DE633794C

DE633794C - Einrichtung zur Kontrolle und (oder) Anzeige des Vakuums in Vakuumentladeapparaten mit Glueh- oder Quecksilberkathode und mit verduennter Gas- oder Dampffuellung, insbesondere in Quecksilberdampfgleichrichtern

Info

Publication number: DE633794C
Application number: DEL78926D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1931-07-21
Filing date: 1931-07-21
Publication date: 1936-08-07

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Einrichtung zur Kontrolle und bzw. oder zur Anzeige des Vakuums in Vakuumentladeapparaten mit Glüh- oder Quecksilberkathode und mit verdünnter Gas- oder Dampffüllung, insbesondere in Quecksilberdampfgleichrichtern dieser Art.

Man hat bereits vorgeschlagen., sich zu diesem Zweck einer Hilfsentladung zu bedienen, die zwischen einer Hilfsanode und der Kathode des Apparates unterhalten wird. Man benutzt dazu eine besondere Meßelektrode, die negativ aufgeladen wird und daher positive Ionen anzieht und somit für die Größe des entsprechenden Meßstromes maßgebend ist. Bei bekannten Anordnungen ist diese Meßelektrode innerhalb des Kerns der Hilfsentladung angeordnet; dies hat zur Folge, daß der Strom über die Meßelektrode mit zunehmendem Gasdruck zunimmt, da hierbei die Anzahl der Ionen je Rauminhalt im Entladungskern zunimmt, und mit der Ionendichte an dieser Stelle nimmt der über die Meßelektrode fließende Ionenstrom zu. Diese Zunahme ist aber nicht sehr stark, und infolgedessen entbehrt die ältere Anordnung einer genügenden Empfindlichkeit.

Die Erfindung löst die Aufgabe,' diese Empfindlichkeit erheblich —· auf ein Vielfaches — zu steigern, und kennzeichnet sich wesentlich durch eine derartige Anordnung der Meßelektrode außerhalb des Kerns der Hilfsentladung, daß sich zwischen Hilfsentladung und Meßelektrode ein die Diffusion der Ladungsträger aus der Hilfsentladung maßgeblich beeinflussendes, dem Grade des Vakuums entsprechendes Gaspolster befindet. Dadurch wird erreicht, daß mit zunehmendem Gasdruck und daher dichter werdendem Gaspolster die Diffuskm der Ladungsteilchen in starkem Maße abnimmt und daher auch der durch diese Diffusion erhaltene Meßstrom. Man erzielt also eine Abhängigkeit des Meßstromes— übrigens im umgekehrten Sinne wie bei den bekannten Anordnungen — von stark erhöhter Veränderlichkeit und daher eine, wie gesagt, vielfach gesteigerte Empfindlichkeit.

Weitere Merkmale der Erfindung betreffen die besondere Anordnung imd den Schutz der Hilfsanode und der Meßelektrode, die Wahl von Hilfsströmen und -spannungen, die Benutzung einer Erregeranode zugleich als Hilfsanode und die selbsttätige Schaltung der ■ Vakuumpumpe des Apparates oder des Apparates selbst durch den Meßstrom.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es sind:

Fig. ι Verlauf des Meßstromes in Abhängigkeit vom Gas- oder Dampfdruck bei negativ geladener Meßelektrode,

Fig. 2 Verlauf bei positiv geladener Meßelektrode,

Fig. 3 Schema eines Quecksilberdampfgleichrichters gemäß der Erfindung.

Fig. ι zeigt den Meßstrom I_p in Abhängigkeit vom Gas-" öder Dampfdruck P, untjep der Voraussetzung, daß die Meßelektrode ."japSÄ nügend negativ aufgeladen ist, um den tib^r sie fließenden Strom durch die Zahl 'danach der Elektrode diffundierenden positiven Ionen bestimmt sein zu lassen. Wird dagegen ίο die Meßelektrode auf eine, wenn auch nicht zu große positive Spannung aufgeladen, so ist es jetzt die Diffusion der Elektronen, welche den über die Meßelektrode fließenden Strom If (Fig. 2) bestimmt. Dieser Elektronenstrom ist bei sonst gleichen Verhältnissen bedeutend größer als der Strom positiver Ionen und zeigt nach Fig. 2 mit wachsendem Gas-'oder Dampfdruck zunächst einen Verlauf ähnlich Fig. i. Bei einem bestimmten Gas- oder Dampfdruck P/< aber tritt an der Meßelektrode Stoßionisation auf. Die an der Oberfläche der Meßelektrode vorhandene Raumladungsschicht von Elektronen bricht zusammen, es bildet sich vor der Meßelektrode eine sog. Zwischenkathode, und der über die Meßelektrode fließende Strom zeigt einen rapiden Anstieg. Von diesen Erscheinungen macht die Erfindung Gebrauch.

In Fig. 3 ist /C die Kathode. H sind die Hauptanoden des Apparates, die in üblicher Weise von Schutzhülsen 5 umgeben sind. Die Hilfsanode j4 ist ein Rohrabschnitt und ist im Innern eines Schutzrohres R angebracht, so daß A gegen Ionenzufuhr aus dem Hauptlichtbogen abgeschirmt ist. Die Mündung des Rohres R befindet sich in der Nähe der Mündung einer Anodenhülse, so daß im Innern des Rohres 5 ein Gas- oder Dampfdruck herrscht, der parallel geht zum Gas- oder Dampfdruck im Anodenraum. Oberhalb der in ihrer Längsachse durchbrochenen Hilfsanode .4 ist die Meßelektrode M angebracht. Es werden nun Elektronen und positive Ionen aus der Anodenhaube von A durch A hmdurch nach M diffundieren können. Bei niedrigem Gas- oder Dampfdruck wird diese Diffusion leicht vonstatten gehen. Je höher aber der Gas- oder Dampfdruck ist, um so mehr werden die diffundierenden Ladungsteilchen behindert und um so kleiner werden die Diffusionsströme sein, die über M fließen können. M ist außerhalb des Kernes der Hilfsentladung angeordnet, denn der Kern der Hilfsentladung erstreckt sich von A abwärts in der Achse des Rohres R und von dessen Mündung nach der Kathode.

Die Hilfsentladung kann nun sowohl durch eine Gleich- wie eine Wechselspannung £ unterhalten werden. Um die Stromstärke der Hilfsentladung vom Belastungsstrome des Apparates unabhängig zu machen, empfiehlt es sich, im Speisestromkreis der Hilfsentladung eine genügend große Impedanz X anzuordnen und dafür zu sorgen, daß auch die .y speisende Spannung E von der Belastung des ^Apparates unabhängig ist. Um Stromeinfüh- -^?rtmgen, Elektroden oder Energieverluste zu '.'-sparen, kann die Hilfsanode yl auch als Erregeranode des Apparates dienen. Der Meßelektrode M wird die Spannung zweckmäßig relativ zur Hilfsanode^ aufgeprägt. Doch kann bei einem Apparat mit metallenem Vakuumgefäß dies auch relativ zum metallenen Gefäß geschehen, indem bei konstanter Hilfsentladung das Gehäuse und A eine ziemlich konstante Spannungsdifferenz zueinander haben. Die Spannung!/, welche der Meßelektrode M aufgeprägt wird, kann wie E ebenfalls eine Gleich- oder eine Wechselspannung sein, und zwar sind da relativ zu E alle Kombinationen möglich. Sind E und V beide Wechselspannungen, so kann auch die Phasenlage zwischen beiden nach Wunsch festgelegt werden. Je nachdem über M Elektronen- oder positive Ionenströme fließen sollen, wird V in Phase oder in Gegenphase zur Hilfsentladung gewählt werden müssen. Um von der Einrichtung Angaben zu erhalten, die unabhängig von der Belastung des Apparates sind, ist es vorteilhaft, auch die Spannung!/ von der Belastung des Apparates unabhängig zu machen. / ist ein in Serie mit M angeordnetes Meßinstrument, das zur Anzeige des Vakuums dient. B ist eine Betätigungsvorrichtung, die dazu dienen kann, in Abhängigkeit vom Vakuum die Vakuumpumpe oder Schalter in der Schaltung des Apparates ein- und oder auszuschalten.

Besonders interessante Verhältnisse erhält man, wenn der MeßelektrodeM dauernd oder ion intermittierend positive Spannungswerte aufgeprägt werden, die 'bei einem Gas- oder Dampfdruck P^, der gerade die Grenze zu unzulässig hohen Drücken darstellt, vor der Meßelektrode M Stoßionisation zur Folge haben. Mit Erreichen des Druckes Ρχ steigt dann der Strom über M rapid an und kann zur Auslösung evtl. zur direkten Auslösung von Gegenmaßnahmen dienen. Die positiven Spannungswerte, welche in diesem Falle der ti ο Meßelektrode M relativ zu ihrer Umgebung aiifgeprägt werden müssen, liegen oberhalb der Ionisierungsspannung des Gases oder Dampfes in der Umgebung von M und werden im übrigen je nach dem Werte von /\-, bei welchem der rapide Stromanstieg eintreten soll, am besten durch Versuche bestimmt. Z ist eine Impedanz, welche verhindert, daß die Ströme über M auf unzulässig hohe Werte anwachsen. Daß der durch Ionisation bedingte rapide Anstieg des Stromes über M von einem bestimmten Gas-

oder Dampf druck P_K an eintritt, hängt damit zusammen, daß mit zunehmendem Gasdrucke die Zahl der nach M diffundierenden Elektronen abnimmt, was eine Zunahme der Dicke der Al vorgelagerten Elektronenraumladungs schicht zur Folge hat. Nimmt die Dicke der Raumladungsschicht aber zu, so wird, ähnlich wie beim Funkenpotential, bei Erreichen einer gewissen Schichtdicke eine die negative

ίο Raumladung zerstörende Ionisation eintreten. Die Ilauptanwendung dieser Erfindung bilden die Quecksilberdampfgleichrichter mit Glüh- oder Quecksilberkathode und mit oder ohne Steuergitter. Die Einrichtung hat gegenüber dem Mac Leodschen Vakuummeter und mit dem Hitzdrahtvakuummeter den Vorteil der direkten Kontrolle und Anzeige des Vakuums und gegenüber dem Hitzdrahtvakuummeter den weiteren Vorteil der vollkommenen Unveränderlichkeit der Eichkurve der Einrichtung auch über lange Zeiten.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Kontrolle und (oder) Anzeige des Vakuums in Vakuumentladeapparaten mit Glüh- oder Quecksilberkathode und mit verdünnter Gas- oder Dampffüllung, insbesondere in Quecksilberdampfgleichrichtern dieser Art, unter Benutzung einer zwischen einer Hilfsanode und der Kathode -unterhaltenen Hilfsentladung, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung der Meßelektrode außerhalb des Kernes der Hilfsentladung, daß sich zwischen Hilfsentladung und Meßelektrode ein die Ladungsträgerdiffusion aus der Hilfsentladung maßgeblich beeinflussendes, dem Grade des Vakuums entsprechendes Gaspolster befindet, so daß der durch die Diffusion von Ladtmgsteilchen aus der Hilfsentladung nach der Meßelektrode hin erhaltene Meßstrom entsprechend dem Vakuum beeinflußt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsanode und die Meßelektrode zu den Hauptanoden des Apparates räumlich derart angeordnet sind, daß mit der Einrichtung das Vakuum in der Umgebung der Hauptanoden kontrolliert werden kann.

3. Einrichtung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsanode und die Meßelektrode gegen die Einwirkungen der Hauptentladung des Apparates abgeschirmt sind.

4. Einrichtung nach Ansprüchen 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke der Hilfsentladung vom Belastungsstrome des Apparates unabhängig ist.

5. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Quecksilberkathode die Hilfsanode zugleich eine Erregeranode des Apparates ist.

6. Einrichtung nach Ansprüchen 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßelektrode gegenüber der Hilfsanode oder gegenüber dem metallenen Gehäuse des Apparates eine vom Belastungsstrom des Entladungsgefäßes imabhängige Gleich- oder Wechselspannung aufgeprägt wird.

7. Einrichtung nach Ansprüchen 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit der Meßelektrode eine elektrische Vorrichtung geschaltet ist, welche dazu dient, die Vakuumpumpe des Apparates oder den Entladungsapparat selbst ein- und (oder) auszuschalten.

8. Einrichtung nach Ansprüchen 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßelektrode so hohe positive Spannungswerte erteilt werden, daß an ihrer Oberfläche Stoßionisation und eine Zwischenkathode entstehen, sobald der zu kontrollierende Gas- oder Dampfdruck einen unzulässig hohen Wert erreicht.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Eintreten der Stoßionisation erfolgende Anstieg des Stromes, der über die Meßelektrode fließt, zur Steuerung der Vakuumpumpe und (oder) zur Schaltung des Entladungsapparates benutzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen