DE1082698B - Einrichtung zum Schutz einer Vakuumanlage - Google Patents

Description

Ionisationsmanometer mit kalter Kathode, sogenannte Penningmanometer, sind allgemein bekannt und dienen zur Messung von Drücken nicht kondensierbarer Gase und von Dampfdrücken von kondensierbaren Dämpfen im Bereich von etwa 5 · 10~³ bis 5 · 10-· Torr.

Kontaktvakuummeter und Ionisationsmanometer mit Glühkathoden, die man bereits in automatisch arbeitenden Entlüftungseinrichtungen verwendet hat, sind in Anlagen, in denen stark korrodierende Stoffe, beispielsweise Uranhexafluorid vorkommen, nicht genügend zuverlässig.

Es ist auch bereits bekannt, in einer Vakuumanlage zum Schutz der Hochvakuumpumpe in der Verbindungsleitung zwischen dem Rezipienten und der Hochvakuumpumpe ein Hochvakuumventil vorzusehen, dessen Ventilteller mittels eines pneumatisch betätigten Balgens an seinen Ventilsitz angedrückt wird und dadurch die Hochvakuumpumpe abtrennt, wenn ein Lufteinbruch erfolgt oder der Druck im Rezipienten zu hoch ansteigt.

Um in einer Vakuumanlage, in der korrodierende Stoffe, beispielsweise Uranhexafluorid, verarbeitet werden, das mit dem Vakuummesser zusammenarbeitende Anzeigeinstrumerit, den Vakuummesser selbst und die Hochvakuumdiffusionspumpe bei den gelegentlich auftretenden Störungen genügend zuverlässig schützen zu können, wird gemäß der Erfindung eine Einrichtung vorgeschlagen, welche durch die Kombination folgender Bestandteile gekennzeichnet ist:

a) Ionisationsmanometer mit kalten Kathoden,

b) Galvanometer, das unmittelbar an die Ausgangsklemmen des Ionisationsmanometers angeschlossen ist,

c) ein vom Galvanometer gesteuertes Relais, das bei Überschreitung eines vorbestimmten Galvanometerstroms seinerseits sowohl ein Relais steuert, über das die Speisespannung für das lonisationsmanometer unterbrochen wird, als auch ein Relais, das die Heizung der Diffusionspumpen der Anlage abschaltet.

In Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild einer Steuereinrichtung für eine Vakuumanlage mit einem Penningmanometer mit kalten Kathoden bekannter Ausführung dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine typische Kurve der Abhängigkeit des Ionisationsstroms ί vom abnehmenden Drück, der im Manometerkopf herrscht. Auf der Abszisse sind nach rechts abnehmende Druckwerte in Torr aufgetragen, auf der Ordinate der Ionisationsstrom in Mikroampere.

In den Zeichnungen sind nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Elemente dargestellt.

Einrichtung zum Schutz
einer Vakuumanlage

Anmelder:

Commissariat ä l'Energie Atomique,
Paris

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 26. Juli 1957

Claude Argant, Paris,
und Andre Hupfer, Livry-Gargan, Seine-et-Oise

(Frankreich),
sind als Erfinder genannt worden

Das in Fig. 1 dargestellte Ionisationsmanometer oder Penningmanometer ist von bekannter Bauart; es enthält zwei Elektroden aus einem nicht korrodierenden Metall; die Kathode besteht aus zwei Platten 1, die auf beiden Seiten der Anode 2 angeordnet sind. Die Elektroden sind in einem Kolben 3 untergebracht, der mit der Vakuumanlage, in der der Druck gemessen werden soll, über einen Rohrstutzen 4 kommuniziert. Eine in Fig. 1 nicht dargestellte Vorrichtung erzeugt ein geeignetes Magnetfeld, durch das die von den Kathoden emittierten Elektronen fokussiert werden.

Die von der Kathode 1 emittierten Elektronen beschreiben Bahnen unter der gemeinsamen Wirkung des magnetischen und elektrischen Feldes; sie durchlaufen dabei eine Anzahl von Hin- und Herbewegungen zwischen den Elektroden. Auf ihrer Bahn erleiden sie Zusammenstöße mit den Gasmolekülen; die so erzeugten positiven Ionen werden von den Kathoden 1 unter gleichzeitiger Sekundäremission von Elektronen gesammelt, die zur Unterhaltung der Gasentladung beitragen. Der erzeugte Ionisationsstrom reicht aus, um ohne elektrische Verstärkung gemessen werden zu können.

Die Abhängigkeit des Ionisationsstroms vom Druck ist schematisch in der Fig. 2 dargestellt. Der Strom ist in der Nähe des Atmosphärendrucks (760 Torr) nahezu Null, er steigt jedoch sehr schnell auf einen Maximalwert M an, um von da asymptotisch zur Druckachse hin abzufallen.

0O9 528/75

Der brauchbare Bereich des Manometers ist einerseits durch den Wert des Ionisationsstroms beschränkt, der eine Gefahr der Beschädigung des Vakuummeßinstrumentes ausschließt und andererseits durch den Wert, unterhalb dessen keine Messungen mit brauchbarer Genauigkeit ausgeführt werden können; die beiden Grenzen liegen etwa bei Drücken von 5 · ΙΟ—² Torr und 5 · 10—⁶ Torr und entsprechen Ionisationsströmen von 1500 Mikroampere und 5 Mikroampere.

Das Manometer erhält in Fig. 1 den Strom vom Netz über eine Leitung 5. Die Netzspannung wird durch einen Stabilisator 6 stabilisiert, und die so stabilisierte Spannung gelangt über eine Leitung 7, die durch zwei gestrichelte Linien dargestellt ist, an einen Hochspannungstransformator 8. An den Ausgang des Transformators 8 ist eine bekannte, in Fig. 1 nicht dargestellte Schaltung angeschlossen, durch die die Spannung gleichgerichtet und geglättet wird; letztere wird zwischen die Masse der Einrichtung und die Anordnung geschaltet, die aus dem Kopf des Manometers 10, einem Galvanometer 11 und einem Registriergerät 12 besteht. Die in Serie geschalteten Vorrichtungen 10, 11, 12 bilden den Meßkreis.

Das Entgasen des Meßkopfes geschieht in bekannter Weise durch Anlegung einer von der Netzspannung verschiedenen Spannung über einen Transformator 13 und eine eine Zeitkonstante aufweisende Einrichtung, die in Fig. 1 nicht dargestellt ist.

Eine Anzahl von noch zu beschreibenden Schaltkreisen sind gemäß der Erfindung vorgesehen, um die Sicherheit der elektrischen Stromversorgung und der dem Manometer zugeordneten Schaltungen, die von diesem gesteuert werden, zu gewährleisten. Sie werden durch die Relais 14, 15 und 16 betätigt, die funktionsmäßig durch an sich bekannte Mittel miteinander verbunden sind und die durch eine Spannung gespeist werden, die vom Stabilisator 6 geliefert und durch eine bekannte Vorrichtung, die in Fig. 1 nicht dargestellt ist, gleichgerichtet wird.

Die Sicherheitsschaltungen dienen folgenden zwei Zwecken:

Einem Schutz des Galvanometers 11, des Registrierinstrumentes 12 und des Meßkopfes 10, einem Schutz der Diffusionspumpe.

Der Schutz des Meßkreises tritt in Aktion, wenn die Stärke des im Meßkopf des Manometers 10 über die Einrichtungen 11 und 12 fließenden Stromes einen gewissen Wert überschreitet.

Daß der Strom einen zu hohen Wert hat, kann drei Gründe haben:

1. Der in den Zeichnungen nicht dargestellte Überbrückungswiderstand für das Galvanometer kann einen zu großen Wert für den in Betracht kommenden Meßbereich haben infolge einer falschen Empfindlichkeitseinstellung durch den Bedienungsmann;

2. die Elektroden des Manometers können infolge Alterung der Röhre deformiert sein und einen Kurzschluß ergeben;

3. ein Druckanstieg im Rezipienten kann ein Anwachsen des Ionisationsstroms im Manometer 10 hervorrufen. Die Stromkennlinie des Manometers, die für hohe Vakua gegen Null geht, besitzt, wie bereits oben erwähnt, in der Gegend von 10—² Torr (Fig. 2) ein Maximum M₁ das für den Meßkreis nicht zulässig ist.
Wenn der Strom von etwa 1500 Mikroampere erreicht wird, unterbricht das Galvanometer 11 mittels eines von seinem Zeiger betätigten Kontaktes die Erregerspannung des Relais 14 (die Verbindung zwischen dem Galvanometer 11 und dem Relais 14 ist schematisch durch eine gestrichelte Linie angedeutet), das dann das Relais 15 und 16 abfallen läßt. Über das Relais 15 wird die Energiezufuhr zu der mit 17 bezeichneten Diffusionspumpe abgeschaltet und durch das Relais 16 die Hochspannungsversorgung des Manometers unterbrochen.

Der Schutz der Diffusionspumpe tritt in Aktion, wenn der Druck ein einwandfreies Funktionieren der Diffusionspumpe nicht mehr gewährleisten würde oder wenn beispielsweise ein Lufteinbruch erfolgt. Das Relais 15 unterbricht nämlich die Heizung der Pumpe, und die übliche Kühlung der Pumpe reicht dann aus, um eine Oxydation des Öles zu vermeiden. Das Anhalten des Registriergeräts 12 wird durch das Relais 15 gesteuert; es geschieht jedesmal, wenn die Schutzschaltungen ansprechen und die Messung des Vakuums unterbrochen wird; dies hat den Vorteil, daß ein unnötiger Papierverbrauch beim Auftreten einer Störung vermieden wird.

Das Galvanometer 11 wird derart eingestellt, daß beim Überschreiten eines gewissen Druckes P₁ (Fig. 2) entsprechend einem bestimmten Wert des Ionisationsstroms, die Diffusionspumpe in Betrieb gesetzt wird, bis ein Druck P₂ (P₂ kleiner als P₁) erreicht ist. Dann wird die Pumpe abgestellt, und die Anlage füllt sich aufs neue mit Gas, bis der Druck P₁ wieder überschritten wird und ein neuer Pumpzyklus beginnt. Das Galvanometer 11 hat zwei Kontakte, die bei den Drücken P₁ und P₂ betätigt werden und einen bereits oben erwähnten, bei etwa 5 · IQ—² Torr betätigten Kontakt, dessen Berührung zu der Stillsetzung der ganzen Anlage führt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zum Schutz einer Vakuumanlage, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Bestandteile:

   a) Ionisationsmanometer (10) mit kalten Kathoden,

   b) Galvanometer (11), das unmittelbar an die Ausgangsklemmen des Ionisationsmanometers angeschlossen ist,

   c) ein vom Galvanometer gesteuertes Relais (14), das bei Überschreitung eines vorbestimmten Galvanometerstroms seinerseits sowohl ein Relais (16) steuert, über das die Speisespannung für das Ionisationsmanometer unterbrochen wird, als auch ein Relais (15), das die Heizung der Diffusionspumpen der Anlage abschaltet.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 442 834, 650 178;
   USA.-Patentschriften Nr. 2 442 518.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © WM 528/75 5.