DE1698647B1 - Ionisations-Vakuummeter - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft ein modifiziertes Ionisations- 11 dargestellt, das entsprechend den Lehren der Er-

Vakuummeter nach Schulz-Phelps (Review of findung konstruiert ist. Dieses Vakuummeter weist

Scientific Instruments, 1957, S. 1051 bis 1054). eine Anzahl eng benachbarter Elektroden auf, näm-

B ei diesem bekannten Vakuummeter trat das Pro- lieh einen Elektronenemitter 12, einen Elektronenblem auf, daß die Empfindlichkeit nur in einem be- 5 kollektor 13, einen Ionenkollektor 14, eine Einrich-

grenzten Bereich unabhängig vom Druck ist. Es hat tung 15 zur elektrostatischen Abschirmung des Ionen-

sich gezeigt, daß das darauf zurückzuführen ist, daß kollektors gegen positive Ionen vom Elektronenemitter

die Elektronenwege sich bei Änderung des Druckes 12, durch die der Reststrom zum Ionenkollektor 14

ändern, was umso stärker ins Gewicht fällt, je länger am unteren Ende des Druckbereiches herabgesetzt

die Elektronenwege sind. io wird, und eine Einrichtung 16 zur Ableitung der

Es ist deshalb bereits ein Ionisations-Vakuummeter Ionen, die fern vom Elektronenemitter 12 im Vakuumbekanntgeworden, das aus einem Elektrofienemitter, meter erzeugt werden, so daß die Nichtlinearität am einem Elektronenkollektor und einem Ionenkollektor oberen Ende des Druckbereiches wesentlich herabbestehtj der negativ gegen den Elektronenkollektor gesetzt wird. Durch geringe Abstände zwischen den und innerhalb desselben angeordnet ist (schweizerische 15 Elektroden sind die Elektronenwege relativ kurz, Patentschrift 355 309). Bei diesem bekannnten Ioni- üblicherweise nicht größer als das Dreißigfache der sations-Vakuummeter besteht der Elektronenkollektor mittleren freien Weglänge für Ionisation,
aus einem weitmaschigen Käfig und läßt deshalb an Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der irgendeiner Stelle des Vakuumsystems entstandene Elektronenemitter oder der Draht 12 ein Glühemitter, positive Ionen praktisch ungehindert zum Ionen- 20 bestehend aus einem dünnen Band von mit Thoriumkollektor durch, wodurch sich Verfälschungen des dioxyd beschichtetem Iridium von 0,71 mm Breite. Meßergebnisses ergeben. Der Emitter hat Haarnadelform, die Höhe beträgt

Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird erfindungs- 22,8 mm, und die Schenkel sind 4 mm voneinander

gemäß dieses bekannte Ionisations-Vakuummeter in entfernt; die Schleife ist mit einem Radius von

der Weise abgeändert, daß der Elektronenkollektor 25 1,6 mm abgerundet.

als Kasten mit drei geschlossenen Wänden und einer Der Elektronenkollektor 13 ist im wesentlichen vierten Wand mit einer über die ganze Länge reichen- eine kastenartige Konstruktion mit offenen Enden den und mit einem Gitter abgedeckten Öffnung aus- parallel zum Elektronenemitter 12, hat einen Abgebildet ist, daß der Elektronenemitter gegenüber der stand von 0,51 mm von diesem und besteht aus vierten Wand des vom Elektronenkollektor gebildeten 30 einem rückwärtigen ebenen Teil 17 parallel zum Kastens angeordnet ist, und daß der geschlossene Teil Elektronenemitter 12, zwei Seitenwänden 18, 19 und der vierten Wand in der Sichtlinie zwischen dem einem Frontteil, der über seine ganze Länge und Elektronenemitter und dem Ionenkollektor als Ab- einen wesentlichen Teil seiner Breite mit einem horischirmung des Ionenkollektors gegen den Elektronen- zontalen Drahtgitter 20 versehen ist. Der Teil der emitter liegt. Bei dieser Ausbildung werden einmal 35 Frontseite, der nicht mit einem Gitter versehen ist, die erwünschten kurzen Elektronenwege des bekann- besteht aus zwei vertikalen Flanschen, die mit den ten Vakuummeters beibehalten, zum anderen aber Seitenwänden 18, 19 aus einem Stück bestehen, die wird eine wesentlich wirksamere Abschirmung des nicht nur das Gitter tragen, sondern auch als Ein-Ionenkollektors gegen Störionen erreicht. richtung 15 zur elektrostatischen Abschirmung des

Zusätzlich kann räumlich nahe dem Elektronen- 40 Ionenkollektors 14 gegen den Elektronenemitter 12

emitter noch ein Ionenableiter angeordnet werden, dienen. Normalerweise ist der rückwärtige ebene

der dem Elektronenemitter gegenüber negativ ist, so Teil 25,4 mm lang und 6,85 mm breit, sind die

daß auch von der offenen Seite des als Kasten ausge- Seitenwände 1,85 mm breit und die Flansche

bildeten Elektronenkollektors keine oder nur wenige 1,40 mm, so daß ein einheitliches Bauteil aus Platin

Ionen in den abgeschirmten Raum eintreten können. 45 oder rostfreiem Stahl gebildet wird. Der Gitterteil be-

Dazu werden zweckmäßigerweise der Ionenableiter steht aus 0,13-mm-Draht aus 90% Platin und 10 %

und der Ionenkollektor auf verschiedenen Seiten des Iridium, die über die Einrichtung punktgeschweißt

Elektronenemitters angeordnet, und eine besonders sind und einen Vertikalabstand von 0,79 mm haben,

wirksame zusätzliche Abschirmung ergibt sich, wenn Der Kollektor 14 ist eine rechteckige Schleife aus

der Ionenableiter eine zum Elektronenemitter par- 5° 0,2-mm-Wolframdraht, der im Elektronenkollektor

allele ebene Fläche aufweist. 13 angeordnet ist; vom Elektronenemitter ist er durch

Die Erfindung soll an Hand eines in der Zeichnung den Schirm 15 elektrostatisch abgeschirmt. Die

dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Schleife ist 4,75 mm breit und 22,2 mm hoch; sie

werden; es zeigt liegt in der Mitte zwischen dem Vorderteil und dem

F i g. 1 eine Aufsicht auf ein Ionisations-Vakuum- 55 Rückteil des Elektronenkollektors parallel zum Draht

meter mit Merkmalen der Erfindung, 12 und mittig mit den Seitenwänden 18,19 des Elek-

Fi g. 2 eine Seitenansicht des lonisatiofls-Vakuum- tronenkollektors 13 ausgerichtet,

meters nach Fig. 1, wie es an die Wand eines Systems Der Ionenableiter 16 zur Ableitung der Ionen vom

angeschlossen ist, dessen Druck gemessen werden Elektronenemitter 12 besteht typischerweise aus

soll, wobei die zugehörige Schaltung schematisch dar- 60 einem ebenen Element aus rostfreiem Stahl, das auf

gestellt ist, der gegenüberliegenden Seite des Elektronenemitters

Fig. 3 den in Fig. 2 mit der Linie 3-3 umschlos- 12 angeordnet ist und im Abstand von 0,51 mm zu

senen Teil, diesem parallel liegt. Dieses ebene Element ist etwa

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 2, 4,8 mm breit und etwas länger als der ebene Teil 17.

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie5-5 in Fig. 3 65 Wie sich am besten aus Fig. 1, 3 und 4 ergibt,

und wird der Elektronenkollektor 13 mit einem Haltearm

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5. 21 getragen und fest an seiner Stelle gehalten, der

In der Zeichnung ist ein Ionisations-Vakuummeter seinerseits auf Elektronenkollektor-Zuleitungsdräh-

ten 22 sitzt, von denen einer nur zu Stützungszwecken dient. Die Schenkel des Elektronenemitters 12 sitzen auf Haltearmen 23, die ihrerseits auf Zuleitungsdrähten 24 sitzen. Die Schleife des Elektronenemitters wird mit einem Haken 25, einem Haltearm 26, einem keramischen Stab 27 und einem Arm 28 gehalten, der an den Elektronenkollektor 13 angeschweißt ist. Die Einrichtung 16 zur Ableitung der Ionen wird am unteren Ende mit einer geerdeten leitenden Hülse 29 gehalten, die dazu verwendet wird, den Kollektor-Zuleitungsdraht 30 abzuschirmen. Der Kollektor-Zuleitungsdraht 30 trägt seinerseits wieder den Ionenkollektor 14.

Die Stirnwand 31, durch die die Zuleitungsdrähte vakuumdicht hindurchführen, ist an einen Vakuumflansch 32 angeschweißt und kann vakuumdicht und lösbar mit einem passenden Flansch 33 verbunden werden, der an die Wand 34 eines Systems angeschweißt ist, dessen Druck gemessen werden soll.

Im Betrieb ist der Ionenkollektor 14 im wesentliehen geerdet, der Elektronenemitter 12 wird mittels einer Spannungsquelle 35 auf +45 Volt gegenüber Erde gehalten, und der Elektronenkollektor 13 wird mittels einer Spannungsquelle 36 auf +175 Volt gehalten. Die Heizenergie für den Elektronenemitter 12 wird von einer Stromquelle 37 geliefert, die beispielsweise 2 bis 3 Volt mit 3 bis 4 Ampere liefert. Der Ionenstrom und damit der Druck wird mittels eines Elektrometers 38 gemessen. Die Einrichtung 16 befindet sich auf Erdpotential.

Elektronen werden vom Elektronenemitter 12 emittiert und zum Elektronenkollektor 13 beschleunigt. Vor der Aufnahme dort ruft ein Teil der Elektronen jedoch durch Kollision mit Gasatomen positive Ionen hervor. Positive Ionen werden im Ionenkollektor 14 aufgenommen, und die aufgenommene Zahl ist ein Anzeichen für die molekulare Dichte, d. h. den Druck.

Gemäß den Lehren der Erfindung kann ein Vakuummeter konstruiert werden, bei dem die Elektronenwege gut definiert sind und sich mit dem Druck nicht merklich ändern, die Empfindlichkeit ist sehr niedrig (in der Größenordnung von 0,5 Torr"¹), die Länge der Elektronenwege ist relativ klein, und es kann bei sehr niedrigen Strömen arbeiten (15 bis 20 Mikroampere). Zusätzlich wurde festgestellt, daß die Anordnung einer vierten Elektrode, vorzugsweise mit großer Oberfläche, d. h. der Einrichtung 16, dicht am Elektronenemitter 12, die auf einem niedrigeren Potential gehalten wird als der Elektronenemitter 12, Fehler auf Grund der Nichtlinearität am oberen Ende des Druckbereiches herabsetzt. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß die elektrostatische Abschirmung des Ionenkollektors 14 vom Elektronenemitter 12, beispielsweise durch Zwischenschaltung einer positiven Elektrode in die Sichtlinie zwischen dem Elektronenemitter 12 und dem Ionenkollektor 14, d. h. die Einrichtung 15, den Reststrom zum Ionenkollektor 14 am unteren Ende des Druckbereiches herabsetzt. Durch Befolgung dieser Lehren wurde ein Ionisations-Vakuummeter aufgebaut, das ein Ausgangssignal liefert, das von etwa 5 X 10~⁶ Torr bis nahezu 1 Torr linear ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Ionisations-Vakuummeter, bestehend aus einem Elektronenemitter, einem Elektronenkollektor und einem Ionenkollektor, der negativ gegen den Elektronenkollektor und innerhalb desselben angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenkollektor (13) als Kasten mit drei geschlossenen Wänden (17, 18, 19) und einer vierten Wand (15) mit einer über die ganze Länge reichenden und mit einem Gitter (20) abgedeckten Öffnung ausgebildet ist, daß der Elektronenemitter (12) gegenüber der vierten Wand (15) des vom Elektronenkollektor (13) gebildeten Kastens angeordnet ist, und daß der geschlossene Teil (15) der vierten Wand in der Sichtlinie zwischen dem Elektronenemitter (12) und dem Ionenkollektor (14) als Abschirmung des Ionenkollektors (14) gegen den Elektronenemitter (12) liegt.

2. Vakuummeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß räumlich nahe dem Elektronenemitter (12) ein Ionenableiter (16) angeordnet ist, der dem Elektronenemitter (12) gegenüber negativ ist.

3. Vakuummeter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenableiter (16) und der Ionenkollektor (14) auf verschiedenen Seiten des Elektronenemitters (12) angeordnet sind.

4. Vakuummeter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenableiter (16) eine zum Elektronenemitter (12) parallele ebene Fläche aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPY