DE1040817B - Messsystem fuer Ionisationsmanometer - Google Patents

Description

Es sind bereits Druckmeßinstrumente bekanntgeworden, bei denen die in einem konstanten Ionisierungsvolumen gebildete Anzahl von positiven Ionen, welche bei gleichgehaltener Anregungsintensität nur vom Gasdruck und von der Gasart abhängt, als Meßgröße benutzt wird. Eine solche Vorrichtung besitzt eine Elektronen emittierende Kathode, ein sogenanntes Gitter und die Auffangelektrode oder den Auffänger für die gebildeten positiven Ionen. Die an der Kathode austretenden Elektronen werden zunächst zum Gitter hin in einem Potentialgefälle beschleunigt und verursachen einen.Gitterstrom, der bis in das bei Elektronenröhren bekannte Sättigungsgebiet reicht. Das Gitter wird also im Gegensatz zu der bei Elektronenröhren meist angewendeten Betriebsart positiv gegenüber der Kathode gehalten, wobei die angelegte Spannung so hoch zu wählen ist, daß die beschriebene Sättigungsstromleitung auftritt. Eine große Anzahl der vom Gitterpotential beschleunigten Elektronen tritt jedoch durch das weitmaschige Gitter hindurch in das eigentliche Ionisierungsvolumen ein und trifft dort je nach dem herrschenden Gasdruck auf mehr oder weniger Luftmoleküle, welche teilweise ionisiert werden. Die entstandenen positiven Ionen werden nun vom Auffänger, welcher gegenüber der Kathode das negativste Potential aufweist, herausgezogen und verursachen einen Strom, dessen Größe zu dem im Ionisierungsvolumen herrschenden Absolutdruck streng proportional ist. Auf diese Weise erhält man ein zuverlässiges Meßprinzip bis zu sehr tiefen Drucken (im allgemeinen bis 10-⁷mmHg, aber auch bis zu 10-¹⁰mmHg). Eine praktische Ausführungsform dieses Meßprinzips stellt die Meßröhre von Bayard und Al pert dar, deren Aufbau im Vergleich zu den üblichen Anordnungen als invers bezeichnet werden kann. Bekannte Ionisationsmanometer werden meist mit innenliegender Kathode ausgeführt, während der Auffänger außerhalb des nachfolgenden Gitters angebracht ist. Bei der Alpert-Röhre ist der Auffänger nach innen verlegt, und die Elektronen emittierende Kathode liegt in Form einer Drahtschleife unsymmetrisch außerhalb eines Steggitters, welches nach der bei Elektronenröhren bekannten Art aus Drahtwindungen aufgebaut ist, die längs zweier Mantellinien des Windungszylinders durch zwei relativ dicke Drahtstege fixiert werden.

Die Wirksamkeit derartiger Meßröhren hängt stark von der elektronenoptischen Geometrie ihres Aufbaues ab. und bereits geringe Änderungen in der gegenseitigen Lage der Einzelteile können wesent-Hche Veränderungen in der Empfindlichkeit herbeiführen. Der Aufbau verlangt somit eine äußerst sorgfältige Justierung und ist daher recht aufwändig. Auf'ierdeni müssen zur Verwendung bei niedrigen Meßsystem für Ionisationsmanometer

Anmelder:

E. Leybold's Nachfolger,
Köln-Bayenthal, Bonner Str. 504

Dipl.-Phys. Dr. Hasso Moesta, Köln-Weidenpesch,
ist als Erfinder genannt worden

Drucken die Einzelteile des Meßsystems weitgehend ausheizbar sein, damit keine festhaftenden Gasreste während der Messung losgelöst werden und das Ergebnis fälschen. Dies ist bei der vorbekannten Alpert-Röhre ebenfalls nur schlecht möglich, da das Gitter, welches aus verhältnismäßig dickem Draht gewickelt werden muß, um eine genügende Eigensteifigkeit zu erzielen, hierzu recht hohe Stromstärken erfordert, während eine Ausheizung durch Elektronenbeschuß eine starke Belastung der Kathode mit sich bringt. Außerdem besteht immer die Gefahr einer Verwerfung der Einzelteile durch die Wärmeeinwirkung, welche die bereits beschriebenen Fehler hervorrufen würde. Derartige Systeme sind also schlecht ausheizbar.

Ein Steigerung der Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit kann nach einem ebenfalls bekannten Vorschlag von Nottingham dadurch erreicht werden, daß die störenden Einflüsse der auf den Glaswänden der Röhre auftretenden Ladungen, durch eine Abschirmelektrode nach der Art des Faraday'schen Käfigs vom Meßsystem ferngehalten werden. Hierdurch wird die Möglichkeit der wirksamen Ausheizung weiter beschränkt.

Die neue Erfindung überwindet die aufgezeigten Schwierigkeiten und liefert ein Meßsystem, das sehr einfach herstellbar ist und sich hinsichtlich der Fertigungstoleranzen und der Justierung völlig unkritisch verhält. Sein Meßbereich reicht etwa von ΙΟ"² bis 10-¹⁰mmHg. Alle Elektroden sind mit relativ geringen Strömen ausheizbar. Das Kennzeichnende der neuen Erfindung wird darin gesehen, daß ein drahtförmiger Auffänger in der Längsachse eines zylinderförmigen Stabgitters angeordnet ist und daß hierzu konzentrisch eine kreisringförmige Kathode und eine oder mehrere kreisringförmige Abschirmwindungen angebracht sind.

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Vorteilhaft kann dabei die durch die kreisringförmige Kathode bestimmte Ebene etwa in gleichem Abstand von beiden Stirnflächen des Gitterzylinders liegen.

Es kann ferner günstig sein, wenn die kreisringfönnige Abschirmwindung einen größeren Durchmesser als die Kathode aufweist und mit dieser in einer Ebene liegt.

Eine empfehlenswerte Ausführungsform ist derart ausgebildet, daß das zylinderförmige Stabgitter aus mindestens zwei Trageringen besteht, zwischen denen Gitterdrähte, vorzugsweise in gleichem Abstand, als Mantellinien des Gitterzylinders ausgespannt sind. Hierdurch wird eine besonders günstige Ausheizmöglichkeit mit geringen Strömen erzielt. Es sind lediglich beide Trageringe an Spannung zu legen, wobei die parallel geschalteten Wolframwendel wie Glühlampenfäden glühen.

Die als konzentrischer Ring gestaltete Kathode steht nicht mehr unter mechanischer Spannung und erreicht dadurch eine höhere Lebensdauer. Außerdem können in dieser Anordnung auch Kathodenmaterialien verwendet werden, die bisher wegen der mechanischen Beanspruchungen ausgeschlossen bleiben mußten oder zumindest schwierig anzuwenden waren.

Selbstverständlich wäre außer dem besonders vorteilhaften kreissymmetrischen Aufbau auch eine allgemeinere Symmetrie möglich. Jedoch bietet die Kreisform für den Ausgleich der Wärmespannungen besondere Vorteile. Es ist möglich, die Gitterdrähte aus den verschiedensten Werkstoffen herzustellen. Auch die Zahl der Gitterstäbe kann dien gewünschten Verhältnissen angepaßt sein.

In der Zeichnung ist ein mögliches Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt: es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Meßröhre nach der Erfindung,

Fig. 2 die räumliche Anordnung der wesentlichsten Einzelteile stark schematisch.

In einem Glasgefäß 6, welches einen Anschlußschliff 61 aufweist, ist das Meßsystem über zwei Quetschfüße 62, 63 eingeschlossen (Fig. 1). Dieses besteht aus einem drahtförmigen Auffänger 1, der über Anschlüsse 11, 12 nach außen geführt ist und zum Ausheizen zweipolig angeschlossen werden kann. Zum Meßsystem gehört ferner ein zylinderförmiges Stabgitter 2. welches aus den beiden Trageringen 23, 24 mit den ausgespannten Wolframwendeln 25 besteht. Auch dieses Einzelteil kann über Zuleitungen 21, 22 zweipolig angeschlossen werden. Um diesen Gitterzylinder legt sich eine konzentrische Drahtkathode 3 mit Zuleitungen 31, 32. Ein weiterer konzentrischer Drahtring 4 bildet die Abschirmelektrode und kann ebenfalls mit zwei Anschlußleitungen 41, 42 versehen werden.

Aus Fig 2 wird die räumliche Anordnung der Einzelteile besonders deutlich. Man erkennt den Gitterzylinder 2 mit dem in seiner Längsachse angeordneten Auffänger 1 und die Drahtkathode 3 sowie den Abschirmring 4.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Meßsystem für lonisationsmanometer. bestehend aus einer Kathode, einem Gitter und einem Auffänger, dadurch gekennzeichnet, daß ein drahtförmiger Auffänger in der Längsachse eines zylinderförmigen Stabgitters angeordnet ist und daß hierzu konzentrisch eine kreisringförmige: Kathode und eine oder mehrere kreisringförmige Abschirmwindungen angebracht sind.

2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die kreisringförmige Kathode bestimmte Ebene etwa in gleichem Abstand von beiden Stirnflächen des Gitterzylinders liegt.

3. Meßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisringförmige Abschirmwindung einen größeren Durchmesser als die Kathode aufweist und mit dieser in einer Ebene liegt.

4. Meßsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zylinderförmige Stabgitter aus mindestens zwei Trageringen l>esteht, zwischen denen Gitterdrähte, vorzugsweise in gleichem Abstand, ails Mantellinien des Gitterzylinders ausgespannt sind.

5. Meßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterdrähte nach der Art üblicher Glühlampendrähte, etwa als Wolframwendel, ausgebildet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen