DE1589467B2 - Verfahren zur bestimmung des endes der betriebsfaehigkeit eines heizfadens einer kathode - Google Patents

Description

angenähert den zum Fadenbetrieb gewünschten konstanten Temperaturbedingungen entspricht. Es hat sich gezeigt, daß die Lebensdauer des Kathodenfadens beim Betrieb mit konstanter Spannung etwa um das Zehnfache höher ist als die ansonsten bei konstantem Strombetrieb erhältliche Lebensdauer. Bei Betrieb des Kathodenfadens bei konstanter Spannung läßt sich eine weitere Erhöhung der Lebensdauer des Fadens erreichen, wenn bei der Wahl Fadenlänge und der den Faden umgebenden Einrichtung die durch Wärmestrahlung und Wärmeleitung verursachten Wärmeverluste berücksichtigt werden.

Gemäß F i g. 1 kann bei einem Betrieb des Fadens bei konstanter Temperatur und anschließender Stromüberwachung die Lebensdauer des Fadens vorbestimmt werden. Es hat sich gezeigt, daß beim Absinken des in F i g. 1 dargestellten normierten Stromes auf einen Betrag von 80 % seines Nennwertes sich der Faden dem Ende seiner Betriebsfähigkeit nähert. Die in F i g. 1 dargestellte Abnahme des normierten Stromes entspricht der durch Verdampfen bedingten Abnahme der Fadendicke, wobei ein Absinken des Stromes um 20% vom Nennstrom etwa einer Abnahme der Fadendicke um 10°/₀ entspricht. Die Verdampfung des Fadenmaterials bewirkt eine Abnahme des durch den Faden fließenden Stromes, die als ausgezeichnete Anzeige für die Fadenlebensdauer verwendbar ist. Bei Annäherung an einen willkürlich gewählten Punkt, als welcher beispielsweise ein Wert gewählt wird, der 80% des Nennstromes beträgt, sind unabhängig von den während des Betriebes herrschenden Temperatur- und Druckbedingungen bereits etwa 90°/₀ der Lebensdauer des Fadens abgelaufen.

Die F i g. 2 zeigt, daß die zur Anzeige der Fadenlebensdauer geeignete Abnahme des durch den Faden fließenden Stromes auch dann erfolgt, wenn der Faden einem schlechten Vakuum ausgesetzt ist. (Siehe die einem Vakuum von 10~³ mm Hg entsprechende Kurve in F i g. 2.) Die einem Vakuum von 10~³ mm Hg zugeordnete Kurve nach F i g.: 2 zeigt, daß sich auch in diesem Fall, d. h. beim Absinken des Stromes auf 80% des normierten Stromes, der Faden dem Ende seiner Betriebsfähigkeit nähert, obgleich der Faden nur einem zehnstündigen Betrieb ausgesetzt war. Der tatsächliche Zustand des Fadens, dessen Lebensdauer normalerweise erheblich länger ist als 10 Stunden, wird somit selbst dann zwangsweise angezeigt, wenn der Bedienende die schlechten Vakuumbedingungen außer acht läßt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Endes der Betriebsfähigkeit eines Kathodenfadens ist somit dem eingangs erwähnten Verfahren, das die Vakuum- oder Temperaturverhältnisse, denen der Faden ausgesetzt war, vernachlässigt, weitgehend überlegen.
Die F i g. 3 zeigt eine Vorrichtung zum Anlegen einer konstanten Spannung an einen Kathodenfaden, wobei der durch den Faden fließende Strom dauernd überwacht wird, um die Betriebsbedingungen des Fadens kontinuierlich zu ermitteln und damit zu

ίο einem beliebigen Zeitpunkt eine Anzeige der restlichen Fadenlebensdauer zu erhalten. In F i g. 3 ist beispielsweise ein Teil einer handelsüblichen Elektronenmikroskopkanone 12 dargestellt, die eine Anode 14, ein Gitter 16 und einen Kathodenfaden 18 enthält.

Der Kathodenfaden 18 ist an eine konstante Spannungsquelle 20 angeschaltet, wobei eine Rückkopplung 22 zur Regelung der Fadenspannung dient. In Serie mit dem Kathodenfaden 18 ist ein Strommesser 24 geschaltet, der mit einem mit einem manuell regelbaren Abgriff 28 versehenen variablen Nebenschlußwiderstand 26 gekoppelt ist. Beim Bestücken der Elektronenkanone 12 mit einem neuen Kathodenfaden 18 wird der Strommesser durch manuelle Betätigung des Abgriffs 28 des zum Strommesser im Nebenschluß geschalteten Widerstandes 26 so justiert, daß sein Zeiger 30 in die Ausgangs- bzw. Anfangsstellung gelangt. Die Elektronenkanone 12 wird durch eine mit einer Einlaßleitung des Kathodenfadens 18 verbundene übliche Spannungsquelle 32 auf den gewünschten Anoden-Kathoden-Betriebspotentialen gehalten.

Zur Schaffung der Betriebsvorspannung des Gitters 16 ist eine Gittervorspannungseinrichtung 34 zwischen die vorerwähnte Einlaßleitung des Kathodenfadens 18 und das in der Elektronenkanone 12 angeordnete Gitter 16 geschaltet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Anode 14 bei 36 geerdet, so daß die Spannungsquelle 32 gegen die Anode negativ vorgespannt ist.
Die konstante Spannungsquelle 20 kann von üblicher Art sein und einen Strom von 2 bis 3 A sowie eine Spannung von 1,4 bis 3 V liefern, die im Kathodenfaden 18 zu einer konstanten Spannung zwischen 1,4 bis 1,7 V führen. Als Strommesser 24 dient ein handelsüblicher Strommesser mit einem Anzeigebereich von beispielsweise 3 A.

An Stelle einer festen, das Ende der Betriebsfähigkeit und der Anfangsstellung anzeigenden Skala und des in F i g. 3 gezeigten justierbaren Nebenschlußwiderstandes 26 kann der Strommesser 24 bei Montage eines neuen Kathodenfadens 18 zusätzlich mit einer justierbaren Skala versehen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 konstanter Temperatur des Heizfadens hinaus, da der Patentansprüche: Sättigungsstrom lediglich vom Material und von der Temperatur des Heizfadens abhängt.

1. Verfahren zur Bestimmung des Endes der Schließlich ist auch aus der deutschen Patentschrift Betriebsfähigkeit eines haarnadelförmigen Heiz- 5 685 276 ein Verfahren zur Feststellung der von einer fadens aus Wolfram einer Kathode, die beispiels- Entladungsröhre zurückgelegten Betriebszeit und eine weise in einer zerlegbaren Elektronenkanone ver- Anordnung zur Ausübung dieses Verfahrens bekannt, wendet wird, dadurch gekennzeich- Dabei wird von der Zerstäubung eines Stoffes als net, daß der Heizfaden mit konstanter Spannung Anzeigemittel ausgegangen. So ist es bekannt, daß betrieben wird und daß das Ende der Betriebs- io die emissionsaktive Schicht von Glühkathoden und fähigkeit aus der Abnahme des durch den Heiz- auch die Glühfadensubstanz von Glühlampen allfaden fließenden Stromes um einen Bruchteil, mählich zerstäubt und sich in der Umgebung nieder-. dessen Wert aus Erfahrung gewonnen worden ist, schlägt. Dies kann nun dazu ausgenützt werden, die des Anfangsstromes der neuen Kathode ermittelt von einer Entladungsröhre zurückgelegte Betriebszeit wird. 15 zu ermitteln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der zeichnet, daß eine Abnahme des Stromes von Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur 20°/₀ des Anfangsstromes gewählt wird, um das Bestimmung des Endes der Betriebsfähigkeit eines Ende der Betriebsfähigkeit festzulegen. haarnadelförmigen Heizfadens aus Wolfram einer

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 20 Kathode, die beispielsweise in einer zerlegbaren gekennzeichnet, daß die Abnahme des durch den Elektronenkanone verwendet wird, zu schaffen.
Heizfaden fließenden Stromes mit einem Strom- Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäß dadurch gemeßgerät bestimmt wird, dessen Anzeige nach löst, daß der Heizfaden mit konstanter Spannung bedem Einbau einer neuen Kathode in die Elektronen- trieben wird und daß das Ende der Betriebsfähigkeit kanone, wenn der Anfangsstrom fließt, auf eine 25 aus der Abnahme des durch den Heizfaden fließenden vom Betrag des Anfangsstromes unabhängige Stromes um einen Bruchteil, dessen Wert aus Erfah-Anfangsstellung eingestellt wird. rung gewonnen worden ist, des Anfangsstromes der

neuen Kathode ermittelt wird.

Das Verfahren arbeitet unabhängig von der Betriebs-

30 temperatur des Fadens und unabhängig vom Betriebsdruck.

Zur Erläuterung der Erfindung dient die nach-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an

des Endes der Betriebsfähigkeit eines haamadelförmi- Hand der Figuren. Es zeigt

gen Heizfadens aus Wolfram einer Kathode, die bei- 35 F i g. 1 die über der Betriebsdauer (Stunden) auf-

spielsweise in einer zerlegbaren Elektronenkanone getragene, auf den Nennstrom bezogene (normierte)

verwendet wird. prozentuale Stromänderung, wobei die Temperatur

Ein bekanntes Verfahren zur Bestimmung des (gemessen in Grad Kelvin) als Parameter dient,

Endes der Betriebsfähigkeit einer Wolframhaarnadel- F i g. 2 die über der Betriebsdauer (Stunden) aufge-

kathode besteht entweder darin, abzuwarten, bis der 40 tragene normierte prozentuale Stromänderung, wobei

Faden ausgebrannt ist oder die Betriebsdauer zu der Druck (gemessen in Torr) als Parameter dient,

messen und an Hand anschlägiger Untersuchungen F i g. 3 teilweise im Blockschaltbild eine schema-

das Ende der Betriebsfähigkeit abzuschätzen. Das tische Darstellung eines Ausführungsbeispieles einer

letztgenannte Verfahren weist den wesentlichen Nach- Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach der

teil auf, daß es die geringen Temperaturänderungen 45 Erfindung.

des Fadens und die Druckschwankungen des um- Wie bereits erläutert wurde, wird die Lebensdauer gebenden Vakuums, die beide einen bedeutenden eines Fadens durch seinen Betrieb bei konstanter Einfluß auf die Gesamtlebensdauer des Fadens aus- Temperatur verlängert. Zur Aufrechterhaltung einer üben, vernachlässigt, weshalb die an Hand der konstanten Fadentemperatur kann diese kontinuierlich einzelnen Betriebsbedingungen abgeschätzte Lebens- 50 überwacht werden, wobei Schwankungen der Fadendauer des Fadens der üblichen bekannten Lebens- temperatur durch Optimierung der dem Faden zugedauer eventuell nicht entspricht. Bei einer bestimmten führten elektrischen Eingangsströme korrigierbar sind. Betriebstemperatur bewirkt eine beispielsweise um Ein Verfahren dieser Art ist jedoch wenig vorteilhaft. 100⁰C fehlerhaft abweichende Temperatur eine Ab- So ist beispielsweise die zur Durchführung der optinahme der Fadenlebensdauer um 40 bis 50 Stunden. 55 sehen Temperaturmessungen zur Verfügung stehende

Aus der schweizerischen Patentschrift 236 299 ist Zeit zu gering. Es wurde daher bei bereits bekannten es bekannt, Heizfäden von Kathoden mit konstantem Systemen schon versucht, den Faden mit einem kon-Strom oder mit konstanter Spannung oder mit stanten Strom zu speisen, der konstante Arbeitskonstantem Sättigungsstrom zu betreiben. Es hat sich temperaturen für die Fäden schaffen soll. Wenn der dabei gezeigt, daß die Lebensdauer einer Glühkatho- 60 Faden jedoch mit einem Strom konstanter Stromdenstrahlröhre länger wird, wenn der Heizfaden mit stärke gespeist wird, nimmt die Temperatur mit der konstantem Sättigungsstrom betrieben wird anstatt auf die Verdampfung zurückzuführenden Abnahme mit konstanter Heizspannung. Die höchste Lebens- des Fadens zu, wobei die Lebensdauer des Fadens dauer wird also erreicht, wenn der Heizfaden mit auf Grund der erhöhten Betriebstemperatur herabgekonstantem Sättigungsstrom, die niedrigste, wenn der 65 setzt wird.

Heizfaden mit konstantem Strom betrieben wird. Wie Die vorliegende Erfindung geht nun davon aus, den auch allgemein bekannt ist, läuft der Betrieb mit Kathodenfaden bei konstanter Spannung zu bekonstantem Sättigungsstrom auf einen Betrieb mit treiben, wodurch eine Bedingung geschaffen wird, die