DE1934940C - Ionisationsmanometerrohre - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine als Triode in einer Meßschaltung austauschbar sein soll, nötig

mit leicht beherrschbaren Elektrodenabständen aus- sind, industriell zu fertigen, bedeutet einen hohen

gebildete Ionisationsmanometerröhre mit einer elek- Aufwand. Die Empfindlichkeit dieser bekannten MeU-

tronenemittierenden Glühkathode, einer Elektronen- röhren war außerdem sehr gering (10 ² Torr ').

beschleunigungselektrode und mit einem zwischen der 5 Bei anderen bekannten Anordnungen wurden als

Glühkathode und der Elektronenbeschleunigungs- Elektronenbeschleunigungs- und Ionenauffan_belektro

elektrode angeordneten lonenauffänger. den planparallele Platten mit geringem Abstand ven-

Ionisationsmanometerröhren für niedrige Drücke einander verwendet, zwischen denen eine Glühkathode

unterhalb etwa 10"² Torr sind in vielfachen Varianten ausgespannt war, was ebenfalls eine hohe Präzision

im Gebrauch; solche für höhere Drücke haben sich io verlangt.

hingegen bisher wegen der mit ihrem Betrieb verbun- Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenüber

denen Nachteile kaum durchsetzen können. Näheres zur Aufgabe gestellt, eine Lösung des Problems der

hierüber und Ausführungsbeispiele bekannter Ionisa- Vakuummessung mittels Trioden anzugeben, welche

tionsmanometerröhren für höhere Drücke findet man bei erweitertem Linearitätsbereich erlaubt, mit ohne

in THEREVIEWOFSCIENTIFICINSTRUMENTS, 15 großen Aufwand bei der Fertigung beherrschbare η

Vol. 28, Nr. 12, Dezember 1967, S. 1051 bis 1054 Dimensionen auszukommen und dauei eine größere

(G.J.Schultz und A. V. Phelps: Ionization Empfindlichkeit erzielt.

Gauges for Measuring Pressures up to the Millimeter Dies wird bei der eingangs genannten Ionisations-Range), und PROCEEDINGS OF THE SYMPO- manometerröhre erfindungsgemäß dadurch erreicht, SIUM ON ELECTRON AND VACUUM PHYSICS, ao daß die Anordnung der drei genannten Elektroden und Fungary, 1962, Budapest, 1963, S. 403 bis 411 ihre Dimensionierung so gewählt werden, daß das (G. H i η ζ ρ e t e r: Anwendung von Ionisations- Triodensystem einen Durchgriff von 0,25 bis 1,00 aufmanorneterröhren im Feinvakuumgebiet). weist.

Diese weisen eine elektronenemittierende Glüh- Unter »Durchgriff« D im Sinne dieser Beschreibung

elektrode, eine Elektrode zur Beschleunigung der von 15 wird das Verhältnis Cak/Cgk der elektrostatischen

der Glühkathode emittierten Elektronen sowie einen Kapazitäten zwischen der Elektronenbeschleunigungs-

lonenaulfänger (Ionenkollektor) auf, der die Aufgabe elektrode (Anode) und der Kathode Cak einerseits

fcat, die von den beschleunigten T'ektronen im Gas- und dem Ionenauffänger und der Kathode Cjk ande-

raum nach Maßgabe der Grsdichte (und damit des . , _n __ Cak_

Druckes) erzeugten positiven Ionen .u sammeln. Das 30 ^rerseits ^standen, υ -^ .

Verhältnis des gemessenen Stromes der positiven Man erreicht damit einen Linearitätsbereich bis zu

Ionen / - zum Strom der von der Kathode emittierten einigen Torr trotz wesentlich größerer Abmessungen

Elektronen J— stellt dann bekanntlich ein Maß für des Elektrodensystems als nach den bisherigen Erfah-

die Güte des Vakuums im Meßraum dar. Im linearen rungen für notwendig gehalten wurde. Die größeren

,. _n. . , ... .. r, . , Jf „ . . , 35 Systemabmessungen erlauben in der Fertigung größere

Meßbereich g.lt die Begehung _y = pS, wobei ρ den _T ^y ₀,_{eranzen und} *_{rgeben eine grö(kre} stabiiität im Be-

Zu messenden Druck und 5 eine Proportionalitäts- trieb.

konstante (»Empfindlichkeit«) bezeichnet. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Er-

Ein für die industrielle Praxis brauchbares lonisa- flndung näher beschrieben.

tionsmanometer sollte im ganzen Meßbereich eine 40 F i g. 1 zeigt den mechanischen Aufbau des Triolineare Anzeige liefern. Der Bruchteil der vom Ionen- densystems,

auffän.ger gesammelten Ionen hängt jedoch von der F i g. 2 eine einfache Meßschaltung,
mittleren freien Weglänge derselben im Gasraum ab In F i g. 1 bedeutet 1 eine zwischen den beiden und nimmt deshalb mit steigendem Druck ab. Eine Haltestäben 2 und 3, die gleichzeitige Heizstromzufüh-Ursache dieser Erscheinung ist, daß mit steigendem 45 rungselektroden sind, ausgespannte Glühkathode. Die Druck immer mehr Ionen durch Rekombination ver- Bezugszeichen 4 bezeichnen vier elektrisch miteinander lorengchen, bevor sie den lonenauffänger erreichen verbundene, von der Platte 5 getragene Stäbe, die zufcönnen, was die Linearität der Anzeige bei höheren sammen den Ionenauffänger bilden. Als Elektronen-Drücken beeinträchtigt. beschleunigungselektrode ist ein die Glühkathode und

Um diese bis zu möglichst hohen Drücken zu wah- 50 die Stäbe 4 umgebender, mit der Kathode koaxialer

ren, ist es bekannt, die Abstände zwischen den einzel- Zylinder 6, der über den Haltestab 7 mit der äußeren

nen Elektroden des Meßsystems möglichst gering zu Schaltung verbunden ist, vorgesehen. Der Innendurch-

machen, was jedoch eine hohe Präzision des mechani- messer des Zylinders 6 beträgt 12 mm, seine Länge

sehen Aufbaus erfordert und wobei schon geringe Ab- 25 mm, der Abstand der Stäbe 4 von der Kathode

weichungen von den Solldimensionen, wie sie beim α 4 mm, der Durchmesser der Glühkathode 0,5 mm,

Erhitzen des Elektrodensystemszwecks Entgasung leicht der Durchmesser der Stäbe etwa 0,5 mm.

auftreten können, große Meßfehler zur Folge haben. Das beschriebene Elektrodensystem befindet sich in

Es ist bekannt, eine Triode mit axialer OlUhkathode, dem Raum, in welchem der Oasdruck gemessen werden

negativem wendeiförmigem Oitter als Ionenauffänger soll und kann in einer einfachen Schaltung gemäß

und mit einer diese Anordnung koaxial umgebenden, ίο Fig. 2, die nur das Wesentliche zeigt, verwendet

die Elektronen beschleunigenden Anode zum Messen werden. Wie ersichtlich, ist die indirekt geheizte

von Gasdrücken zu verwenden. Mit einem solchen Kathode (deren Heizstromkreis üblicher Art nicht dar·

System, bei welchem das ionenauffangende Oitter von gestellt ist) über ein Meßgerät 11 zur Messung des

der Glühkathode einen Abstand von etwa 0,75 mm Emisslönsstromee J- mit Erdpotential verbunden;

aufwies und der Durchmesser des Anodenzylinders «5 dem lonenauffänger 4 wird ein negatives Potential von

etwa 3 mm betrug, wurde eine lineare Anzeige bis zu beispielsweise —50 V und der Elektronenbeschleunl·

t! Vi a 1 Torr erreicht. Ein solches Elektrodensystem mit gungselektrode 6 ein positives von etwa 100 V gegen·

den enaen Toleranzen, wie sie für eine Meßröhre, die über Erde erteilt. Zur Messung des Ionenstroms ist das

Meßinstrument 12 vorgesehen. Mit den angegebenen Abmessungen des Röhrensystems wurde eine Empfindlichkeit von 1,7 Torr"¹, also mehr als das Hundertfache der Empfindlichkeit der obenerwähnten Triode, erreicht. Die Anzeige für Stickstoff bei einem Emissionsstrom von 7 Mik.oampere war linear von 10~⁷ bis 1 Torr. Diese hohe Empfindlichkeit und die kleine Fläche des Ionenauffängers ergeben gegenüber bisherigen Ausführungen bekannter Manometerröhren für höhere Drücke eine wesentlich tiefer liegende sögenannte Röntgengrenze; bei dem beschriebenen Beispiel liegt diese unter 10"⁸ Torr. Damit wird ein Meßbereich erfaßt, für welchen bisher zwei verschiedene Meßröhren eingesetzt werden mußten.

Es können außer der beschriebenen Schaltung auch bekannte andere Schaltungen für Ionisationsmanometerröhren analogen Aufbaues, wie sie für niedrigere Drücke in Gebrauch sind, verwendet werden, die beispielsweise besondere Einrichtungen ..ar Stabilisierung des Elektronenemissionsstroms aufweisen. ao

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Als Triode mit leicht beherrschbaren Elektrodenabständen ausgebildete Ionisationsmanometerröhre mit einer elektronenemittierend^ Glühi EleklroncibcschleuniBungselektrüde

0,25 bis 1,00 aufweist.

■y ionisationsmanometerröhre nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Elektronenbeschleunigungselektrode 8 b.s 16 mm

^"ionisationsmanometerröhre nach Anspruch L mit" einer zylindermantelfürmisen Elektronenheschleunigungselektrode und in der Achse α« Zunders angeordnete Glühkathode, dadurch gekennzeichnet! daß der .',nenauffanger als e,a System von drei bis fünf achse ^parallelen, um die Kathode herum axialsymmetrisch angeordneten Stäben ausgebildet ist.

4 Ionisationsmanometerröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ionenauffänger vier achsenparallele Stäbe vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen