DE1648689B1 - Kaltkatoden ionisationsmanometer - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Mes- findungsgemäßen Manometers sind zwischen dem sen niedriger Drücke, nämlich ein Kaltkatoden-Ioni- Luftspalt eines iV-polpaarigen Magneten eine im wesationsmanometer mit mindestens einer Anode und sentlichen zylindrische Katode aus unmagnetischem, mindestens einer Katode, die im Luftspalt eines elektrisch leitendem Material mit einem axialen Magneten so relativ zueinander angeordnet sind, daß 5 Längskanal angeordnet sowie eine Anode in Form sie den magnetischen Fluß zwischen den Magnet- einer dünnen Platte^ ebenfalls aus unmagnetischem, polen frei passieren lassen. Ein solches Manometer elektrisch leitendem Material, die N Öffnungen zwiist bekanntgeworden durch die ausgelegten Unter- sehen den jeweiligen Polpaaren des Magneten auflagen der deutsehen Patentanmeldung S 24 506 weist.
DX/42k. ίο In einer abgewandelten Ausführungsform können

Bekanntlich ist die Messung niedriger Drücke die Öffnungen der Anode mindestens teilweise kurze eines der schwierigsten Probleme in der Industrie- Zylinder, die nach beiden Seiten offen sind, aufeilen Vakuumtechnik. Bei Drücken im Bereich von weisen, deren Achsen senkrecht auf der Plattenebene 10"²... 1O^-6 mmHg wird die Messung meistens mit- stehen und damit im wesentlichen parallel zu den tels Kaltkatoden-Ionisationsmanometern vorgenom- 15 Feldlinien des Magnetfeldes des jeweiligen Luftspalts men, sogenannten »Penning«-Manometern; diese sind.

weisen zwei Elektroden — eine Anode und eine In einer einfachen Ausführungsform besitzt das

Katode — im Luftspalt eines Magneten auf. Die Manometer einen Magneten mit zwei Polpaaren,

Robustheit und leichte Anwendung dieser Mano- wobei die Anodenplatte zwei entsprechende Öffnun-

meter macht sie allen anderen bekannten Einrich- 20 gen, gegebenenfalls mit den kurzen Zylindern, in

tungen im industriellen Einsatz überlegen. Man Ausrichtung mit den zwei Polpaaren aufweist,

weiß allerdings, daß die Genauigkeit und Stabilität Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen

dieser Manometer zu wünschen übrigläßt, insbeson- im einzelnen erläutert werden,

dere bei der Messung extremer Vakua. Die örtliche F i g. 1 zeigt schematisch einen Axialschnitt durch

Änderung der Ionisation, die bei sich vergrößerndem 25 das erfindungsgemäße Manometer;

Vakuum zwischen den Elektroden auftritt, ergibt Fig. 2 stellt die Anordnung von Katode und

eine Unstabilität des Meßstroms, der inkohärent Anode des Manometers nach Fig. 1 dar;

wird und die Stabilität der Messung beeinträchtigt. F i g. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Anode,

Es wurde bereits vorgeschlagen, diesen Nachteil die mit der in Fig. 1 gezeigten Katode zusammen-

durch Parallelschalten eines Kondensators zum Ab- 30 wirkt; —

leseinstrument zu korrigieren; dieser, der Integration F i g. 4 zeigt eine Abwandlung der Anode nach

der Stromschwankungen dienende Kondensator läßt Fig. 3;

jedoch im allgemeinen nicht die erforderliche Stabili- Fig. 5 stellt ein praktisches Ausführungsbeispiel

tat der Messung erreichen. für ein Manometer dar, und zwar im Schnitt nach

Aufgabe der Erfindung ist es, die Stabilität und 35 der Linie V-V der Fig. 6;

Reproduzierbarkeit der Messung durch andere Mittel Fig. 6 ist ein Schnitt nach der Linie VI-VI in

zu erreichen, nämlich durch direkte Einwirkung auf Fig. 5;

die Ursachen der Unstabilität. Diese Aufgabe wird Fig. 7 zeigt einen Vertikalschnitt durch das

gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Ma- Manometer nach Fig. 5 in einer Ebene senkrecht

gnet eine Mehrzahl von iV Polpaaren aufweist und 40 zu dieser Figur.

in dem Volumen zwischen Katode(n) und Anode(n) In den Fig. 1 und 2 besitzt die Katode 1 eine im

in jedem der N Luftspalte Plasmas ausgebildet wer- allgemeinen zylindrische Form, die als Hohlraum in

den, daß die N Magnetfelder parallel gerichtet sind einen Block aus unmagnetischem, elektrisch leiten-

und gleiche Intensität besitzen und daß die Pole so dem Material eingearbeitet ist; der Block kann bei-

magnetisiert sind, daß benachbarte Magnetfelder 45 spielsweise aus Aluminium bestehen. Die Katoden-

entgegensgesetzte Richtung aufweisen. Die Lösung kammer 2 ist innen poliert.

gemäß der Erfindung, führt nicht nur dazu, daß die Die innere Form der Katodenkammer 2 ist zweckgewünschte Stabilität erreicht wird, sondern vergrö- mäßigerweise eine einfache geometrische Form; in ßert außerdem noch die Intensität des Meßstromes, der gewählten Ausführung besitzt der Querschnitt da in dem Meßvolumen eine Mehrzahl von Plasmas 50 (F i g. 2) die Form einer am Ende der langen Achse geschaffen wird. . . . . . abgeplatteten„Ellipse,

Das Kaltkatoden-Ionisationsmanometer gemäß der Die Anode 3 besteht aus einer einfachen dünnen Erfindung liefert Äblesewerte mit gegenüber den Platte aus.einem unmagnetischen, elektrisch leitenden bisherigen Einrichtungen stark erhöhter Stabilität; Material wie Aluminium; runde Öffnungen 3 a, 3 b es ergibt sich nicht die »fleckenartige« Entladung 55 sind durchgebrochen, -deren Anzahl gleich der zu wie in den bisher üblichen Geräten. Die Zuverlässig- schaffenden örtlichen Plasmen ist. In dem gezeigten keit des Manometers nach der Erfindung hat sich als Ausführungsbeispiel sind es zwei. Bei der in Fig. 4 ausgezeichnet erwiesen. Diese Wirkung beruht dar- gezeigten Abwandlung besitzt die Anodenplatte 13 auf, daß die Ionen zweier benachbarter Plasmen zu in den Öffnungen kurze Zylinder 13 a, 13 b mit solchen Bewegungen angeregt werden, die sie zwi- 60 dem gleichen Durchmesser wie die Öffnungen; die sehen den Elektroden in einem festgelegten Volumen Zylinder sind beidseitig offen und stehen mit ihren zwischen zusammenwirkenden Polstücken halten, Achsen senkrecht auf der Platte 13.
ohne daß sich eine Wechselwirkung zwischen den Die Anordnung des Manometers ist schematisch Plasmen ergibt. Dank der Anordnung der Elektroden in F i g. 1 gezeigt. Außerhalb der Katode 1 und in relativ zueinander wird der Aufbau von Gasent- 65 unmittelbarer Berührung mit derselben sind Polladungen in anderen Teilen des Manometers ver- stücke mit magnetischer Polarität N (Nord) und hindert. , S (Süd) 5,5' und 6, 6' jeweils in Ausrichtung mit

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des er- den runden Öffnungen 3 a, 3 b der Anode 3 ange-

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ordnet. Wie erfindungsgemäß vorgesehen, sind die Polstücke so angeordnet, daß sich auf jeder Seite der Kathode die Polarität der Polstiicke abwechselt. Im vorliegenden Fall weist der Magnetkreis zwei Luftspalte auf, nämlich zwischen den Polstücken 5 (Nord) und 5' (Süd) einerseits und zwischen den Polstücken 6 (Nord) und 6' (Süd) andererseits; der die Katode bildende Zylinder 1 sitzt zwischen den Polstücken. Mit dieser Anordnung lassen sich quer zu den runden Öffnungen in der Anode 3 Magnetfelder gleicher Intensität schaffen, die jedoch umgekehrt gerichtet sind, beide jedoch im wesentlichen senkrecht zur Katode. Zur Illustration ist gestrichelt eine Feldlinie (Flußlinie) "des sich ergebenden Magnetfeldes eingezeichnet. Die Gasentladung findet demgemäß im Luftspalt statt.

Die Erfindung ist freilich nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, die Zahl der Polpaare und damit der Plasmen kann selbstverständlich höher sein. Das Manometer gemäß der Erfindung ist ebenso robust und leicht zu handhaben wie die üblichen Penningmanometer, ohne jedoch deren Nachteil der Instabilität zu besitzen. Das beschriebene Manometer ist genauer und zuverlässiger als kompliziertere Ausführungsformen von Manometern des bisher üblichen Typs.

In den Fig. 5 bis 7 ist die praktische Ausführung des Manometers nach der Erfindung in einer erprobten Form gezeigt. Die Katode 14 besteht aus einem Zylinder aus korrosionsfestem Stahl. Ausnehmungen 15,16,17 und 18 sind in den Zylinderkörper eingebracht und dienen der Aufnahme von Polstücken. Diese bestehen beispielsweise aus irgendeiner bekannten Permanentmagnetlegierung, beispielsweise auf der Basis Aluminium-Nickel-Kobalt-Titan, und besitzen eine parallel-epipedische Form. Plättchen 20 und 21 in elliptischer Form halten die Polstücke und werden ihrerseits von Schrauben 22 und 23 mit der Katode 14 verbunden. In der Mitte des Zylinders 14 befindet sich ein Vakuumraum 19.

Eine Kappe 24 schließt den Zylinderraum 14 nach außen ab. Sie ist mit Schrauben 25, 26 an dem Zylinder befestigt, in den sie eingeschraubt werden. Zwischen dem Zylinder 14 und der Kappe 24 ist eine Dichtung vorgesehen.

In der Mitte der Kappe 24 befindet sich ein Loch für den Durchgang der mit der Anode verbundenen Anschlußelektrode. Man erkennt in dem Loch die Keramikdichtung 28 mit der Anschlußleitung 29.

In Fig. 7 ist die Anordnung der Anode30 e: kennbar. Sie befindet sich mitten in dem Vakuun raum 19 und besitzt zwei Öffnungen 31, 32 in runde Form für den Durchlaß des Magnetflusses von de Polstücken. An ihrem oberen Abschnitt ist sie m einer metallischen Muffe 33 für die Schraubbefesti gung an der Anschlußleitung 29 mittels der Schraub verbunden.

Eine abnehmbare metallische Abdeckung -— nich dargestellt — hat eine der Form des Zylinders ent sprechende Innenform und ist ständig mit diesen verbunden. Schrauben 35, 36 dienen der Befestigung der Muffe, die den Zylinder 14 nach unten ab schließt. Mit dem Zylinder wird über die Muffe dej Rohranschluß zum Vakuum verbunden, das gemessen werden soll.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kaltkatoden-Ionisationsmanometer mit mindestens einer Anode und mindestens einer Katode, die im Luftspalt eines Magneten so relativ zueinander angeordnet sind, daß sie den magnetischen Fluß zwischen den Magnetpolen frei passieren lassen, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (5, 5', 6, 6') eine Mehrzahl von N Polpaaren aufweist und in dem Volumen zwischen Katode(n) (2,14) und Anode(n) (3, 30, 13) in jedem der N Luftspalte Plasmen ausgebildet werden, daß die N Magnetfelder parallel gerichtet sind und gleiche Intensität besitzen und daß die Pole so magnetisiert sind, daß benachbarte Magnetfelder entgegengesetzte Richtung aufweisen.

2. Manometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katode (2,14) im wesentlichen zylindrisch ist und aus unmagnetischem, elektrisch leitendem Material mit einem axialen Längskanal (19) besteht, in dem die Anode (3, 13, 30) in Form einer dünnen Platte aus unmagnetischem, elektrisch leitendem Material mit N Öffnungen zwischen den N Polpaaren des Magneten angeordnet ist.

3. Manometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Anodenöffnungen (3 a, 3 b) mindestens teilweise kurze, beidseitig offene Zylinder (13 a, 13 b) mit ihren Achsen senkrecht auf der dünnen, sich rechtwinklig zu den magnetischen Feldlinien erstreckenden Anodenplatte eingesetzt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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