DE1414564B2

DE1414564B2 - Verwendung eines logarithmischen Strommeßgerates in Ionen oder Ionengetter pumpen

Info

Publication number: DE1414564B2
Application number: DE19601414564
Authority: DE
Inventors: Harry Adolph PaIo Alto Rorden Robert James Los Altos Calif Mandoh (V St A)
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1959-06-01
Filing date: 1960-05-23
Publication date: 1971-01-14
Also published as: DE1187726B; DE1414564A1; JPS433671B1; GB956141A; US3118103A; GB956142A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines logarithmischen Strommeßgerätes im Entladungsstromkreis einer Ionen- oder Ionengetterpumpe.

Durch die deutsche Patentschrift 699 956 ist ein Spannungsmeßgerät mit logarithmischer Charakteristik bekanntgeworden, das aus einem Gleichspannungsmeßgerät mit einem nichtlinearen Vorwiderstand in Form von zwei gegensinnig geschalteten Dioden und einem Parallelwiderstand zu dieser Serienschaltung besteht, wobei ein weiterer ohmscher Widerstand und Dioden zur Kompensation von Temperaturfehlern der genannten Schaltung noch vorgeschaltet sind.

Durch die Veröffentlichung in der Zeitschrift »AEG-Mitteilungen«, 1959, S. 130, ist ferner die Erzielung von angenähert logarithmischen Meßcharakteristiken bei Drehspulmeßwerken unter Anwendung von dem Meßwerk parallelgeschalteten Dioden und Parallelwiderständen bekanntgeworden.

Ferner ist es durch das Buch von R. J a e c k e 1, »Kleinste Drucke, ihre Messung und Erzeugung«, 1950, insbesondere S. 67 und 72, bekanntgeworden, bei Ionisationsmanometern Meßinstrumente zu verwenden, bei denen in exponentieller Weise der Anzeigewert von dem zu messenden Druck abhängt, und zwar unter Anwendung von Glimmlichtröhren, bei denen die Glimmlichtlänge ein Maß für den die Röhre durchfließenden Strom bildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Ionen- oder Ionengetterpumpe, bei der der Entladungsstrom während des Pumpvorganges sehr stark unterschiedliche Werte annimmt, eine dem jeweiligen Druck angepaßte momentane Strommessung durchführen zu können.

Bei derartigen Hochvakuumpumpen schwankt der die Pumpe durchfließende Strom während des Pumpvorganges zwischen 1 μΑ und etwa 200 mA, wenn die Pumpe in einem Bereich zwischen 10~³ bis 10~¹⁰mmHg arbeitet. Bei dem Inbetriebsetzen der Pumpe ist mit einem verhältnismäßig hohen Druck der Pumpe zu rechnen, und es kann dann der Entladungsstrom, verbunden mit einem hohen Leistungsumsatz in der Pumpe, sehr groß sein, wodurch sich in diesem Zustand nachteilige Erscheinungen für die inneren Teile der Pumpe ergeben können.

Die Erfindung bezweckt daher, die zur Überwachung des Entladungsstromes bei der Pumpe vorgesehene Meßvorrichtung derart auszubilden, daß der Meßkreis mit einer stark zusammengedrängten Meßskala arbeitet, wenn infolge eines hohen Drukkes mit hohem Entladungsstrom und hoher Leistungsumsetzung in der Pumpe zu rechnen ist, daß jedoch in einfacher Weise der Meßkreis auf hohe Empfindlichkeit umschaltbar ist, wenn die Pumpe ein hohes Vakuum geschaffen hat.

Zum Lösen dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Verwendung eines logarithmischen Strommeßgerätes, das aus der Parallelschaltung einer Diode mit logarithmischer Strom-Spannungs-Charakteristik und einem Meßinstrument mit Vorwiderständen besteht und bei dem zur wahlweise linearen Anzeige ein parallel zu den Widerständen zuschaltbarer Widerstand vorgesehen ist, im Entladungsstromkreis einer Ionen- oder Ionengetterpumpe vor.

Die Ausbildung des Strommeßgerätes allgemein ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltungsanordnung für die Verwendung nach der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß durch eine gemeinsam betätigte Schalteranordnung gleichzeitig der zu den Vorwiderständen des Meßinstrumentes parallel anschaltbare Widerstand und zu der Diode ein Parallelwiderstand zuschaltbar sind. Die Schaltungsanordnung gestattet damit in einfachster Weise die Umschaltung der Meßanordnung auf die verschiedenen zu verarbeitenden Entladungsströme zu bewerkstelligen.

Ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung für die Verwendung nach der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit einer Figur beschrieben.

Die Figur zeigt das Schaltbild eines Stromversorgungs- und Strommeßgerätes zum Anschluß an eine Ionengetterpumpe.

In der Zeichnung ist ein Wechselstromgenerator 3 über einen doppelpoligen Schalter an den Transformator eines Hochspannungsgeräts 4 angeschlossen. Typische Strom- und Spannungswerte für eine an die Klemme 5 anschließende, mit Glimmentladung arbeitende Vakuumpumpe sind 2500 V Leerlaufspannung und 180 mA Kurzschlußstrom.

Eine Filterkapazität 27 am Ende der Diodenschaltung des Gleichrichtergerätes 4 liefert Gleichstromleistung von dem vorderen Ende der Diodenschaltung an den bei 5' anzuschließenden Verbraucher und dient ferner dem Zweck, die Amplitude bei der Halbwellengleichrichtung des Gerätes 4 zu glätten. Das hintere Ende der Diodenschaltung ist an Erde wie zuvor erörtert, angeschlossen und mit der Sekundärwicklung 13 des Transformators 11 verbunden. Ein Ableitwiderstand 28 parallel zu dem Kondensator 27 bewirkt eine Entladung der Kondensatoren des Gleichrichters.

Die Filteranordnung 4' zwischen dem Gleichrichter 4 und dem Verbraucher 5 leitet Hochfrequenzströme ab, welche in dem Verbraucher auftreten könnten und verhindert dadurch eine Beschädigung der Dioden 18, 19, 21, 22 in dem Gleichrichtergerät 4.

Der an die Belastung gelieferte Strom wird zwischen dem Gleichrichter 4 und dem Erdungspunkt gemessen. Die Leitung vom hinteren Ende der Diodenkette ist an die Klemme C geführt und von dort zur Klemme D des die Klemmen A bis F umfassenden Klemmenkastens 15 und zur Erdungsklemme F über den Strommeßkreis 6, wobei die Klemmen C und D Anschlüsse bilden, an welche ein dem Außenstromkreis anzuordnendes Meßgerät oder Relais angeschlossen werden kann. Da diese Klemmen in dem Spannungserzeugungsgerät angeordnet sind, müssen, wenn im Außenstromkreis kein Meßinstrument oder Relais verwendet wird, durch eine Kurzschlußverbindung 35 überbrückt werden. Ein Tiefpaßfilter 37 ist in den Strommeßkreis 6 eingeschaltet und hält von demselben Wechselstromkomponenten, die in dem Gleichstrom auftreten, fern. Das Filter 37 besteht aus einer Kapazität 38, die gegen Erde eingeschaltet ist, und aus einer Induktivität 39, welche in Serie mit der Kapazität 41 parallel zu der Kapazität 38 liegen.

Ein Strommeßkreis 6, dessen Bereich zwischen 200 000 zu 1 liegt und 1 μΑ bis 200 mA zu messen gestattet, dient dem Zweck, den Strom der Glimmentladungshochvakuumpumpe zu messen. Eine Diode 42, welche beispielsweise eine Siliziumflächendiode

sein kann, liegt parallel zu dem Kondensator 41 des Filters. Die Diode ist so ausgewählt, daß die Spannung an der Diode ungefähr proportional dem Logarithmus des die Diode durchfließenden Stromes ist. An Stelle der Diode könnte auch eine Vakuumröhre oder ein Germanium-Halbleiter verwendet werden, die charakteristischen Eigenschaften einer Siliziumflächendiode sind aber besonders geeignet für den Bereich zwischen 1 μΑ und 200 mA.

Die Drehspule eines Meßinstrumentes 43 liegt in Serie mit den Widerständen 44, 45 und 46 und parallel zu der Diode 42 und bildet ein Voltmeter, welches die Spannung an der Meßdiode 42 mißt und dementsprechend logarithmisch den Strom anzeigt, welcher durch den Verbrauchers, die Ionen- oder Ionengetterpumpe, im Bereich hoher Ströme fließt. Bei niedrigen Strömen, beispielsweise bei etwa 10 μΑ in der Pumpe, wird der Strom durch den Voltmeterkreis größer als der Strom durch die Meßdiode 42, und das System arbeitet praktisch linear. Die Kalibrierung des Meßinstrumentes ist derart, daß dieser Umstand berücksichtigt wird. Die Skala des Meßinstrumentes 43 ist sowohl in Strömen als auch in Drücken geeicht.

Der Widerstand 46 ist einstellbar und gestattet eine Kalibrierung des Meßinstrumentes 43, wenn das erste Mal das Leistungsversorgungsgerät benutzt wird. Der Widerstand 44 liefert an den Klemmen E und F eine Spannung, die proportional der Ablenkung des beweglichen Systems des Meßinstrumentes ist, und es kann dort ein Potentiometer-Registriergerät angeschaltet werden. Der Registrierstreifen des Potentiometer-Registriergerätes kann in ähnlicher Weise kalibriert werden, wie es die Vorderseite des Meßinstrumentes 43 ist, so daß sowohl eine Anzeige des Stromes als auch des Druckes erhalten wird.

Eine Diode 47 liegt parallel zu der Diode 42 und ist umgekehrt zur Diode 42 angeordnet, so daß ein zu hoher Strom von dem Meßinstrument 43 ferngehalten wird, wenn bei einer plötzlichen Stromunterbrechung die in dem Filter 37 gespeicherte Energie entladen wird. Wenn auf diese Weise der Strom unterbrochen wird, bewirkt die Induktivität 39 einen Stromfluß in die Kapazität 38 hinein, so daß eine positive Ladung an der Kapazität 38 sich ausbildet. Der Strom fließt dann zurück durch die Induktivität 39, und eine positive Ladung erscheint an der Kapazität 41. Diese Spannung wirkt an der Spule des Meßinstrumentes 43 in der entgegengesetzten Richtung. Die Diode 47 lenkt den größten Teil des Stromes ab und verhindert dadurch eine Beschädigung des Systems des Meßinstrumentes. Die Meßdiode 42 ist in diesem Fall entgegengesetzt vorgespannt, und es fließt nur ein sehr geringer Strom durch dieselbe.

Die Genauigkeit der Meßanordnung ist beschränkt durch die zusammengedrängte Skala und die Empfindlichkeit der Meßdiode gegenüber Temperaturschwankungen. Es können indessen Temperaturschwankungen beträchtlich verringert werden, daß die Meßdiode 42 in einen gesteuerten Ofen gebracht wird und die Dekalibrierung des beweglichen Systems des Meßinstrumentes und der Skalen des Aufzeichnungsgerätes an die Charakteristiken der Meßdiode 42 angepaßt werden. Die Genauigkeit der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist aus dem Grund nicht extrem hoch getrieben, weil die Bauteile auswechselbar sein sollen und das gesamte System einfach und zuverlässig sein soll.

Das Zusammenpressen von fünf Meßdekaden auf eine einzelne Skala macht das System verhältnismäßig unempfindlich gegenüber kleinen Stromänderungen. Für gewisse Zwecke, beispielsweise, um Undichtigkeiten festzustellen, ist es wünschenswert, sehr kleine Ströme zur Anzeige zu bringen, auch wenn der absolute Wert des Stromes oder des Druckes dann nicht von großer Bedeutung ist. Dies wird dadurch erleichtert, daß ein zweipoliger Umschalter 49 verwendet

ίο wird, welcher gleichzeitig den Widerstand 48 in parallel zu den Widerständen 45 und 46 legt und den Widerstand 51 parallel zur Meßdiode 42. Es wird auf diese Weise der Widerstand des Spannungsmessers verringert, und der variable Widerstand 51 läßt sich von der Vorderseite des Meßgerätes einstellen, so daß der Zeiger des Meßinstrumentes 43 auf eine gewünschte Stelle in der Nähe des vollen Ausschlages gestellt wird.

Wegen des verringerten Widerstandes des VoItmeterkreises ist die Spannung an der Meßdiode 42 so niedrig, daß der Strom durch dieselbe vernachlässigt werden kann. Der Meßzweig des Instrumentes ist nunmehr ein lineares Amperemeter mit linearem Ausschlag und einer willkürlich gewählten Skala, wobei kleine Änderungen des Stromes leicht angezeigt werden. Die Meßdiode 42 wirkt hier als Schutz des Meßinstrumentes, da der Strom, wenn der variable Widerstand 51 nicht richtig eingestellt ist, abgelenkt wird, und es wird der Strom durch das Meßinstrument 43 ungefähr auf den doppelten Skasenausschlag unter den schlechtesten Bedingungen beschränkt.

Nachstehend wird eine Tabelle gegeben, in welcher geeignete Werte für die Größe der Schaltungselemente eines erfindungsgemäßen Gerätes aufgeführt sind; das Gerät lieferte die Leistung für eine mit Glimmentladung arbeitende ionische Vakuumpumpe und Getterzerstäubung der Kathode.

Schaltungselement	Größe
38	100 μΡ
39	1,5
41	80 μΡ
44	2,5 K
45	3OK
46	5 K
48	39 K
51	100 K

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung eines logarithmischen Strommeßgerätes, das aus der Parallelschaltung einer Diode (42) mit logarithmischer Strom-Spannungs-Charakteristik und einem Meßinstrument (43) mit Vorwiderständen (45, 46) besteht und bei dem zur wahlweise linearen Anzeige ein parallel zu den Widerständen (45, 46) zuschaltbarer Widerstand (48) vorgesehen ist, im Entladungsstromkreis einer Ionen- oder Ionengetterpumpe.

2. Schaltungsanordnung für die Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine gemeinsam betätigte Schalteranordnung (49) gleichzeitig der zu den Vorwiderständen (45, 46) des Meßinstrumentes (43) parallel anschaltbare Widerstand (48) und zu der Diode (42) ein Parallelwiderstand (51) zuschaltbar sind.