DE1648689C

DE1648689C - Cold cathode ionization manometer

Info

Publication number: DE1648689C
Authority: DE
Inventors: Jacques Andre Frank; Gontero Gilbert Maurice; Annecy Haute Savoie Tallon (Frankreich)
Original assignee: S. Alsacienne de Constructions Atomiques de Telecommunications et dElectronique Alcatel, Paris
Publication date: 1971-12-30

Description

1 2 °1 2 °

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Mes- findungsgemäßen Manometers sind zwischen dem sen niedriger Drücke, nämlich ein Kaltkatoden-Ioni- Luftspalt eines yV-poIpaurigen Magneten eine im wesationsmunomeier mit mindestens einer Anode und sentlichcn 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 Folpauren des Magneten auflagen der deutschen Patentanmeldung S 24 506 weist.
IX/42k. ίο In einer abgewandelten Ausführungsfomi könnenThe invention relates to a device for measuring pressure gauges according to the invention are between the low pressures, namely a cold cathode ion air gap of a yV-polypaurigen magnet an essentially cylindrical cathode with at least one anode and essentially cylindrical cathode made of non-magnetic, at least one cathode in the air gap an electrically conductive material with an axial magnet are arranged relative to each other in such a way that 5 longitudinal channels and an anode in the form of a thin plate, also made of non-magnetic, allow the magnetic flux to pass freely between the magnets. Such a manometer is made of electrically conductive material, which has N openings between the German patent application No.
IX / 42k. ίο In a modified version you can

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 olfen sind, aufeilen Vakuumtechnik. Bei Drücken im Bereich von weisen, deren Achsen senkrecht auf der Plattenebene 10"². . 10"⁶ mmHg wird die Messung meistens mit- stehen und aumit im wesentlichen parallel zu den IeIs Kaltkaioden-Ionisationsmanometern vorgenom- i$ Feldlinien des Magnetfeldes des jeweiligen Lufispalts Hen, sogenannten »Penning«-Manometern; diese sind.It is well known that the measurement of low pressures is at least partially short one of the most difficult problems in industrial cylinders, which are open to both ends, to divide up the anode's openings. At pressures in the range of have their axes perpendicular to the plane of the plate 10 ^"2.. 10" ⁶ mmHg, the measurement with- are usually and aumit substantially parallel to the IeIs Kaltkaioden-Ionisationsmanometern BE DONE i $ field lines of the magnetic field of the respective Lufispalts Hen, so-called "Penning"manometers; these are.

weisen zwei Elektroden — eine Anode und eine In einer einfachen Ausführungsform besitzt dashave two electrodes - one anode and one in a simple embodiment that owns

Katode — im Luftspalt eines Magneten auf. Die Manometer einen Magneten mit zwei Polpaaren,Cathode - in the air gap of a magnet. The manometer has a magnet with two pairs of poles,

Robustheit und leichte Anwendung dieser Mano- wobei die Anodenplatte zwei entsprechende Öffnun-Robustness and ease of use of this mano - whereby the anode plate has two corresponding openings

meter macht sie allen anderen bekannten F.inrich- ao gen, gegebenenfalls mit den kurzen Zylindern, inmeter it makes all other known devices, possibly with the short cylinders, in

lungen im industriellen Einsatz überlegen. Man Ausrichtung mit den zwei Polpaaren aufweist,superior to industrial use. One has alignment with the two pole pairs

weiß allerdings, daß die Genauigkeit und Stabilität Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungenknows, however, that the accuracy and stability The invention should now be based on the drawings

dieser Manometer zu wünschen übriglaßt, insbeson- im einzelnen erläutert werden,this manometer leaves something to be desired, in particular it is explained in detail,

dere bei der Messung extremer Vakua. Die örtliche F i g. 1 zeigt schematisch einen Axialschnitt durchothers when measuring extreme vacuums. The local F i g. 1 shows schematically an axial section through

Änderung der Ionisation, die bei sich vergrößerndem 25 das erfindungsgemäße Manometer;Change in ionization that occurs when the manometer according to the invention increases;

Vakuum zwischen den Elektroden auftritt, ergibt Fig. 2 stellt die Anordnung von Katode undVacuum occurs between the electrodes, Fig. 2 shows the arrangement of the cathode and

eine Unstabilität des Vießstroms, der inkohärent Anode des Manometers nach F i g. 1 dar; .an instability of the flow stream, the incoherent anode of the manometer according to FIG. 1 represents; .

wird und die Stabilität der Messung beeinträchtigt. F i g. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Anode,and the stability of the measurement is impaired. F i g. 3 is a perspective view of the anode;

Es wurde bereits vorgeschlagen, diesen Nachteil die mit der in Fig. 1 gezeigten Katode zusammen-It has already been proposed to eliminate this disadvantage with the cathode shown in FIG.

durch Parallelschalten eines Kondensates zum Ab- 30 wirkt;by connecting a condensate in parallel to the ab- 30 acts;

lcscinstrument zu korrigieren; dieser, der Integration Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Anode nachcorrect lcscinstrument; this, the integration Fig. 4 shows a modification of the anode

der Stromschwankungen dienende Kondensator läßt Fig. 3;the capacitor serving for current fluctuations can be seen in FIG. 3;

jedoch im allgemeinen nicht die erforderliche Stabili- F i g. 5 stellt ein praktisches Ausführungsbeispielbut generally not the required stability. 5 shows a practical embodiment

tat der Messung erreichen. für ein Manometer dar, und zwar im Schnitt nachdid achieve the measurement. for a manometer, in section after

Aufgabe der Erfindung ist es, die Stabilität und 35 der Linie V-V der Fig. 6;The object of the invention is the stability and 35 of the line V-V of Fig. 6;

Reproduzierbarkeit der Messung durch andere Mittel Fig. 6 ist ein Schnitt nach der Linie .VI-VI inReproducibility of the measurement by other means. Fig. 6 is a section along the line .VI-VI in

fcu erreichen, nämlich durch direkte Einwirkung auf Fig. 5;achieve fcu, namely by acting directly on FIG. 5;

die Ursachen der Unstabilität. Diese Aufgabe wird Fig. 7 zeigt einen Vertikalschnitt durch dasthe causes of instability. This task is shown in Fig. 7 shows a vertical section through the

gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Ma- f';inometcr nach Fig. 5 in einer Ebene senkrechtsolved according to the invention in that the measure of FIG. 5 in a plane perpendicular

gnet eine Mehrzahl von N Polpaaren aufweist und 40 zu dieser Figur.gnet has a plurality of N pole pairs and 40 to this figure.

Γη dem Volumen zwischen Katode(n) und Anode(n) In den Fig. 1 und 2 besitzt die Katode 1 eine imΓη the volume between cathode (s) and anode (s) In FIGS. 1 and 2, the cathode 1 has an im

in jedem der N Luftspaltc Plasmas ausgebildet wer- allgemeinen zylindrische Form, die als Hohlraum inEach of the N air-gap plasmas is generally cylindrical in shape, which acts as a cavity in

den, daß die N Magnetfelder parallel gerichtet sind einen Block aus unmagnetischem, elektrisch leiten-the fact that the N magnetic fields are directed parallel to a block of non-magnetic, electrically conductive

tind gleiche Intensität besitzen und daß die Pole so dem Material eingearbeitet ist; der Block kann bei-tind have the same intensity and that the pole is so incorporated into the material; the block can be

tnagnetisiert sind, daß benachbarte Magnetfelder 45 spielsweise aus Aluminium bestehen. Die Katoden-are tnagnetized that adjacent magnetic fields 45 consist, for example, of aluminum. The cathode

entgcgensgcsctztc Richtung aufweisen. Die Lösung kammer 2 ist innen poliert.in the opposite direction. The solution chamber 2 is polished inside.

gemäß der Erfindung führt nicht nur dazu, daß die Die innere Form der Katodenkammer 2 ist zweck-according to the invention not only leads to the fact that the inner shape of the cathode chamber 2 is expedient

gewünschtc Stabilität erreicht wird, sondern vergrö- mäßigerweise eine einfache geometrische Form; inthe desired stability is achieved, but rather a simple geometric shape; in

Bert außerdem noch die Intensität des Meßstromes, der gewählten Ausführung besitzt der QuerschnittBert also still has the intensity of the measuring current, the selected version has the cross-section

da in dem Meßvolumen eine Mehrzahl von Plasmas 50 (Fig. 2) die Form einer am Ende der langen Achsesince in the measuring volume a plurality of plasmas 50 (Fig. 2) have the shape of one at the end of the long axis

geschaffen wird. abgeplatteten Ellipse.is created. flattened ellipse.

Das Kaltkatoden-Ionisationsmanometcr gemäß der Die Anode 3 besteht aus einer einfachen dünnenThe cold cathode ionization manometer according to the. The anode 3 consists of a simple thin one

Erfindung liefert Ablese«vcrte mit gegenüber den Platte aus einem unmagnctischcn, elektrisch leitendenThe invention provides reading devices with opposite the plate made of a non-magnetic, electrically conductive one

bisherigen Einrichtungen stark erhöhter Stabilität; Material wie Aluminium; runde Öffnungen 3 α, 3/jprevious facilities of greatly increased stability; Material like aluminum; round openings 3 α, 3 / j

es ergibt sich nicht die »fleckenartige« Entladung 55 sind durchgebrochen, deren Anzahl gleich der zuit does not result in the "patch-like" discharge 55 have broken through, the number of which is equal to that of

wie in den bisher üblichen Geräten. Die Zuverlässig* schaffenden örtlichen Plasmen ist. In dem gezeigtenas in the previously common devices. The reliable * local plasmas are. In the one shown

keit des Manometers nach der Erfindung hat sich als AusfUhmngsbeispiel sind es zwei, Bei der in Fig. 4The ability of the manometer according to the invention has turned out to be two exemplary embodiments

ausgezeichnet erwiesen. Diese Wirkung beruht dar« gezeigten Abwandlung besitzt die Anodenplatte 13proven to be excellent. The anode plate 13 has this effect due to the modification shown

auf, daß die Ionen zweier benachbarter Plasmen zu Tn den öffnungen kurze Zylinder 13 a, 13 b miton that the ions of two neighboring plasmas to Tn the openings short cylinders 13 a, 13 b with

solchen Bewegungen angeregt werden, die sie zwi* ίο dem gleichen Durchmesser wie die öffnungen; diesuch movements are stimulated that they are between the same diameter as the openings; the

sehen den Elektroden in einem festgelegten Vottimen Zylinder sind beidseitig offen und stehen mit ihrensee the electrodes in a fixed Vottimen cylinder are open on both sides and stand with their

zwischen zusammenwirkenden PolstUckcn halten, Achsen senkrecht auf der Platte 13.Hold between interacting poles, axes perpendicular to plate 13.

ohne daß sich eine Wechselwirkung zwischen den Die Anordnung des Manometers ist schematischThe arrangement of the pressure gauge is schematic

Plasmen treibt. Dank der Anordnung der Elektroden in Fig. 1 gezeigt. Außerhalb der Katode 1 und inPlasmas. Thanks to the arrangement of the electrodes shown in FIG. Outside the cathode 1 and in

relativ zueinander wird der Aufbau von Oasent* <Sj unmittelbarer Berührung mit derselben sind PoI-relative to each other the structure of Oasent * <Sj direct contact with the same are PoI-

ladungen in anderen Teilen des Manometers ver- stücke mit magnetischer Polarität N (Nord) undCharges in other parts of the manometer are scattered with magnetic polarity N (north) and

hindert. S (SUd) S, S' und 6,6' jeweils in Ausrichtung mithinders. S (SUd) S, S ' and 6,6' each in alignment with

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform des er· den runden öffnungen 3a,2b der Anode3 ange-In a preferred embodiment of the round openings 3a, 2b of the anode3

ordnet. Wie erfindungsgemäß vorgesehen, sind die Polstücke su angeordnet, daß sich auf jeder Seite der Kathode die Polarität der Polstücke abwechselt. Im vorliegenden Fall weist dtr Magnetkreis zwei Luftspalte auf, nämlich zwischen den Polstücken 5 (Nord) und S' (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 schallen, 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.arranges. As provided according to the invention, the pole pieces are arranged su that are on each side the cathode alternates the polarity of the pole pieces. In the present case, the magnetic circuit has two Air gaps, namely between the pole pieces 5 (north) and S '(south) on the one hand and between the Pole pieces 6 (north) and 6 '(south) on the other hand; the cylinder 1 forming the cathode sits between the Pole pieces. With this arrangement, 3 magnetic fields can be created transversely to the round openings in the anode echo with the same intensity, but directed the other way round, but both essentially perpendicular to the cathode. A field line (flow line) of the resulting magnetic field is shown in dashed lines for illustration drawn. The gas discharge accordingly takes place in the air gap.

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 ao 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.The invention is of course not limited to this embodiment, the number of pole pairs and so the plasmas can of course be higher. The manometer according to the invention is also ao robust and easy to use like the usual Penning pressure gauges, but without the disadvantage of the Possessing instability. The manometer described is more accurate and reliable than more complicated embodiments of pressure gauges of the previously common type.

In den Fig. 5 bis 7 ist die praktische Ausführung des Manometers nach der Erfindung in einer erprobten Form gezeigt. Die Kaiode 14 besteht aus einem Zylinder aus korrosionsfestem Stahl. Ausnehmungen jo 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.In Figs. 5 to 7 is the practical implementation of the manometer according to the invention shown in a tried and tested form. The Kaiode 14 consists of one Corrosion-resistant steel cylinder. Recesses 15, 16, 17 and 18 are made in the cylinder body and serve to accommodate pole pieces. These consist, for example, of any known one Permanent magnet alloy, for example based on aluminum-nickel-cobalt-titanium, and have a parallel-epipedic shape. Platelets 20 and 21 in an elliptical shape hold the pole pieces and are in turn connected to the cathode 14 by screws 22 and 23. In the middle of the cylinder 14 there is a vacuum space 19.

Eine Kappe 24 schließt den Zylinderraiim 14 nach außen ab Sie ist mit Schrauben IS, 26 an dem Zylinder befestigt, in den sie eingeschraubt werden. Zwischen dem Zylinder 14 und der Kappe 24 ist eine Dichtung vorgesehen.A cap 24 closes the cylinder rail 14 from the outside. It is fastened with screws IS, 26 to the cylinder into which they are screwed. A seal is provided between the cylinder 14 and the cap 24.

In der Mitte der Kr,ppe 24 befindet sich ein Loch für den Durchgang der mit der Anude verbundenen Anschlußzlcktrode. Man erkennt in dem Loch die Keramikdichtung 28 mit der Anschlußleitung 29.In the middle of the body 24 there is a hole for the passage of those associated with the Anude Terminal block electrode. The ceramic seal 28 with the connecting line 29 can be seen in the hole.

In Fig. 7 ist die Anordnung d<;r Anode 30 erkennbar. Sie befindet sich mitten in dem Vakuumrauin 19 und besitzt zwei öffnungen 31, 32 in runder Form für den Durchlaß des Magnelllusses von dun Polstücken. An ihrem oberen Abschnitt ist sie mil einer metallischen Muffe 33 für die Schraubbefestigung an der Anschlußleitung 29 mittels der Schraube verbunden.The arrangement d <; r anode 30 can be seen in FIG. 7. It is located in the middle of the vacuum roughness 19 and has two round openings 31, 32 Form for the passage of the magnetic flux from dun pole pieces. At its upper part it is mil a metallic sleeve 33 for screw fastening connected to the connecting line 29 by means of the screw.

Eine abnehmbare metallische Abdeckung — nicht dargestellt — hat eine der Form des Zylinders entsprechende Innenform und ist ständig mit diesem verbunden. Schrauben 35, 36 dienen der Befestigung der Mülie, die den Zylinder 14 nach unten abschließt. Mit dem Zylinder wird über die Mufle der Rohranschluß zum Vakuum verbunden, das gemessen werden soll.A removable metallic cover - no shown - has an internal shape corresponding to the shape of the cylinder and is constantly with it connected. Screws 35, 36 are used to attach the mülie, which closes the cylinder 14 at the bottom. The pipe connection to the vacuum, which is measured, is connected to the cylinder via the sleeve shall be.

Claims

Patent claims:

1. Kaltkatoden-Ionisatio.ismanometer with at least one anode and at least one cathode, which are arranged in the air gap of a magnet relative to one another that they allow the magnetic flux to pass freely between the magnetic poles, characterized in that the magnet (5, 5 ' , 6, 6 ") has a plurality of / V pole pairs and in the volume between the cathode (s) (2,14) and anode (s) (3,30, 13) in each of the N air gaps plasmas are formed that the N magnetic fields are directed parallel and have the same intensity and that the poles are magnetized so that adjacent magnetic fields have opposite directions.

2. Manometer according to claim 1, characterized in that the cathode (2.14Ϊ irn essential is cylindrical and made of non-magnetic, electrically conductive material with an axial Longitudinal channel (19) consists in which the anode (3, 13, 30) in the form of a thin plate made of non-magnetic, electrically conductive material with N openings between the Λ 'pole pairs of the magnet is arranged.

3. Manometer according to claim 2, characterized in that in the anode openings (3 a, 3 b) at least partially short cylinders (13 a, 13 b) open on both sides with their axes perpendicular to the thin, extending at right angles to the magnetic field lines Anoclen plate are used.

1 sheet of drawings