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Verfahren zur Kontrolle und Messung des Glühlampenvakuums Die Kontrolle
des Glühlampenvakuums erfolgt in Glühlampenfabriken im allgemeinen mittels Teslastromes.
Die abgeschmolzene Lampe wird mit dem einen Pol des Teslatransformators in Berührung
gebracht, und dann die durch den Strom von hoher Spannung und hoher Frequenz in
der Lampe verursachte Lichterscheinung beobachtet; je schwächer das Licht, um so
vollkommener ist das Vakuum.
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Dieses Verfahren ist zwar schnell und bequem durchführbar, ist aber
nicht unbedingt zuverlässig. Es wurde nämlich gefunden, daß aus der Lichterscheinung
oft auf ein sehr gutes Vakuum geschlossen wird, obgleich in der Lampe ein nicht
unbedeutender Gasdruck vorhanden ist. Dabei ist die Teslaprobe nur zur Schätzung
des Vakuums geeignet. Demgegenüber gibt das Verfahren nach der Erfindung hierfür
einen bestimmten Wert. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist der, daß es in Verbindung
mit dem den Abschluß der Lampenherstellung bildenden Vorbrennen der Lampe durchgeführt
werden kann, so daß nach dem Vorbrennen bereits der Grad des Vakuums genau bekannt
ist.
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Der Grundgedanke des neuen Verfahrens ist der, claß der Grad der in
der unter Strom gesetzten Glühlampe auftretenden Ionisation durch Bestimmung der
beim Einschalten des Stromes auftretenden Änderung des Wechselstrom-.v iderstandes
des aus dem Glühfaden einerseits und einer auf der Glühlampe zu diesem Zwecke angebrachten
leitenden Hülle andererseits gebildeten Kondensators (Lampenkondensators) festgestellt
wird. Hierbei wird zur Bestimmung der Änderung des Wechselstromwiderstandes an die
beiden Belegungen des Lampenkondensators eine konstante Wechselspannung gelegt und
die Stromstärke des hindurchgehenden Wechselstromes gemessen.
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Es ist bekannt, daß ein Gas von niedrigem Druck durch die Stoßionisation
leitend wird, wenn ein Elektronenstrom hindurchgeführt wird. Das hierdurch entstandene
Leitvermögen kann durch Messung des durch das Gas gehenden positiven Ionenstromes
bestimmt werden. Es ist auch bekannt, daß bei einem Drucke unterhalb von ungefähr
'/."""mm dieser positive Ionenstrom mit dem Gasdruck proportional ist. Hieraus folgt,
daß in solchem Falle der Gasdruck durch Messung des Leitvermögens bestimmt werden
kann.
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Auf dieser bekannten Tatsache beruht eine allgemein gebräuchliche
Meßmethode zur Bestimmung des Vakuums von Dreielektroden= röhren. Diese besteht
darin, daß die Kathode durch Glühen zum Aussenden von Elektronen gezwungen und sodann
mittels der einen Elektrode positiven Potentials der Elektronenstrom, mit der anderen
Elektrode negativen Potentials der positive Ionenstrom abgeleitet und die Intensität
der beiden Ströme
gemessen. wird. Der Quotient der Stromstärken,
der sogenannte »Vakuumfaktor«, dient als Maß des Vakuums.
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In der Glühlampe kann das Vakuum auf diese Weise nicht gemessen werden;
gewisse Bedingungen, nämlich die Elektronemission, die die Elektronen vom negativen
Fadenende zum positiven Pol beschleunigende Spannung, die Betriebsspannung der Lampe
und folglich auch die Stoßionisation der Gasreste, sind zwar gegeben, es fehlt aber
die zum Auffangen der positiven Ionen dienende, vom Glühfaden isolierte Elektrode.
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Im Sinne der Erfindung wird als solche Elektrode eine die Lampe umfassende,
stromleitende Hülle angebracht (vgl. Abb. r der Zeichnung). Auf diese Hülle und
auf den einen Pol der Lampe wird Wechselstrom geschaltet, aus der Stärke des durch
den Stromkreis gehenden Stromes oder mittels einer anderen Wechselstrommessung wird
auf das Leitvermögen des Gases geschlossen.
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Daß das Verhalten einer derart mit einer äußeren Hülle versehenen
Lampe, eines »Lampenkondensators«, Wechselstrom gegenüber vom Leitvermögen und somit
vom Drucke der Gasreste abhängt, wird aus dem Folgenden klar: Man setzt zuerst voraus,
daß in der Lampe keine Spur von Ionisation vorhanden ist, ebenso, als wenn die Lampe
nicht unter Strom gesetzt wäre. In diesem Falle bilden Fadensystem und äußere leitexide
Hülle von einander vollkommen isolierte zwei Belegungen, deren Kapazität im Verhältnis
zueinander, die Fadenkapazität Cf, einen niedrigen Wert von einigen Zentimetern
hat. Wenn nun auf die Belegungen eine Wechselspannung E von gegebener Frequenz to
geschaltet wird, so wird auch die Stärke des durchgehenden Wechselstromes i eine
geringe sein; ihr Wert beträgt i=E-Ct-Nimmt man nun den anderen Grenzfall: es sind
stark ionisierende Gase in der Lampe, so daß der Innenraum der Lampe die Elektrizität
gut leitet, so kann die Lampe gemäß der Erfindung mit der leitenden Hülle zusammen
als ein Kondensator betrachtet werden, dessen eine Belegung die Innenwand der Gasglocke,
die andere Belegung die ,äußere Hülle ist (vgl. Abb. 2 der Zeichnung). Die Kapazität
dieses Kondensators (als Ballonkapazität Ck bezeichnet) ist aber eine wesentlich,
gegebenenfalls mehrhundertfach, größere, als die Fadenkapazität Ct. Bei gleicher
Frequenz und Spannung, wie oben angenommen, geht jetzt Lein viel stärkerer Wechselstrom
durch das Instrument G hindurch.
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J - E - Ck - co. Ist die Ionisation weniger stark, so
ist auch die Stärke des Stromes eine geringere, ihr Wert wird zwischen
i und T zu liegen. kommen; hieraus folgt, daßaus der Stärke des durch
den Lampenkondensator gehenden Wechselstromes der Grad der Ionisation und somit
auch des Vakuums bestimmt werden kann.
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Es ist bekannt, daß in den Glühlampen nach dem Pumpen bzw. nach dem
Abschmelzen des Pumpröhrchens das Vakuum die nötige Höhe noch nicht erreicht hat:
diese ensteht nur anläßlich des ersteren Unterstromsetzens nach dem von Ionisationserscheinungen
begleiteten Verschwinden des Gases. Durch das Messen des Glühlampenvakuums wird
also festgestellt, ob die Lampen während des Vorbrennens den nötigen Grad der Luftleere
erreicht haben.
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Das V orbrennen wird allgemein als Einzelvorbrennen durchgeführt;
hierbei werden die Lampen mit genügendem Vorschaltswiderstand einzeln in einen Stromkreis
von einer die Betriebsspannung der Lampen weit übersteigenden Spannung geschaltet;
es wird hierzu meist Wechselstrom benutzt. An dieses Verfahren schließt sich nun
eine Ausführungsart der Erfindung an, laut welcher die zum Vorbrenneri dienende
Stromquelle auch zur Messung des Ionisationsstromes benutzt wird (Abb. 3 der Zeichnung).
Die Lampe 3 erhält den Strom durch den Widerstand q. aus der Stromquelle r, 2, wobei
die leitende Hülle 5 der Lampe durch das Meßinstrument zweckmäßig unmittelbar an
den Pol z geschaltet ist. Der durch den Lampenkondensator gehende Strom wird mittels
eines Wechselstrominstrumentes, oder falls der Widerstand 7 und der Gleichrichter
S, z. B. ein Detektor, angewendet werden, mittels eines Gleichstrominstrumentes
6 gemessen.
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Diese Einrichtung gestattet eine genaue Beobachtung des während des
Vorbrennens erfolgenden Vorganges des Verschwindens der Gasreste. Wenn nämlich durch
Herabsetzung des Widerstandes q. die Polspannung der Lampe allmählich erhöht wird,
dann erfolgt bei gewisser Spannung die Ionisation, der Zeiger des Instrumentes 6
schlägt stark aus und kehrt dann im Ausmaße der Druckverminderung gegen den Nullpunkt
des Instrumentes zurück, um schließlich an einem Punkte stehenzubleiben; der verbleibende
Ausschlag, der ein Maß des Leitvermögens der Gasreste ist, bildet gleichzeitig ein
Maß des in der Lampe entstandenen Vakuums.
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Auf diese Weise braucht an der Betriebseinrichtung für das Vorbrennen
keine wesentliche Änderung vorgenommen zu werden, um ein Vergleichsmaß des Vakuums,
welches in der Praxis meist genügt, vom Meßinstrument ablesen zu können.
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Es kann aber mit diesem Verfahren auch
ein absolutes
Maß des Vakuums sehr leicht festgestellt werden; es wird zu diesem Zweck der, der
abgelesenen Stromstärke entsprechende Druck, z. B. durch Vergleich mit den Anzeigen
eines Mac Leodschen Manometers, für die betreffende Lampentype bestimmt, sodann
kann auf dem elektrischen Meßinsttument der Grad des Vakuums unmittelbar in Millimetern
abgelesen werden.
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Eine andere, in der Praxis leicht zu bewerkstelligende Ausführungsart
der Erfindung besteht darin, daß die zu untersuchende, mit einer stromleitenden
Hülle versehene Lampe als Kondensator eines elektrischen Schwingungskreises geschaltet
wird. In diesem Falle wird die Frequenz des Schwingungskreises desto niedriger,
je stärker die Ionisation, also je größer die Kapazität ist; Glas Verschwinden der
Gasreste äußert sich in diesem Falle in der Erhöhung der Frequenz. Eine Ausführung
der hierzu nötigen Einrichtung zeigt Abb.4 der Zeichnung. Hier wird die Kathodenglimmlichtlampe
6 zur Schwingungserzeugung benutzt, und zwar auf Grund ihrer bekannten Eigenschaft,
daß sie bei sehr geringer Stromstärke eine fallende Charakteristik besitzt und so
mit dem mit ihr parallel geschalteten Kondensator zur Schwingungserzeugung angeregt
werden kann, wobei die Frequenz der Schwingungen vom Werte der Kapazität abhängt.
Nach Abb. 4 wird die Kathodenglimmlichtlampe 6 von der Gleichstromquelle io, i i
über den Widerstand ; gespeist; parallel mit ihr ist der aus dem Fadensystem der
zu untersuchenden Lampe 3 und aus der äußeren Belegung 5 gebildete »Lampenkondensator«
geschaltet; in diesem Stromkreis liegt ferner der Telephonhörer 8 und gegebenenfalls
das Wechselstrominstrument 9. Die Lampe 3 ist im übrigen in der beim Vor brennen
gewohnten Weise an die Gleich- oder Wechselstromquelle i, 2 geschaltet, aus welcher
sie durch den einstellbaren Widerstand 4 den Strom erhält.
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Es entstehen bei richtiger Wahl des Widerstandes 7 Schwingungen. Solange
die Polspannung der Lampe 3 eine so niedrige ist, daß keine Ionisation entsteht,
wird im Telephon ein hoher Ton gehört, welcher der obengenannten »Fadenkapazität«
Cf entspricht. Wird die Polspannung erhöht, und erfolgt die Ionisation, dann wächst
die Kapazität, und der Ton wird ganz bedeutend tiefer, gleichzeitig zeigt das Instrument
9 einen starken Ausschlag. Wenn dann das von lonisationserscheinttngen begleitete
"Verschwinden des Gases beendet ist, fällt die Kapazität nahezu auf ihren ursprünglichen
Wert zurück, und es wird im Telephon wieder ein hoher Ton gehört; gleichzeitig kehrt
der Zeiger des Instrumentes 9 in die Nähe des Nullpunktes zurück. Somit gestattet
die Beobachtung der Tonhöhe, einen Schluß auf die Änderungen der Kapazität und hieraus
auf den Grad des Vakuums zu ziehen.
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Die das Vorhandensein der Gasreste anzeigende Tonvertiefung bzw. die
infolge deren Verschwinden auftretende Tonerhöhung ist eine so starke (bis mehrere
Oktaven ausmachende), daß in der Praxis das Instruirent 9 weggelassen werden kann
und der Grad des entstehenden Vakuums aus der Tonhöhe mit Sicherheit beurteilt werden
kann. Diese Ausführungsform der Erfindung kann nicht nur in Verbindung mit dem Vorbrennen,
sondern auch= zur Kontrolle des Vakuums der fertigen Lampe benutzt werden. Der im
Telephon hörbare Ton ist zwar nur zur Schätzung der Güte des Vakuums geeignet, das
Verfahren gibt aber weitaus verläßlichere und genauere Resultate als die bisher
allgemein verwendete Teslaprobe.