DE1648689B1 - Kaltkatoden ionisationsmanometer - Google Patents
Kaltkatoden ionisationsmanometerInfo
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J41/00—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
- H01J41/02—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas
- H01J41/06—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas with ionisation by means of cold cathodes
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Description
1 2
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
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
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-
i 648
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)
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
COPY
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---|---|---|---|
FR60805A FR1485659A (fr) | 1966-05-09 | 1966-05-09 | Manomètre à cathode froide à plasmas multiples |
Publications (1)
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DE1648689B1 true DE1648689B1 (de) | 1971-05-06 |
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Family Applications (1)
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CH (1) | CH452923A (de) |
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FR (1) | FR1485659A (de) |
GB (1) | GB1156607A (de) |
NL (1) | NL141027B (de) |
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DE19734914C1 (de) * | 1997-08-12 | 1998-12-10 | Saskia Solar Und Energietechni | Vakuumsensor nach dem Penning-Prinzip |
US7173430B2 (en) | 2002-09-19 | 2007-02-06 | Otto-Von-Guericke Universitaet Magdeburg | Cold-cathode ionization manometer having a longer service life due to two separate cathodes |
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- 1966-05-09 FR FR60805A patent/FR1485659A/fr not_active Expired
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- 1967-05-05 CH CH641167A patent/CH452923A/fr unknown
- 1967-05-08 US US636883A patent/US3493807A/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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