DE2440090A1 - Vakuum-ionisierungs-roehre nach bayard-alpert - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. CLAUS REIN^-LaNDER DIPL.-ING. KLAUS B ERN HARDT

D-8 München 60 · Orthstraße 12 · Telefon 832024/5

Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

21. Aus. 1974

V1 P382 D VARIAN Associates, PaIo Alto, CaI. USA.

Vakuum-Ionisierungs-Röhre nach Bayard-Alpert

Priorität: 24. August 1973 - U.S.A. - Sen. No. 391 392 Zusammenfassung "

Es wird eine verbesserte Vakuum-Ionisierungsröhre nach Bayard-Alpert beschrieben, die ein Elektronensammelgitter aufweist, das einen zentral angeordneten Kollektor für positive Ionen umgibt und zu diesem koaxial ist. Das Gitter hat einen Innendurchmesser von etwa 12,7 mm (0,5 Zoll),und außerhalb des Gitters ist in einem Abstand von diesem von etwa 5,1 mm (0,2 Zoll) ein Elektronenemissionsdraht angeordnet. Ein geerdeter Schirm umgibt das Gitter außerhalb des Drahtes und ist koaxial mit dem Kollektor. Die Röhre hat eine konstante Vakuummeterempfindlichkeit über den Bereich von 10" bis 5 x 10~¹⁰ torr.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein Iönisations-Vakuummeterröhren und insbesondere eine Ionisierungs-Vakuummeterröhre nach Bayard-Alpert.

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Vakuum-Ionisierungsröhren, die zum Vakuummessen verwendet werden, häufig als Ionisations-Vakuummeter bezeichnet, sind bekannt. Die Röhre weist einen heißen Draht auf, der Elektronen emittiert, die Gas in der zu messenden Atmosphäre bombardieren, so daß positive Ionen gebildet werden. Die positiven Ionen werden auf einer Elektrode gesammelt, die ein negatives Potential relativ zum emittierenden Draht hat, und die Elektronen werden von einer positiv geladenen Elektrode aufgenommen.

Ionisationsröhren können nach ihrer Geometrie in zwei Typen unterschieden werden. Bei einem Typ ist eine elektronenemittierende Kathode zwischen zwei parallelen Platten angeordnet, die entgegengesetzte Polarität haben. Im allgemeinen haben Ionisationsröhren mit parallelen Platten eine Bereich zwischen etwa 1 und 10" torr. Die zweite Art Vakuummeterröhren hat zylindrischen Aufbau und weist einen axialen Draht auf, der von einem koaxialen, wendlförmigen Gitter umgeben ist, das so polarisiert ist, daß es Elektronen aufnimmt. Um das wendeiförmige Gitter herum ist ein größerer Außenzylinder, angeordnet, der koaxial zum Draht liegt und so polarisiert ist, daß er positive Ionen aufnimmt. Vakuummeter dieser Art sind in einem Druckbereich -»ft ■» Ίί

von 10 bis 10"·³ torr verwendbar, ein Bereich, der für moderne Vakuumtechniken außerordentlich eng ist. Die untere Druckgrenze der ursprünglich entwickelten Röhre ist durch Röntgenstrahleneffekte des Ionenkollektors begrenzt, während die obere Druckgrenze zum großen Maße durch Raumladungseffekte zwischen den Elektroden beherrscht wird. Die Raumladungseffekte begrenzen den Stromfluß zur Kollektorelektrode für positiven Ionen.

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Die untere Druckgrenze ist bis zu 10 torr ausgedehnt worden, indem die Fläche des Ionenkollektors reduziert wurde, die Röntgenstrahlen ausgesetzt ist. Dieser Aufbau schließt die Umkehr der

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anfänglich entwickelten Struktur ein, so daß eine Kollektorelektrode für positive Ionen als dünner' Draht oder Nadel in der Achse der Röhrenstruktur ausgebildet wird. Koaxial mit dem Ionenkollektor ist ein Elektronensammelgitter von 25,4 mm (1 Zoll) Durchmesser,, und außerhalb dessen befindet sich ein heißer, elektronenemittierender Draht. Dieser Vakuummetertyp ist in weitem Umfang verwendet worden und wird allgemein als Vakuummeter nach Bayard-Alpert bezeichnet ("Review of Scientific Instruments", Band 21, S. 571, 1950).

Ein Versuch, die obere Bereichsgrenze der Röhre nach Bayard-

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Alpert von 10 ^ torr auf 10 torr anzuheben, wurde von Nottingham in "Vacuum Symposium Transactions", 1954, S. 76, und in "Transactions of the Eighth Vacuum Symposium", 1961, S. 494, berichtet. In einem von Nottingham berichteten Aufb.-.n ist das Gitter mit Endabschlüssen versehen, und die ganze Struktur ist von einem Schirmgitter umgeben, das als Abschirmung dient, um die Strombegrenzungseffekte von Raumladung zwischen den Elektroden zu reduzieren. Die berichtete Arbeit deutet an, daß die Empfindlichkeit erheblich verbessert wurde und der Hochdruckbereich ausgedehnt wurde. Während Nottingham schließt, daß dieses Vakuummeter bis 10" torr verwendbar ist, zeigt eine Betrachtung der berichteten Ergebnisse (Fig. 3 des Artikels aus 1961) stark nichtlinearen Betrieb oberhalb von

10 torr aufgrund von Strom, der nur von; positiven Ionen abgeleitet wird, die den zentral angeordneten Kollektor treffen; Während die Linearität bis 10 torr ausgedehnt werden kann, indem die von dem Elektronenkollektor und dem Kollektor für positive Ionen abgeleiteten Ströme kombiniert werden, ist doch der Aufbau nach Nottingham immer noch nicht linear bis zu einer Hochdruckgrenze von 10 torr. In Nottinghams Artikeln wird auch

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von einem Vakuummeter berichtet, das ein Schirmgitter ohne Endabschlüsse des Gitters verwendet. Dieses Vakuummeter

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kann zwar bis 10 torr brauchbar sein, die Empfindlichkeit ist jedoch bis zu dieser oberen Grenze stark nichtlinear, weil sich beginnend bei 10 torr ein prononciertes Wachsen der Empfindlichkeit ergibt, mit einer Spitze bei 6 χ 10"^ torr, und ein schneller Abfall derselben fUr Drücke oberhalb von 10 torr.

Andere Autoren haben ebenfalls versucht, die obere Druckgrenze der Röhre nach Bayard-Alpert auszudehnen, siehe Redhead "Journal, of Vacuum Science and Technology", Bd. 8, Seite 848, 1969, Blank et al "Vacuum", Bd. 15, Seite 127, 1965, und Ramey "Vacuum

Transactions ^

Symposium", 1959, Seite 85. Keine^dieser Autoren beschreibt jedoch ein Ionisations-Vakuummeter mit konstanter Empfindlichkeit über den gewünschten Bereich von 10 ^ bis 10 torr, ohne daß die Betriebsart der Röhre umgeschaltet wird. Selbstverständlich ist eine Umschaltung der Betriebsart nicht erwünscht, sowohl wegen der Kompliziertheit der zugehörigen elektronischen Einrichtungen als auch wegen der Möglichkeit eines Bedienungsfehlers und einer Verwirrung bei der Ablesung.

Die meisten berichteten und hergestellten Vakuummeter nach Bayard-Alpert arbeiten mit Elektronen-Sammelgitter-Durchmessern von etwa 25 nun (1 Zoll) und verwenden Glasgefäße mit Durchmessern von etwa 50 mm (2 Zoll). Eine Ausnahme ist eine Miniaturröhre, die von der Firma General Electric Company unter der Bezeichnung Modell 22GT103 hergestellt wird, deren Abmessungen etwa die Hälfte dieser typischen Werte betragen und in der ein relativ aufwendiges Maschengitter verwendet wird, im Gegensatz zu dem üblichen Wendelgitter. Die General-Electric-Röhre ist

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bis zu einer oberen Druckgrenze von 2,5 x 10 torr verwendbar, eine Prüfung der Röhrenka.-librierungskurve zeigt jedoch eine merkliche Abweichung von der Linearität bei 10 torr, mit immer stärkerem nichtlinearen Verhalten bei höheren Drücken. Die Kalibrierungskurve deutet an, daß die Empfindlichkeit für steigende Drücke monoton fällt. Eine Untersuchung dieser Röhre zeigt, daß Glasladungseffekte auf der Glaswand der Röhre die nichtlineäre Empfindlichkeit für Drucke von oberhalb 10 torr bewirken. Die Glasladungseffekte scheinen den Strom zu begrenzen, der zwischen den Elektroden fließen kann, so daß bei Ansteigen der Anzahl der Gasmoleküle, und also bei höhren Gasdrucken, der Strom eine Neigung hat, konstant zu bleiben, und nicht linear mit der Anzahl der Gasmoleküle wächst.

Um die Glasladungseffekte zu minimieren oder zu verhindern, wurde versuchshalber ein Schirm auf das Innere der Glaswand der General-Electric-Röhre gebracht* Der Schirm wurde geerdet, und es ergaben sich bessere Ergebnisse.,Insbesondere blieb die Empfindlichkeit im wesentlichen bis 3 x 10 torr konstant, wenn Atmospären aus Luft und Argon überwacht wurden, und die Empfindlichkeit für positive Ionen bei 10 torr betrug etwa 80% der Empfindlichkeit im mittleren Bereich. Ein Problem bei der Sub-Miniaturröhre der General Electric, selbst mit eingesetztem Schirm, liegt jedoch darin, daß der Draht etwa 1 mm vom Elektronensammelgitter entfernt ist". Bei normalen Herstellungstoleranzen ist der Abstand von 1 mm ein potentielles Problem für die Qualitätskontrolle. Ferner wurde in den oben erwähnten Untersuchungen von Nottingham und Redhead festgestellt, daß die Vakuummeter-Empfindlichkeit eine Funktion des Abstandes Draht-Gitter ist, insbesondere wenn der Abstand kleiner wird

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und in den Bereich der General-Electric-Röhre kommt. Weiter deuten Untersuchungen an, daß Glasladungseffekte bei Glaskolben mit kleinem Durchmesser, wie bei der Röhre der General Electric, kritischer werden. Ein weiterer Nachteil der Konstruktion der General Electric besteht darin, daß die Miniaturröhrenfassung nicht zu allgemein existierenden Vakuumausrüstungsfassungen paßt, so daß die Ausrüstung neu konstruiert werden muß.

In vielen handelsüblichen Vakuummetern ist die Abschirmung intern mit dem Draht verbunden. Irgendein von der Abschirmung aufgenommener Strom vermischt sich deshalb mit dem Elektronen-Emissionsstrom vom Draht, und der Emissionsstrom ist um den Betrag der Beimischung fehlerhaft. Wenn der Vakuummeterstrom und damit die Empfindlichkeit hoch ist, ist der Fehler merkbar, selbst bei niedrigen Drucken. Um das Ausmaß des Fehlers durch diese Vermischung der Ströme zu bestimmen, wurde ein kommerziell verfügbares Vakuummeter so modifiziert, daß die Abschirmung ein isolierten Anschluß.hatte, so daß der Schirmgitterstrom auf einer getrennten Leitung überwacht werden konnte. Die modifizierte Röhre zeigte eine höhere Empfindlichkeit am Hochdruckende des Bereichs mit einer Spitze bei etwa 2,5 x 10"² torr.

Ersichtlich haben also bekannte Geräte leine konstante Empfind-

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lichkeit im Bereich von 10 torr bis 10■ * torr. Konstante Empfindlichkeit in diesem Bereich ist außerordentlich erwünscht für gewisse Anwendungsfälle, insbesondere zur Überwachung der Vakuumbedingungen während Kathoden-Sprühprozessen. Es war deshalb erforderlich, andere Geometrien als die in der bekannten Technik verwendeten zu untersuchen, in einem Versuch, eine lonisations-Vakuummeter-Röhre verfügbar zu machen, die

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im interessierenden Bereich von 10 bis 10 * torr linear ist.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Nach Experimenten mit dem General-Electrlc-Vakuummeter in seiner originalen und der modifizierten Form und dem kommerziell verfügbaren Vakuummeter mit isoliertem Schirmgitter wurde eine Ionisations-Vakuummeter-Röhre aufgebaut, deren Konstruktion zwischen der Röhre der General Electric und der modifizierten Röhre lag, um konstante Empfindlichkeit von

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10 bis 10 * torr ohne Umschaltung der Betriebsart zu erreichen. Ein weiteres Ziel beim Aufbau der Zwischen-Röhren-Konstruktion war, die Größe des Empfindlichkeitshuckeis der modifizierten Röhre zu reduzieren, dieses Ergebnis würde dadurch erreicht, daß der Durchmesser des Elektronensammelgitters auf etwa den Wert des Gitters der General Electric . reduziert wurde. Weiter sollte ein größerer Abstand des Gitters zum Draht erreicht werden, als er bei der Miniaturröhre der General Electric erreicht werden kann, damit die Röhre ohne hohe Anforderungen hinsichtlich der Toleranz gebaut werden kann. Weiter sollte eine Ipnisationsröhre verfügbar gemacht werden, die an existierende Röhren adaptierbar ist, so daß sie sowohl körperlich als auch elektrisch für diese eingesetzt werden kann. .

Die Röhre nach der Erfindung, mit der diese Ergebnisse erreicht werden, ist eine verbesserte Ionisations-Vakuumröhre nach Bayard-Alpert mit konstanter Vakuummeter-Empfindlichkeit von

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5 x 10 torr bis 3- χ 10 torr. Dieses Ergebniss wird dadurch erreicht, daß die übliche, zentral angeordnete Kollektorelektrode für positive Ionen von einem wendeiförmigen Elektronenkollektor-

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gitter umgeben ist, das koaxial zum zentral angeordneten Ionenkollektor angeordnet ist. Das Elektronenkollektorgitter hat einen Durchmesser von etwa 12,7 mm (0,5 Zoll). Das Gitter hat etwa 5,1 mm (0,2 Zoll) Abstand von dem elektronenemittierenden Draht, der außerhalb des Gitters angeordnet ist. Das Elektronenkollektorgitter ist vorzugsweise als Wendel mit etwa 9»15 Windungen pro Zoll ausgebildet, die doppelte Windungszahl pro Zoll üblicher bekannter Röhren mit wendeiförmigem Kollektorgitter. Die höhere Windungszahl pro Zoll ergibt eine größere metallene Oberfläche für das Elektronenkollektorgitter unddeshalb eine besser zylindrische Aquipotentiäl-Oberfläche zum Sammeln von Elektronen.

Ein geerdetes Abschirmgitter umgibt das Gitter außerhalb des Drahtes und ist koaxial mit dem zentral angeordneten Kollektor,indem es auf einem Glasröhrengefößgeblldet ist, das einen Durchmesser von etwa 50 mm (2 Zoll) hat. Die geerdete Abschirmung tragt auch dazu bei, eine bessere Empfindlichkeit bei hohen Drücken zu erhalten, da es Glaskolben-Raumladungseffekte neutralisiert und der Strom keine Sättigungsneigung bei Drucken merklich niedriger als 10 torr hat.

Der relativ kleine Abstand zwischen dem zentralen Ionenkollektor und dem Elektronenkollektorgitter ergibt, eine höhere elektrische Feldstärke, so daß sich die Ionen mit höheren Beschleunigungen zwischen den beiden Elektroden bewegen. In den oben erwähnten Experimenten wurde festgestellt, daß die kleineren Ionenbeschleunigungen beim Abstand von 1 Zoll zwischen den beiden Elektroden keine zufriedenstellenden Resultate ergibt, weil am Hochdruckende des Bereiches die Empfindlichkeit fällt.

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Abstände zwischen den Kollektorelektroden für Elektronen und positive Ionen von weniger als 1/4 Zoll sind nicht akzeptabel, weil dann ein verringertes Volumen zwischen den Elektroden in einem solch· engen Aufbau existiert. Ein verringertes Volumen ergibt 'eine geringere Empfindlichkeit, weil weniger Gasmoleküle von Elektronen getroffen werden können. Zusätzlich ergibt ein Abstand von weniger als 1/4 Zoll zwischen den Kollektorelektroden für Elektronen und positive Ionen eine Röhrenkonstruktion, die schwierig und teuer herzustellen ist.

Der relativ kleine Abstand zwischen der Kollektorelektrode für die positiven Ionen und dem wendeiförmigen Gitter, wodurch sich ein Verhältnis der Länge des Gittervolumens zum Durchmesser von 4s1 ergibt, in Kombination mit der höheren Anzahl von Windungen pro Zoll des wendeiförmigen Gitters, hat eine Neigung, die Ionenwanderung von den, Enden der Struktur zu verhindern, d. h. Ionen werden daran gehindert, axial aus dem Gitterkollektorbereich herauszuwandern. Deshalb wandern Ionen in größerem Ausmaße radial bei der erfindungsgemäßen Struktur als bei einer typischen bekannten Struktur. Dar Prozentsatz von Elektronen*- und lonenströmen, die die Stromkollektorelektroden erreichen, ist deshalb größer als bei typischen bekannten Geräten, um die Empfindlichkeit über einen größeren Druckbereich konstant zu halten.

Die Empfindlichkeit wird zwar gemäß einem Aspekt der verbessert, sie 1st jedoch kleiner als in den meisten bekaiuiton Röhren. Eine Vermischung des Abschirmgitter- und Draht-Stroms kann deshalb nicht toleriert werden, weil der Abschirmungsstrom zum Kollektorstrom für positive Ionen bei niedrigen Drucken

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einen merklichen Prozentsatz ausmacht, wo der positive Ionenstrom 20 Mikroampere betragen kann. Um genaue Ablesungen bei niedrigen Drucken zu erhalten, ist die Abschirmung elektrisch von den übrigen Elektroden der Röhre getrennt und geerdet. Der Draht liegt auf einer ersten Gleichspannung über Erde, während die Abschirmung sich auf einer höheren Gleichspannung befindet, um Elektronen vom Draht zu sammeln. Der Kollektor befindet sich grundsätzlich auf Erdpotential und ist an einen Eingang eines Gleichstromverstärkers angeschlossen, der eine hohe Eingangsimpedanz hat und ein Meßinstrument am Ausgang treibt.

Die Erfindung soll anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1-1, Fig. 2;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Ausführungsform nach Fig. 1 in der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Untersicht der Röhre nach Fig. 1;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Wendelgittereinheit nach Fig. 1;

Fig. 5 eine Seitenansicht des heißen, elektronenemittierenden Drahtes der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 5a eine Stirnansicht des Drahtes nach Fig. 5; und

Fig. 6 graphisch den Zusammenhang zwischen Empfindlichkeit und Druck des Vakuummeters nach Fig. 1 - 5a.

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In der Zeichnung ist ein Glaskolben 11 für die Ionisations-Vakuummeter-Röhre nach der Erfindung dargestellt. Das Gefäß 11 weist einen im wesentlichen zylindrischen Hauptteil 12 aufs der einen Durchmesser in der Größenordnung von 50 mm (2 Zoll) hat und eine Höhe, die typischerweise etwa 133 mm (5 1/4 Zoll) beträgt. Rechtwinklig zum Hauptteil 12 steht ein zylindrischer Arm 13 vor, der mit einem zu überwachenden Vakuumsystem verbunden ist. Der Arm 13 befindet sich in Strör mungsmittelverbindung mit dem Inneren des Hauptteils 12, so daß die Verteilung der Moleküle im Hauptteil 12 im wesentlichen die gleiche ist wie die Verteilung der Moleküle im überwachten System. Typischerweise ist das überwachte System das Innere einer Sprühkammer, die eine Luft- oder Argon-Atmosphäre hat und einen Druck im Bereich zwischen 10 und 10*"* torr.

Der Hauptteil 12 weist eine Längsachse 14 auf, auf der eine nadelartige» metallene Kollektorelektrode 15 für positive Ionen liegt,die an Ort und Stelle ander Spitze cesHauptte ils 12 befestigt ist und elektrisch mit einer einzelnen Meßschaltung 16 verbunden ist, die einen Parallelwiderstand 51 hoher Impedanz aufweist, der an einen Eingang höher Impedanz eines Gleichstromverstärkers mit variabler Verstärkung angeschlossen ist, dessen Ausgang ein Gleichstrom-Voltmeter 53 treibt. Der Kollektor 15 erstreckt sich längs der Achse 14 in den Hauptteil 12, so daß das Ende der Nadel sich unterhalb der Längsachse 17 des Arms 13 befindet und' etwas oberhalb des untersten Teils des Arms 13. Typischerweise befindet sich das untere Ende des Kollektors 15 etwas'mehr als 75 mm (3 Zoll) unterhalb des oberen Endes des Hauptgefäßteils 12. Der Kollektor 15 ist an der Spitze des Gefäßhauptteils durch Anschluß an einen Metallstift befestigt, der sich durch einen nach unten reichenden Finger 25 des Kolbens 12 erstreckt _; und mit diesem verbunden ist.

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Um die Nadel 15 herum und koaxial zu dieser ist ein wendefcförmiges Kollektorgitter 18 für positive Ionen angeordnet, das einen Durchmesser von etwa 12,7 mm (1/2 Zoll) hat, etwa 9,15 Windungen pro Zoll und eine typische Länge von 48 mm (1,8 Zoll), so daß sich ein Verhältnis Länge/Durchmesser von etwa 4:1 für das Gitter ergibt. Der Durchmesser von 12,7 mm (1/2 Zoll) ist kritisch für die Wirkungsweise der Erfindung, um zu erreichen, daß die Vakuummeter-Empfindlichkeit auf 10 % der Empfindlichkeit im mittleren Bereich bis zur oberen Druckgrenze von 10 torr konstant ist. Wenn der Durchmesser von 12,7 mm (1/2 Zoll) um mehr als etwa 2,5 mm (1/10 Zoll) überschritten wird, bleibt die Empfindlichkeit am oberen Ende des Druckbereiches nicht konstant, während ein Durchmesser des Gitters 18 kleiner als etwa 10 mm (0,4 Zoll) eine verringerte Gesamtempfindlichkeit über den gesamten interessierenden Bereich ergibt, sowie Herstellungsschwierigkeiten. Die verringerte Gesamtempfindlichkeit für Durchmesser weniger als 10 mm (0,4 Zoll) tritt ein, well weniger positive Ionen im Volumen zwischen Ionenkollektor 15 und Elektronenkollektor oder Gitter 18 gebildet werden können, so daß sich eine merkliche Herabsetzung des Ausgangsstromes des positiven Ionenkollektors am unteren Ende des interessie-

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renden Druckbereichs, etwa 10 * torr,ergibt. Die 9,15 Windungen pro Zoll für Gitter 18 ermöglichen es einem sehr großen Prozentsatz der Elektronen im Hauptteil 12, vom Gitter gesammelt zu werden, und ergibt auch einen gleichförmigen Äquipotential -Zy linder in dem zylindrischen Bereich des Gitters.

Das untere Ende des Gitters 18 ist mit einem Metallstift mechanisch und elektrisch verbunden, der durch einen eingewölbten Teil 21 am unteren Ende des Kolbenhauptteils 12 hindurchführt und mit diesem verbunden ist. Das obere Ende des

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Gitters 18 ist mit einer Strebe 22 verbunden, die sich in Längsrichtung des Gefäßteils 12 parallel zu dessen Achse 14 erstreckt. Das untere Ende der Strebe 22 ist fest mit einem Metallstift 23 verbunden, der an Ort und Stelle befestigt ist und durch den eingwöTbten Teil 21 hindurchführt.

Außerhalb des Gitters 18 und von diesem um etwa 5 mm (0,2 Zoll) getrennt befindet sich ein heißer, elektronenemittierender Draht 26. Der Draht 26 weist einen elektronenemittierenden, mit Thorerde beschichteten, dreieckig geformten länglichen Iridiumdraht auf, der im wesentlichen koplanare Schenkel hat, die gleiche Längen von etwa 20 mm (0,8 Zoll) haben. Der Draht 27 wird mit einer Anordnung von metallenen Drahtstreben 28-30 an Ort und Stelle gehalten. Die Strebe 28 ist mit dem oberen Scheitel des Drahtes 27 durch eine Haken 31 verbunden, während die anderen,unteren Enden des Drahtes 27 mit Streben 29 und verbunden sind. Die Enden der sich horizontal erstreckenden Teile der Streben 29 und 30 sind elektrisch und mechanisch mit Metallstiften 31 und 32 verbunden, die durch den gewölbten Teil 21 hindurchfuhren und mit diesem verbunden sind.

Der·· Abstand von etwa 5 mm (0,2 Zoll) zwischen dem dreieckig geformten Draht 27 und dem Elektronenkollektorgitter 18 ist ebenfalls kritisch» damit die Röhre nach der Erfindung befriedigend arbeitet und eine konstante Empfindlichkeit im

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Druckbereich von 10 bis 10 ^ torr ergibt. Der Abstand von 5 mm (0,2 Zoll), ist insbesondere kritisch für die bequeme Herstellung der Röhre, damit konventionelle Herstellungstechniken verwendet werden können. Zusätzlich wird angenommen, daß der Abstand von 5 mm (0,2 Zoll) zwischen Draht 27 und Abschirmung 18 dazu beiträgt, Elektronen daran zu hindern, den posi-

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tiven Ionenkollektor 15 zu erreichen, obwohl die Kollektorelektroden 15 und 18 für Ionen bzw. Elektronen relativ kleinen Abstand haben. Der Abstand von 5 mm (0,2 Zoll) von Draht zu Gitter ist ausreichend, so daß die Elektronen im wesentlichen gleichförmige Eindringung um den Umfang des Gitters 18 haben. Im Gegensatz dazu kann der Abstand von 1 mm bei der bekannten Röhre der General Electric eine stärkere Elektronendurchdringung durch das Gitter in der Nähe des Drahtes ergeben als durch andere Teile des Gitters.

Um das Segment des Hauptgefäßteils 12 herum, wo d£e Ionen gesammelt werden, und die Elektronen emittiert und gesammelt werden, befindet sich ein Metallschirm 35, der eine Raumladungsansammlung auf dem Glaskolben 11 verhindert. Die Abschirmung 35 besteht aus einer Metallschicht, vorzugsweise Platin, auf dem Innenteil des Hauptteils 12 und einem kleinen Teil des Arms 13. Die Platinschicht 35 ist damit koaxial zur Längsachse 14 und der Kollektorelektrode 15. Die Schicht 35 erstreckt sich längs der Achse 14 über eine Distanz von etwa 66,6t mm ( 2 5/8 Zoll), wobei die tiefste Erstreckung etwa 38,1 mm (1 1/2 Zoll) unter der Mittenlinie 17 liegt.

Um Ströme, die im Schirm 35 fließen können, von Strömen zu isolieren, die im Gitter 18 oder Kollektor 15 fließen, und um eine.Erdverbindung für die Abschirmung 35 zu schaffen, ist der Schirm mit seiner eigenen, externen Erdverbindung ausgestattet. Zu diesem Zweck ist ein metallener Kontaktfinger 37 an die Schicht 35 gelötet und erstreckt sich einwärts, allgemein zur Achse 14 hin, ist jedoch gegen eine Radiallinie zur Achse leicht versetzt. Der Kontaktfinger 37 ist elektrisch über Metallstift geerdet ,mit der er verbunden ist und der durch den gewölbten Teil 21 hindurchführt.

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Die elektrische Erregung ist so, daß der Stift 38 geerdet ist, um die Erdverbindung für die Schicht 35 zu bilden. Der Draht 26 wird auf einer Gleichspannung von +30 Volt über Erde gehalten, indem die negative Elektrode der Gleichstromquelle 39 mit dem Stift 38 und die positive Elektrode der Gleichstromquelle an einen'der Drahtstifte 31 oder 32 angeschlossen ist. Eine Wechselstromquelle 40 mit niedriger Gleichstromimpedanz liegt zwischen den Stiften 31 und 32, um die Betriebsspannung zur Heizung des Drahtes 26 zu erhalten. Das Gitter 18 wird auf einer Spannung von etwa 180 Volt über Erde dadurch gehalten, daß die negative Elektrode einer 150 Volt-Gleichspannungsquelle 42 mit der positiven Elektrode der Gleichspannungsquelle 39 verbunden wird. Die" positive Elektrode der Gleichstromquelle 42 liegt parallel an den Stiften 19 und.23 und damit am oberen und unteren Ende des Gitters 18.

Das typische Betriebsverhalten des Gerätes, für Luft- und Argon-Vakuumatmosphären ist in den Kurven 51 bzw., 52 in Fig. 6 dargestellt, wobei der Druck, in torr, gegen die normierte Empfindlichkeit (3-—) aufgetragen ist, wobei S die Empfindlichkeit für den speziellen Druck und S_Q die Empfindlichkeit im mittleren Bereich für 10 torr ist.

Wie durch die Kurve 52 für Argon angedeutet ist, liegt die Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Ionisations-Vakuummeter-Röhre für 10~ torr innherhalb von 10 % der Empfindlichkeit für deimittleren Bereich, und es ergibt sich kein erheblicher Anstieg der Empfindlichkeit für Drucke weniger als 10 torr. Die Kurve 51, die das Empfindlichkeitsverhalten für Luft zeigt, zeigt, daß die Empfindlichkeit bei 10" torr innerhalb von 20 %

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der Empfindlichkeit im mittleren Bereich liegt, und daß sich kein Anstieg der Empfindlichkeit für Drucke weniger als 10" torr ergibt. Ähnliche Ergebnisse werden am Nie-

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derdruckende erreicht, bei einem Druck von 5 x 10 torr.

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Claims (6)

- A4 - Patentansprüche

1. Vakuum-Ionisations-Röhre nach Bayard-Alpert mit konstanter

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Vakuummeter-Empfindlichkeit von 5 x 10 bis 1 χ 10 torr, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kollektor für positive Ionen zentral angeordnet ist₉ ein Elektronenkollektorgitter den Kollektor umgibt und zu diesem koaxial ist und einen Durchmesser von etwa 12,7 nun (0,5 Zoll) hat, ein elektronenemittierender Draht außerhalb des Gitters und in einem Abstand von etwa 5 mm (0,2 Zoll) von diesem angeordnet ist, und ein geerdetes Schirmgitter das Gitter außerhalb des Drahtes und koaxial zum Kollektor umgibt.

2« Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Gitters etwa das Vierfache seines Durchmessers beträgt.

3. Röhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter eine Wendel ist, die etwa neun Windungen pro Zoll aufweist.

4ο Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet« daß die Abschirmung elektrisch mit einem Stift verbunden ists, der elektrisch in der Röhre sowohl von Gitter, Draht als auch Kollektor für positive Ionen isoliert ist.

5. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre mit einem Glaskolben versehen^ istj der einen zylindrischen Teil aufweist, dessen Durchmesser etwa 50 mm (2 Zoll) beträgt, in dem der Draht, das Gitter und der Kollektor angeordnet sind,und daß. die Abschirmung eine Metallschicht auf dem Kolben ist, wobei der Kollektor auf der Längs-, achse des zylindrischen Kolbenteils liegt.

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6. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichstrom-Meßschaltung vorgesehen ist, die nur auf Gleichstrom vom Kollektor für positive Ionen anspricht.

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