DE369326C

DE369326C - Direkt anzeigendes Hochvakuummeter

Info

Publication number: DE369326C
Application number: DEA36780D
Authority: DE
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1921-12-15
Filing date: 1921-12-15
Publication date: 1923-02-17

Description

Es ist unter dem Namen Magnetron eine Elektronenröhre bekannt geworden, welche aus einer evakuierten zylindrischen Glasröhre besteht, in welcher sich als Anode ein Blechzylinder und als Kathode ein in der Zylinder-, achse liegender Glühdraht befindet. Ferner ist die Glasröhre von einem Solenoid umgeben, welches in ihr ein Magnetfeld in Richtung der Zylinderachse erzeugt. Dieses dient dazu,

ίο die von der Glühkathode in radialer Richtung zur Zylinderanode abgeschleuderten Elektronen von ihrer Bahn abzulenken. Mit zunehmender Stärke des Magnetfeldes geht die geradlinige, radial gerichtete Elektronenbähn in eine sich mehr und mehr verlängernde Zykloiden- oder Spiralform über. Solange dabei aber alle abgeschleuderten Elektronen die Anode noch erreichen, ist die Streckung des Weges ohne Einfluß auf die Stromstärke der Röhre. Nun gibt es aber einen Wert der ■magnetischen Feldstärke, bei welchem die Krümmung der Elektronenbahn eine so starke ist, daß das abgeschleuderte Elektron, ohne die Anode zu erreichen, wieder zur Kathode zurückbewegt wird, so daß' also seine ' Bahn eine im Innern der zylindrischen Anode verlaufende, geschlossene Kurve darstellt. Das bedeutet aber ein Sinken des Stromes bis auf den Nullwert, denn die Stromstärke ist eine direkte Funktion der Zahl der die Anode erreichenden Elektronen. Diese Eigenschaft des Magnetrons gestattet nun den Bau eines direkt anzeigenden Hochvakuummeters, welches Gegenstand der Erfindung ist.

In> Abb. ι stellt g die zylindrische Glasröhre mit dem Luftansaugstutzen α dar. c ist die zylindrische Anode, d der als Kathode dienende Glühdraht, welcher in den Punkten 0 und h durch die Röhre g geführt ist und durch den Strom i_± der Batterie ^₁ geheizt wird. Die beiden Elektroden der Röhre sind an die Batterie b₂ gelegt, deren Strom' i₂ zur Messung des Vakuums, dienen soll. Das magnetische Feld wird durch das Solenoid e erzeugt, welches von der Batterie b_s gespeist wird. Schalter- und Regeleinrichtungen sind der Einfachheit wegen fortgelassen, aber es ist selbstverständlich, daß; je nacfh Bedarf solche Einrichtungen vorgesehen werden können. Während nun die Glasröhre des bekannten· Magnetrons ganz geschlossen ist und ein sehr hohes und konstantes Vakuum aufweist, zeigt das Vakuummeter der Abb. 1 ein offenes Gläsgefäß, dessen Stutzen α den Anschluß eines Rezipienten gestattet, dessen Vakuum durch den »Strom i₂ gemessen werden soll. Hierbei kann der Strom I₁ und i_s auf einen bestimmten konstanten' Wert eingestellt

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werden, so daß die Stärke des Stromes i„ lediglich eine Funktion des Vakuums ist.

Der physikalische Vorgang ist dabei folgender: Abb. 2 zeigt zunächst den Fall der Ablenkung des Elektrons durch das Magnetfeld. Diese Abbildung zeijgt lediglich die beiden Elektroden c und d im Schnitt, so daß die Elektronenbahn in die Papierebene oder in eine zu dieser parallelen Ebene fällt. Ferner ίο ist das Parallelogramm der auf das Elektron in einem bestimmten Moment wirkenden Kräfte eingetragen, ι ist die Kraft des elektrischen Feldes, welche radial gerichtet ist,

2 ist die Kraft des magnetischen Feldes, welche stets senkrecht zur Strombahn steht,

3 ist die Resultierende aus beiden Kräften. Es ist leicht einzusehen, daß unter der Einwirkung dieser Kräfte die Bahn zunächst eine Zykloiden- oder Spiralform annehmen wird.

ao Wird aber das Magnetfeld mehr und mehr verstärkt, so erhält schließlich die Elektronenbahn eine derartige Krümmung, daß das Elektron, ohne die Anode zu erreichen, sich etwa in der Kurve 1 der Abb. 3 bewegt. Der Strom ü fällt dabei sehr steil auf seinen Nullwert. Dabei ist aber vorausgesetzt, daß ein sehr gutes Vakuum vorhanden ist, so daß keine störenden Momente den Vorgang beeinflussen. Wenn nun aber das Vakuum kein vollkommenes ist und sich merkliche Gasmengen in der Röhre befinden, dann wird ein Teil der Elektronen aus ihrer Bahn herausgeworfen und gelangt dabei zur Anode, es tritt also ein Strom i₂ auf, welcher zunächst sich mit der Gasdichte in gleichem Sinne ändert. Man kann sich den Vorgang in folgender Weise vorstellen. Die annähernd mit Lichtgeschwindigkeit bewegten Elektronen treffen auf Gasmoleküle,· der Ort 2 (Abb. 3) des Zusammentreffens ist dann ein neuer Ausgangspunkt für eine der zykloidenförmigen Elektronenbahnen, wie sie Abb. 3 in den Kurven 3 zeigt. Diese Bahnen 3 können aber den Zylinderkreis der Anode c sehneiden und es wird dann das Elektron nach Durchlaufen des ausgezogenen Bahnstückes von der Anode aufgenommen. Die Größe des dadurch entstehenden Stromes u ist proportional der Zahl der Zusammenstöße und damit ein Maß für das Vakuum.

Der beim neuen Vakuummeter von der Kathode zur xA.node fließende Strom ist aber nur dann- vom Vakuum allein abhängig, wenn die übrigen Faktoren, wie die Stärke des magnetischen und elektrischen Feldes und die Temperatur der Kathode konstant bleiben. Die Konstanz dieser Größen ist demnach anzustreben.

Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, das Solenoid an dieselbe Stromquelle (&jj) anzuschließen, die den Meßstrom liefert, so daß Schwankunigen der Batteriespannung zwar die Größe, aber nicht die Richtung der resultierenden Kraft (3 in Abb. 2) beeinflussen. Eine gewisse Unempfindlichkait gegen Spannungsschwankungen der Stromquelle (Z)₂) kann auch erreicht werden, wenn in deren Stromkreis ein Widerstand eingeschaltet wird, der sehr groß im Vergleich zu demjenigen des Heizdrahtes ist.

Die Temperatur der Kathode hängt von dem- sie durchfließenden Strom und von der Wärmeabführung durch Strahlung und Leitung ab. In der Kathode d überlagern sich die beiden Ströme % und i„, von denen der Meßstrom¹ L über der Länge o, h des Glühdrahtes (Abb. 1) keinen konstanten Wert hat. Änderungen des Meßstromes bewirken daher im allgemeinen auch Temperaturänderung des Glühdrahtes. Nimmt bei höherem Vakuum der Strom i„ ab, dann sinkt der Stromverlust im Glühdraht, gleichzeitig nimmt aber auch die Wärmeabführung durch Leitung (proportional der Gasdichte) ab, so daß sich diese Einflüsse bis zu einem· gewissen Grade kornpensieren und die Temperatur der Glühkathode nahezu unabhängig vom Wert des Stromes £₂ ist. Alsi Material für die Elektroden kommen gut leitende und schwer oxydierende Metalle, vor allem auch Platin und Wolfram in Betracht.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Direkt anzeigendes Hochvatuummeter, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekannter Apparat, bestehend aus einem Glasgefäß, in dem sich eine zylindrische Anode und eine in deren Zylinderachse liegende Glühkathode befindet, und in dem ein in Richtung der Zylinderachse verlaufendes magnetisches Feld von einer solchen Stärke erzeugt wird, daß bei hohem; Vakuum zwischen den von einer Stromquelle gespeisten Elektroden kein Strom! fließt, in der Weise zum Messen eines- hohen Vakuums eingerichtet ist, daß das Glasgefäß mittels eines Stutzens (ß) an den Rezipienten, dessen Vakuum gemessen, werden soll, anschließbar ist, so daß der zwischen den Elektroden fließende Strom· ein Maß des Vakuums ergibt.

2. Hochvakuummeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Erzeugung des magnetischen Feldes dienende Solenoid (e) von der den Meßstrom liefernden Stromquelle (b„) gespeist wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.