen Isolierträger eingesetzt ist, welcher auf seiner den Kathoden zugewendeten Fläche die Stützen konzentrisch umgebende Vertiefungen aufweist, werden erfindungsgemäss in vorteilhafter Wei- se derart ausgestaltet, dass die Stützen der Kathoden aus einem Werkstoff mit höherer Elektronenaustritts- arbeit bestehen als demjenigen der Kathoden selbst und dass die Betriebsbedingungen der Zählröhre derart gewählt werden, dass jeweils nur die haken- oder ringförmigen Schenkel der Kathoden mit Glimmlicht be- deckt sind.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen :
Fig. 1 eine Zählröhre mit zwei Anoden und umkehrbarer Zählrichtung im Querschnitt mit Sicht auf alle
Elektroden ; Fig. 2 und 3 einen Längsschnitt gemäss 2-2 der Fig. 1 mit einer in den Isolierträger eingesetz- ten Kathode mit schleifenförmigem bzw. U-förmigem abgewinkeltem Schenkel.
Innerhalb des Röhrenkolbens 4 (Fig. l) erstrecken sichzwei zueinander konzentrische Anoden 5 und 6, welche Drahtringe oder kürzere Blechzylinder sein können. Im Ringraum zwischen diesen beiden Anoden sind die Kathoden 7-16 angebracht, weiche sich schräg zur Umfangsrichtung der kreisförmigen Kathodenreihe erstrecken. Die inneren Enden der Kathoden 7-16 weisen zur einen Anode 5 hin, während die äusseren
Enden der Kathoden 7-16 der andern Anode 6 benachbart sind. Ist die innere Anode 5 im Betrieb, so verläuft die Zählrichtung im Gegenuhrzeigersinn ; beim Betrieb der äusseren Anode 6 stellt sich die omga- kehrte Zählrichtung ein.
Während bei Füllung des Röhrenkolbens 4 mit Edelgasen die Kathoden aus einfachen gestreckten Drähten oder Bändern bestehen können, haben die Kathoden 7-16 bei wasserstoffhaltigem Füllgas die Gestalt eines Hakens (Fig. 3) oder Ringes (Fig. 2), dessen nähere Formgebung natürlich noch variiert werden kann.
Die symmetrische und ringförmige Ausbildung der Kathoden 7-16 (Fig. 2) findet vorzugsweise Anwendung in Glimmentladungszählröhren mit zwei Anoden und umkehrbare Zählrichtung. Wird nur eine Zählrichtung benötigt, so kann etwa die Anode 6 fortgelassen werden und die Kathoden 7-16 erhalten dann die hakenförmige Ausbildung nach Fig. 3. In beiden Fällen ist die Haken- oder Ringöffnung 17 (Fig. 2 und 3) aller Kathoden so orientiert, dass man z. B. vom äusseren Ende der Kathode 7 (Fig. 1) durch die Hakenoder Ringöffnung der in der Zählrichtung nachfolgenden Kathode 16 ein Stück der massgebenden Anode 5 sehen kann. Umgekehrt soll man aber auch bei einer Röhre mit zwei Anoden 5 und 6 beispielsweise vom inneren Ende der Kathode 15 durch die Haken-oder Ringöffnung der Kathode 16 hindurch ein Stück der äusseren Anode 6 sehen.
Der Abstand zwischen den beiden parallelen Schenkeln des Hakens oder Ringes (Fig. 2 und 3) ist zweckmässig klein gegenüber der Länge dieser Schenkel. Ferner soll der Schenkelabstand derart in Beziehung zum Gasdruck und der Beschaffenheit des Füllgase stehen, dass sich das negative Glimmlicht gerade noch innerhalb der Haken- oder Ringöffnung 17 (Fig. 2 und 3) der Kathoden ausbreiten kann. Das Glimmlicht wird diese Region dann infolge eines leichten Hohlkathodeneffektes bevorzugen und weniger zu unkontrollierbarem Wegspringen neigen.
Bei richtiger Bemessung erblickt man das visuelle Helligkeitsmaximum des negativen Glimmlichtes in der Form einer länglichen Zone, die sich ungefähr in der Mitte zwischen den. beiden parallelen Schenkeln der haken- oder ringartigen Kathode erstreckt und als Ganzes noch leicht in Richtung zu der im Betrieb befindlichen Anode hin verschoben ist.
Im Übrigen werden die Betriebsbedingungen noch so gewählt, dass die jeweils brennende Kathode praktisch auf ihrer ganzen Länge mit Glimmlicht bedeckt ist. Unter diesen Umständen ergibt sich eine Stabilisierung des Glimmlichtes auf den einzelnen Kathoden, die auch bei Anwendung von grösseren Wasserstoffanteilen im Füllgas noch wirksam ist. Gleichzeitig erreicht man eine kräftige Vorionisation im Bereich der in der Zählrichtung nachfolgenden Kathode, die sich günstig auf die erzielbare Zählgeschwindigkeit auswirkt.
Die Haken- oder Ringform der Kathoden kann nicht nur mit Drähten sondern auch mit Blechen verwirklicht werden. Dabei kann die Blechebene selbst zur Haken- oder Ringform gebogen werden oder das
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Blech kann eine ausgestanzte Haken-oder Ringform aufweisen und im Sinne der Fig. 2 und 3 hochkant an- geordnet sein. Wird nur eine Zählrichtung und damit auch nur eine Anode in der Röhre benötigt, so ist die
Variationsmöglichkeit der im Prinzip hakenförmigen Kathoden noch grösser. Beispielsweise brauchen die beiden Schenkel des Hakens nicht parallel zu laufen, es kann vielmehr der eine Schenkel mehr oder we- niger stark aufgebogen sein. Auch ist es möglich, die beiden Schenkel verschieden lang zu machen, ohne dass die erwünschte Hohlkathodenwirkung wesentlich beeinträchtigt würde.
Unter Verwendung von U- oder
V-förmig geknickten Blechen oder Bändern ergeben sich ebenfalls noch brauchbare Kathodenformen, die aus der Hakengestalt abgeleitet sind und je nach dem Druck und der Zusammensetzung des wasserstoff- haltigen Füllgases eine Stabilisierung des negativen Glimmlichtes ermöglichen.
Unabhängig von der näheren Ausbildung der haken-oder ringförmigen Kathoden 7-16 hat es sich fer- ner als zweckmässig erwiesen, die Kathoden 16 (Fig. 2 und 3) auf Stützen 18 zu befestigen, welche eine höhere Elektronenaustrittsarbeit haben als die Kathoden 16, so dass die Glimmentladung wenig Neigung zeigt, sich von den Kathoden 16 aus auch auf die Stützen 18 auszudehnen. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise die Kathoden 16 aus Molybdändraht und die Stützen 18 aus Nickeldraht fertigen. Die Ver- bindung der Kathoden 16 mit ihren Stützen 18 erfolgt durch Verschweissung ; in der Zeichnung ist die
Schweissstelle mit 19 bezeichnet. Die Stützen 18 sind bei den üblichen Röhrenkonstruktionen in einer kreisringförmigen Isolierplatte 20 befestigt. die auch zur Halterung der Anoden 5 und 6 dienen kann und im Röhrenkolben 4 geführt ist.
Die Isolierplatte 20 kann aus einem Werkstoff auf keramischer Basis be- stehen und die Stützen 18 werden dann etwa mittels Zement befestigt. Auf ihrer den Kathoden 7-16 zu- gewendeten Oberfläche wird die Isolierplatte 20 ferner mit vorzugsweise kreiszylindrischen Vertiefun- gen 21 (Fig. 2 und 3) versehen, wobei die Stützen 18 diese Vertiefungen mit genügend radialem Spiel durchsetzen. Die Abmessungen dieser Vertiefungen sind in bezug auf die Stützen 18 derart, dass das Glimm- licht-selbst wenn es vorübergehend auf die Stützen 18 übergreifen sollte-sich innerhalb dieser Vertie- fungen 21 nicht ausbreiten kann.
Unter Beachtung aller dieser Massnahmen erhält man mit der beschriebenen Glimmentladungszählröhre selbst bei reiner Wasserstoffüllung noch stabile Entladungen und es werden maximale Zählgeschwindigkeiten von wesentlich mehr als zwei Megahertz erreicht.
Die beschriebene Glimmentladungszählröhre kann praktisch in jeder der bekannten Schaltungen verwendet werden, die für höhere Zählgeschwindigkeiten geeignet sind. Beispielsweise kann man die zu zählenden Impulse dem Potential der in Frage kommenden Anode überlagern, wobei im Stromkreis jeder der Kathoden ein durch eine Kapazität überbrückter ohmscher Widerstand eingeschaltet ist. Man kann aber auch je nach der gewünschten Zählrichtung die Ltreffende Anode über einen Anodenwiderstand an den positiven Pol der Spannungsquelle legen, alle geradzahligen Kathoden mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbinden und die zu zählenden Impulse den verbleibenden ungeradzahligen Kathoden gemeinsam zuführen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Glimmentladungszählröhre mit mehreren in Reihe nebeneinander angeordneten, abgewinkelten band- oder stabförmigen Kathoden, deren Schenkel gleichsinnig schräg zur Längsrichtung der Kathodenreihe ausgerichtet sind und dabei jeweils mit einem Ende zu einer gemeinsamen Anode hinweisen, mit
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