DE1223063B

DE1223063B - Mittelbar geheizte Kathode fuer elektrische Entladungsgefaesse und Verfahren zur Temperatur-regelung der Kathode

Info

Publication number: DE1223063B
Application number: DES97897A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Diether Vitzthum
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-06-30
Filing date: 1965-06-30
Publication date: 1966-08-18
Also published as: US3385997A; NL6608031A; SE300271B; GB1139006A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIj

Deutsche Kl.: 21g-13/04

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

S 97897 VIII c/21 j
30. Juni 1965
18. August 1966

Die Erfindung betrifft eine mittelbar geheizte Kathode mit mindestens einer thermoelektrischen Übergangsstelle für elektrische Entladungsgefäße. Sie hat besondere Bedeutung für Röhren höherer Leistung.

In geschlossenen Elektronenröhren ist es meist unmöglich, die Kathodentemperatur zu bestimmen, weil entsprechende Fenster für eine pyrometrische Messung fehlen, und zwar weil in der überwiegenden Zahl der Fälle diese gar nicht angebracht werden können. Andere Möglichkeiten zur Temperaturmessung, insbesondere ohne Unterbrechung des Emissionsvorganges, sind ebenfalls nicht gegeben. Andererseits ist es aber oftmals erforderlich, die Kathodentemperatur zu bestimmen, insbesondere, um sie zu korrigieren. Dies kann z. B. der Fall sein bei veränderter Kühlung der betreffenden Röhre oder aber auch bei Änderung des Arbeitspunktes, nämlich z. B. durch erhöhte Abkühlung der Emissionsfläche infolge einer erhöhten Elektronenemission, ao

Es ist bereits eine Glühkathode mit einer Elektronen emittierenden Schicht und einem Gleichstromheizer für eine halbindirekte Heizung bekannt, bei der das gleichstromgeheizte Heizelement eine oder mehrere thermoelektrische Übergangsstellen aufweist, die als sogenannte »heiße Stellen« zum Kathodenkörper unter guten Wärmeübergangsbedingungen stehen und die dazu dienen sollen, durch den auftretenden Peltier-Effekt die Wärmeökonomie zu erhöhen. Da der über den Peltier-Effekt wirksame Wärmeanteil bei einer bereits niedrigen Heizspannung von 2VoIt unter 1*7» liegt, hat die bekannte Maßnahme wegen der erforderlichen sehr niedrigen Heizspannung keine praktische Bedeutung.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, durch besondere konstruktive Ausbildung, z. B. durch geringfügige Abänderung oder Ergänzung einer mittelbar geheizten Kathode, insbesondere einer MK-Kathode, die momentane tatsächliche Kathodentemperatur während des Emissionsvorganges derart erfaßbar zu machen, daß ihre Meßgröße für eine Messung, vor allem aber für die Steuerung einer Temperaturregelung dienen kann.

Erreicht wird dies bei einer im ersten Absatz beschriebenen mittelbar geheizten Kathode nach der Erfindung dadurch, daß die Kathodenhalterung aus einem vom Kathodenkörper abweichenden Metall, wie Platin, Tantal od. dgl., besteht und als der eine Metalleiter zusammen mit dem Kathodenkörper selber als dem zweiten Metalleiter eine thermoelektrische Übergangsstelle bildet und beide Metall-Mittelbar geheizte Kathode für elektrische
Entladungsgefäße und Verfahren zur Temperaturregelung der Kathode

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,

München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Chem. Diether Vitzthum, München

leiter bildenden Teile getrennt aus dem Entladungsgefäß herausgeführt und mit Zuleitungen bis zu einer kalten Stelle, insbesondere bis zur Durchführungsstelle, aus dem jeweils gleichen Metall versehen sind.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung erreicht man im Fall einer Scheibenkathode, wenn man den Strahlungsschutzmantel aus einem Tantalfolienzylinder herstellt und als den einen Metalleiter benutzt, weil dieser nämlich bis unmittelbar an die durch die Emissionsträgerscheibe gebildete Emissionsfläche heranragt. Die Verwendung von Molybdän und Tantal als Metall für die beiden Hohlleiter hat nämlich für eine thermoelektrische Übergangsstelle den wesentlichen Vorteil, daß im Bereich niederer Temperaturen der Charakteristikverlauf sehr flach ist, so daß z. B. bei einer Umgebungstemperatur in einem Bereich von 15 bis 30° C die Abweichung pro Grad Celsius höchstens 0,33% beträgt. Selbstverständlich sind aber auch andere Metalleiterkombinationen mit Molybdän oder Nickel als den gebräuchlichsten Metallen für Kathodenträger möglich.

Einzelheiten einer weiteren Ausbildung der Erfindung sollen an Hand der in der Zeichnung rein schematisch dargestellten MK-Kathode als Ausführungsbeispiel einer Vorratskathode erläutert werden. Teile, die nicht unbedingt zum Verständnis der Erfindung beitragen, sind darin fortgelassen worden bzw. unbezeichnet geblieben.

Bei der Kathode, wie sie z. B. für ein Strahlerzeugungssystem einer Laufzeitröhre Verwendung findet, ist mit 1 der Kathodenkörper bezeichnet, der — nicht besonders dargestellt — "im wesent-

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lichen aus dem Vorratsbehälter und dem Raum für den betreffenden Heizer, sei es für einen frei tragenden oder einen eingekitteten Heizer, besteht. An seinem oberen Rand, unmittelbar unterhalb der porösen Emissionsstoffträgerscheibe 2, ist ein mit dem Kathodenkörper fest verbundener, z. B. aufgesinterter Molybdänring 3 vorgesehen, an dem der Strahlungsschutzmantel 4 aus z. B. einem Tantalfolienzylinder derart angeschweißt ist, daß diese Befestigungsstelle eine thermoelektrische Übergangsstelle 5 bildet. Durch die unmittelbare Nähe dieser Übergangsstelle in bezug auf die Emissionsfläche entspricht die dort herrschende Temperatur recht genau der tatsächlichen Emissionstemperatur. Die jeweilige Zuleitung etwa bis zur Durchführung; zumindest bis zu einer genügend kalten Stelle, besteht für den Tantalfolienzylinder aus einem Tantaldraht 6 bzw. für den Kathodenkörper aus einem Molybdändraht 7. Beide Metalleiter bzw. Zuleitungsdrähte 6 und 7 sind abweichend von sonstigen entsprechenden Systemen getrennt aus dem Entladungsgefäß herausgeführt. An den beiden Durchführungen kann die an der thermoelektrischen Übergangsstelle 5 erzeugte Thermospannung abgenommen und zur Bestimmung der Emissionstemperatur gemessen bzw. zur Steuerung einer auf den Heizstrom wirkenden Temperaturregelung benutzt werden.

Falls über eine der Zuleitungen außerdem gleichzeitig der jeweilige Emissionsstrom fließt, muß der an dem betreffenden Metalleiter, z. B. an dem Folienzylinder, auftretende Spannungsabfall, der mit der Thermospannung in Serie liegt, kompensiert werden.

Bei einer MK-Kathode mit stirnseitiger Emissionsfläche von 3 mm Durchmesser, wurde bei einer Betriebstemperatur von 1085° C die unmittelbar durch den Emissionsvorgang hervorgerufene Abkühlung der Emissionsfläche zu 0,28 ± 0,03° C/mA ermittelt. Entsprechend würde sich bei einer Emission von 100 mA — entsprechend einer spezifischen Emission von 1,4 A/cm² — bereits eine unter Umständen ins Gewicht fallende Abkühlung von etwa 28° C ergeben.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Verfahren zum thermoelektrischen Steuern der Temperatur einer mittelbar geheizten Kathode besonders vorteilhaft, bei dem die an den getrennt herausgeführten beiden Metalleitern abgenommene elektrische Spannung einem Temperaturregler zugeführt wird, der nach einer Kompensationsmethode arbeitet, und bei dem die Abweichung vom TemperatursoUwert als Steuerspannung (Impuls) dient. Dabei kann je nach Erfordernis bzw. nach vertretbarem Aufwand die Abnahme der Thermosteuerspannung mit - oder ohne kurzzeitige Unterbrechung des Emissionsvorganges erfolgen. Mit dem beschriebenen Verfahren ist es ohne weiteres möglich, selbst bei wechselndem Betrieb der Kathode die Emissionstemperatur durch einen entsprechend beschaffenen Temperaturregler etwa auf V2⁰ C genau zu regeln.

Claims

Patentansprüche:

1. Mittelbar geheizte Kathode für elektrische Entladungsgefäße, bei der der Kathodenkörper aus einem üblichen Metall, wie Molybdän, Nickel od. dgl., besteht und an einer Kathodenhalterung befestigt, insbesondere geschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenhalterung (4) aus einem vom Kathodenkörper (1) abweichenden Metall, wie Platin, Tantal od. dgl., besteht und als der eine Metallleiter zusammen mit dem Kathodenkörper als dem zweiten Metalleiter eine thermoelektrische Übergangsstelle (5) bildet und beide Metalleiter bildenden Teile getrennt aus dem Entladungsgefäß herausgeführt und mit Zuleitungen (6, 7) bis zu einer kalten Stelle, insbesondere bis zur Durchführungsstelle, aus dem jeweils gleichen Metall versehen sind.

2. Mittelbar geheizte Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Scheibenkathode der Strahlungsschutzmantel aus einem Tantalfolienzylinder besteht und den einen Metalleiter der thermoelektrischen Übergangsstelle bildet.

3. Mittelbar geheizte Kathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall einer

- MK-Kathode, insbesondere für Röhren höherer Leistung, der von einer porösen Emisionsstoffträgerscheibe überdeckte, aus Molybdän bestehende Vorratsbehälter als einer der Metalleiter der thermoelektrischen Übergangsstelle dient.

4. Mittelbar geheizte Kathode nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Metalleiter bildenden Teile über zwei Anschlußklemmen (Durchführungsstifte) mit einer thermoelektrischen Temperaturmeßeinrichtung verbunden sind.

5. Mittelbar geheizte Kathode nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Metalleiter bildenden Teile über zwei Anschlußklemmen (Durchführungsstifte) mit einer Temperaturregeleinrichtung verbunden sind.

6. Verfahren zur Durchführung der thermoelektrischen Steuerung für die Temperaturregelung einer mittelbar geheizten Kathode für elektrische Entladungsgefäße nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den getrennt herausgeführten Metalleitern einer von Teilen der Kathode gebildeten thermoelektrischen Übergangsstelle die im Betrieb erzeugte elektrische Spannung abgenommen und in einem den Heizstrom steuernden Temperaturregler, der insbesondere nach Art einer Kompensationsschaltung arbeitet, zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen