DE2523660C3 - Vorrichtung zum Nachweis von Gasen und Dämpfen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Nachweis von Gasen und Dämpfen mit einer behebbaren, unter Einwirkung der nachzuweisenden Gase und Dätnpfe I^nen emittierenden ersten Elektrode und mit einer zweiten Elektrode zum Sammeln der Ionen, wobei die h'heizbare Elektrode als auf der Oberfläche eines isolierenden Trägerkörpers aufgewickelter Glühdraht ausgebildet ist. Derartige Vorrichtungen sind in der Literatur schon verschiedentlich beschrieben worden 1), 2), 3).

Insbesondere haben sie in der Vakuumtechnik als Halogendetektoren für die Lecksuche Anwendung gefunden. Eine derartige bekannte Einrichtung zum Nachweis von Halogendämpfen und von Dämpfsn von Halogenverbindungen weist einen Stromkreis auf mit einer Stromquelle, einem Meßgerät und zwei in Abstand voneinander angeordneten Elektroden, zwischen denen die nachzuweisenden Dämpfe hindurchstreichen und von denen wenigstens eine geheizt ist, und wobei wenigstens eine der Elektroden mit einem Stoff sensibilisiert ist, dessen Ionisierungsspannung kleiner ist als die Elektronenaustrittsarbeit der positiven Elektrode, wobei dieser Stoff vorzugsweise ein Alkalimetall enthält, derart, daß die Zahl der positiven Ionen, welche an der geheizten Elektrode bei Anwesenheit eines Halogens frei werden, mit zunehmender Konzentration des Halogens zunimmt 1). Bei der Anwendung derartiger Halogennachweisgeräte zur Feststellung von Undichtigkeiten von Behälterwandungen wird beispielsweise auf der einen Seite der zu prüfenden Behälterwand eine ein halogenhaltiges Gas enthaltende Atmosphäre hergestellt und auf der anderen Seite das Hindurchtreten dieses Gases durch eine etwaige Undichtigkeit der Wand mit Hilfe des erwähnten halogenempfindlichen Detektors nachgewiesen 4).

Ein sehr störender Nachteil der erwähnten Detektoren besteht darin, daß der Grundionenstrom, d.h. der lonenstrom, der beim Betrieb im Stromkreis fließt, auch wenn kein nachzuweisender Dampf auf die beheizte Elektrode auftrifft, starken Schwankungen unterliegt. Aus nicht näher bekannten Gründen kann er z. B, trotz anscheinend gleichbleibender Elektrodentemperatur fast auf den Wert Null zurückgehen oder auf ein Mehrfaches des ursprünglichen Wertes ansteigen. Während der Zeit, während welcher kein oder ein zu geringer lonenstrom fließt, ist der Detektor unempfindlich und außerdem führt ein längerer

ίο Betrieb bei zu hohem Ionenstrom zu einev starken Verkürzung seiner Lebensdauer. Es ist eine häufige Kontrolle des Grundionenstroms erforderlich, um sicher zu sein, daß dieser einerseits für die Messung genügt, andererseits aber der Detektor nicht überla-

!■j stet wird.

Die Schwankungen des Grundionenstroms stören um so mehr, je empfindlicher der Detektor ist, und je geringer die Gaseinströmung ist, die nachgewiesen werden soll. Dazu kommt, daß nicht nur der Grundionenstrom an sich schwankt, sondern daß nach Einwirkung von haiogenhaltigem Gas die Ionen emittierende Elektrode des Detektors für eine bestimmte Zeit »vergiftet« ist, d.h. auf eine nachfolgende Einwirkung nur vermindert oder überhaupt nicht mehr anspricht.

Deshalb mußte man bisher nach jeder stärkeren Beaufschlagung mit dem nachzuweisenden Gas oder Dampf mit einem neutralen Gas z.B. mit reiner Luft nachspülen, was umständlich und zeitraubend war.
Um einen möglichst gleichbleibenden Grundionenstrom zu erzielen, wurden schon Einrichtungen zur Konstanthaltung der Temperatur der beheizten Elektrode bzw. der dieser zugeführten Heizleistung vorgesehen. Auch Einrichtungen bei denen die genannte Temperatur oder der Grundionenstrom laufend gemessen wurden und die Heizleistung dann entsprechend eingeregelt wurde, sind schon vorgeschlagen worden 4). Damit wird eine Verbesserung erreicht, jedoch sind die dafür notwendigen Meß- und Regeleinrichtungen aufwendig.

Es ist bekannt, daß die Funktiw ο der beschriebenen Detektoren darauf beruht, daß der Trägerkörper für die beheizte Elektrode Alkalimetallatome abgibt, die im Zusammenwirken mit der heißen Elektrodenfläche emittiert werden. Es sind schon verschiedene Gasdetektoren, die auf der Grundlage dieses Effektes arbeiten, bekanntgeworden. Bei einer Ausführungsform werden die Metallionen von einer Alkali enthaltenden Schicht, die mit einer katalytisch wirkenden Platinoberfläche kontaktiert ist, bei Erhitzung abgegeben, wobei das zu emittierende Material aus einer Vorratsmenge durch Diffusion zu der emittierenden Oberfläche transportiert werden muß. Um den Nachschub an Alkaliatomen sicherzustellen, wurden schon Trägerkörper verwendet, die eine Vorratsschicht aufweisen, wobei im Innern des Schichtträgers eine elektrische

' Heizeinrichtung vorgesehen war. Der Ionenemitterelektrode wurde durchwegs eine zylindrische Form gegeben, die von der meist ebenfalls zylindrischen Kollektorelektrode umgeben war. Die genaue Form

M, der Kollektor- und der Emitterelektrode wurde zwar nicht als wichtig angesehen, jedoch erschien die zylindrische Form dieser Elektroden für eine vereinfachte Herstellung besonders vorteilhaft 2).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, eine Vorrichtung zum Nachweis von Gasen und Dämpfen der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, bei der die Schwankungen des Grundionenstromes wesentlich verringert sind und die

geringere Alterungserscheinungen aufweist. Letzteres war ein ausgeprägter Nachteil der bisher bekanntgewordenen lonenquellen für Gasdetektordioden, wodurch ständige Nacheichungen erforderlich wurden. Die Erfindung stellt demgegenüber einen Detektor zur Verfugung, dessen Grundemission bei gleichbleibenden Betriebsbedingungen über einen wesentlich längeren Zeitraum als bisher stabil ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Nachweis von Gasen und Dämpfen mit einer beheizbaren, unter Einwirkung der nachzuweisenden Gase und Dämpfe Ionen emittierenden ersten Elektrode und mit einer zweiten Elektrode zum Sammeln der Ionen, wobei die beheizbare Elektrode als auf der Oberfläche eines isolierenden Trägerkörpcrs aufgewickelter Glühdraht ausgebildet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Trägerkörpers wenigstens eine Kante aufweist, über weiche der Glühdraht gewickelt ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zwar war aus der US 1 733504 an sich schon bekannt, einen Glühkathodendraht über einen mit vorspringenden Kanten versehenen Trägerkör^er zu wikkeln, um damit in Verbindung mit einer besonderen Formgebung des Trägerkörpers einen bloben Punktkontakt des Drahtes mit dem Träger zu erzielen, eine weitgergehende Berührung jedoch zu vermeiden. Da es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Gegenteil gerade wichtig ist, die flächenhafte Berührung des Glühdrahtes mit der Oberfläche des Trägerkörpers sicherzustellen, war die Übertragung der im Elektronenröhrenbau bekannten Maßnahme zur Verminderung einer solchen Berührung nicht naheliegend.

Es wurde festgestellt, daß durch die einfache erfindungsgemäße Maßnahme die Stabilität des Grundionenstroms und die Alterungsbeständigkeit des Detektors wesentlich verbessert werden. Möglicherweise ist dieser überraschende Effekt darauf zurückzuführen, daß mikroskopisch kleine und daher bisher völlig unbeachtete Verschiebungen der Glühdrahtelektrode auf dem ^rägerkörper für die starken Grundionenstromschwankungen verantwortlich sind und daß diese durch die bessere Fixierung des Glühdrahtes auf den Trägerkörpern verringert werden. Die Wickelkanten verhindern offenbar ein Verschieben der Glühdrahtwindungen im Falle, daß ein Befestigungsende im Laufe der Zeit sich etwas lockert oder die mechanische Spannung mit der der Glühdraht aufgewickelt ist infolge Dehnung nachläßt. Die durch die Erfindung erzielte bessere Stabilität des Grundionenstroms ermöglicht nun auch eine höhere Verstärkung des Meßsignals, also eine Erhöhung der Nachweisempfindsichkeit und verbessert ferner die Lebensdauer des Detektors, weil die üblichen Alterungserscheinungen solcher Detektoren - zunehmend immer größere Schwankungen des Grundionenstroms - nunmehr erst nach einer wesentlich längeren Gebrauchsdauer sich «törend bemerkbar machen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung das Elektrodensystem, bestehend aus der in Form eines Drahtes 1 auf dem Trägerkörper 2 aufgewickelten beheizbaren Elektrode, welche beim Betrieb bei Auf

treffen von Atomen oder Molekülen des nachzuweisenden Gases oder Dampfes Ionen emittiert und der die Ionenemissionselektrode 1 umgebenden lonensammelelektrode 3, Wie die Zeichnung erkennen

lädt, ist der Aufbau im wesentlichen axialsymmetrisch, jedoch weist der Trägerkörper im Gegensatz zu allen bisher bekannten Detektoren dieser Art einen Querschnitt 4 mit Kanten 5,6 und 7 auf, wie in der Nebenfigur 1 a dargestellt ist. Dabei ist es zweckmäßig, wenn

Ό die die Kanten bildenden Flächen nicht eben sind, sondern etwas gewölbt (z.B. Ausschnitte aus sich schneidenden Zylindermänteln darstellen, wodurch der aufgewickelte Glühdraht an die begrenzenden Flächen des Trägerkörpers eng anliegt).

Die Elektroden der Fig. 1 sind auf einer Halteplatte 8 in üblicher Art und Weise aufgebaut und mit elektrischen Anschlüssen versehen und in einen Meßstromkreis eingeschaltet, wie dies aus dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannt ist und daher hier nicht näher erläutert zu werden braucht.

Die Fig. 2 zeigt als Variante einen Trägerkörper 4 für die als Glühdraht 1 ausgebild .te beheizbare Elektrode, der nur zwei Wickelkanten 9 und 10 besitzt, die von zwei sich schneidenden gekrümmten Flächen 11 und 12 (Ausschnitte aus Zylindermänteln) gebildet werden. Der Querschnitt dieses Trägerkörpers ist aus Fig. 2 zu ersehen.

Die Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, wobei der Trägerkörper 4 durch Anschleifen eines keramischen Rundkörpers an einer Seite hergestellt wurde, so daß wiederum zwei Wickelkanten 13 und 14 entstehen. Diese Form des Trägerkörpers besitzt den Vorteil, daß er leicht und billig herzustellen ist, da keramische Rundkörper auf dem Markt preis-

J¹S wert erhältlich sind und das Anschleifen einer ebenen Fläche keine Schwierigkeiten bereitet, wogegen die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Trägerkörperformen eine etwas aufwendigere Herstellungstechnik zur Voraussetzung haben.

In einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines Trägerkörpers nach Fig. 3 wurde eine Verringerung der Schwankungen bzw. eine Verlängerung der nützlichen Gebrauchsdauer des Detektors etwa um den Faktor 5 experimentell festgestellt; dies im

Vergleich zu einem Detektor sonst gleichen Aufbaues und unter gleichen Betriebsbedingungen, bei dem jedoch der Glühelektrodenträger als zylinderformiger Stab ausgebildet war. Der Grundionenstrom betrug bei der erfindungsgemäßep Ausführung etwa 5 μΑ

und schwankte um etwa +/ — 20%, während er bei der Ausführung mit zylindrischem Trägerkörper im Mittel ebenfalls 5 μΑ betrug, wobei jedoch Schwankungen in der Größenordnung von +/— 100% auftraten. Letzteres bedeutet, daß der Grundionenstrom zeitweise bis auf Null zurückgehen oder bis zu 10 μ Α betragen konnte.

Druckschriften zum Stand der Technik

1) DE-PS 9 07 223

bo 2) Schweizer Patentschrift 487409

3) Schweizer Patent 443499

4) Schweizer Patent 506062

5) DE-AS 11 19 560

6) DE-AS 10 21095

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Nachweis von Gasen und Dämpfen mit einer beheizbaren, unter Einwirkung der nachzuweisenden Gase und Dämpfe Ionen emittierenden ersten Elektrode und mit einer zweiten Elektrode als auf der Oberfläche eines isolierenden Trägerkörpers aufgewickelter Glühdraht ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Trägerkörpers (4) wenigstens eine Kante aufweist, über welche der Glühdraht (1) gewickelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei als Trägerkörper ein keramischer Rundkörper vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rundkörper wenigstens auf einer Seite einen Anschliff aufweist, so daß zwei Wickelkanten (13, 14) entstehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelkanten (9,10) durch den Trägerkörper begrenzende, sich schneidende Teile von Mantelflächen (11,12) achsenparalleler Zylinder gebildet werden.