DE638707C

DE638707C - Measuring device based on the investigation of the diffraction of electron beams to determine high DC voltages

Info

Publication number: DE638707C
Application number: DES103996D
Authority: DE
Inventors: Dr Ferdinand Trendelenburg
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1932-04-02
Filing date: 1932-04-02
Publication date: 1936-11-21

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Bestimmung hoher Gleichspannungen, die auf der Untersuchung der Beugungserscheinungen von Elektronenstrahlen beim Durchgang durch einen als Beugungsgitter wirkenden Stoff beruht.The invention relates to a measuring device for determining high DC voltages, the on the investigation of the diffraction phenomena of electron beams when passing through by a substance acting as a diffraction grating.

In Fig. ι der Zeichnung ist eine Anordnung, wie sie zur Untersuchung derartiger Beugungserscheinungen im wesentlichen bekannt ist, schematisch dargestellt. In einer Röhre 1 sind eine Kathode 2, z. B. eine Glühkathode, und eine oder mehrere blendenförmige Anoden 3 angeordnet. Wird an die Anschlußstellen 4 und 5 eine AnodenspannungIn Fig. Ι the drawing is an arrangement as it is used to investigate such Diffraction phenomena is essentially known, shown schematically. In a Tube 1 is a cathode 2, e.g. B. a hot cathode, and one or more diaphragm-shaped Anodes 3 arranged. If an anode voltage is applied to the connection points 4 and 5

,₅ gelegt, so tritt durch die Öffnungen'der Anodenblenden ein Kathodenstrahl. Hinter der letzten Blende ist ein Blech 6 angeordnet, das an der Auffallstelle des. Kathodenstrahls eine feine Öffnung hat. Das Blech 6 ist mit einer, _{5 is} placed, a cathode ray passes through the openings of the anode diaphragms. A metal sheet 6 is arranged behind the last diaphragm and has a fine opening at the point of incidence of the cathode ray. The plate 6 is with a

ao Schicht, z. B. aus Zelluloid, bedeckt, die auch die feine Öffnung überdeckt. Auf dieser Schicht ist z. B. ein Metall niedergeschlagen. An der Durchtrittsstelle des Elektronenstrahls treten Beugungserscheinungen auf. Das hat zur Folge, daß auf einem Schirm 7 nicht nur ein Abbild der Blendenöffnung, sondern auch ein Beugungsbild entsteht. Der Charakter des Beugungsbildes ist bekanntlich von der Struktur des Beugungsgitters abhängig. Verschließt man die feine Öffnung der Blende 6 lediglich mit einer Zelluloidschicht, so erhält man im wesentlichen einige verwaschene Beugungsringe. Schlägt man auf der Zelluloidschicht z. B. Silber oder Gold nieder, so erhält man scharfe konzentrische Beugungsringe, etwa wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Wird das Beugungsgitter im wesentlichen nur durch flächenmäßig angeordnete ' Elementarkörper gebildet, wie dies z. B. bei dünnen Glimmerfolien der Fall sein kann, so erhält man an 4" Stelle der Kreise eine Reihe von Punkten. Es ist bekannt, daß der Durchmesser der einzelnen Beugungsringe bei einem und demselben Beugungsgitter und bei einer bestimmten Entfernung zwischen der Auffangfläche und dem Gitter nur von der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls bzw. von der Anodenspannung abhängt.ao layer, e.g. B. made of celluloid, covered that too covers the fine opening. On this layer is z. B. a metal is knocked down. Diffraction phenomena occur at the point of passage of the electron beam. That has the result that on a screen 7 not only an image of the aperture, but also a diffraction image is created. As is well known, the character of the diffraction pattern depends on the structure of the diffraction grating. If you only close the fine opening of the diaphragm 6 with a celluloid layer, essentially some blurred diffraction rings are obtained. Hit the celluloid layer z. B. silver or gold down, you get sharp concentric diffraction rings, for example as shown in FIG. The diffraction grating is essentially just through formed area-wise 'elementary body, as z. B. with thin mica films may be the case, a number of points are obtained at the 4 "position of the circles. Es it is known that the diameter of the individual diffraction rings in one and the same Diffraction grating and at a certain distance between the collecting surface and the grid only depends on the speed of the electron beam or on the anode voltage depends.

Die Erfindung geht von diesen bekannten Erscheinungen aus und nutzt sie auf folgende Weise zur Messung hoher elektrischer Spannungen aus: In dem Weg des Elektronenstrahls wird zwischen dem Beugungsgitter und einer optischen oder elektrischen Anzeigevorrichtung eine Blende angeordnet, die mit einer Vielzahl konzentrischer Aussparungen versehen ist. Die schablonenförmige Blende ist in der Längsrichtung des ElektronenstrahlsThe invention is based on these known phenomena and uses them on the following Way to measure high electrical voltages from: In the path of the electron beam is between the diffraction grating and an optical or electrical display device arranged a diaphragm which is provided with a plurality of concentric recesses. The stencil-shaped screen is in the longitudinal direction of the electron beam

*) Von dem Patent sucher ist als der 'Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the 'inventor:

Dr. Ferdinand Trendelenburg in Berlin-Grunewald.Dr. Ferdinand Trendelenburg in Berlin-Grunewald.

verschiebbar. Die Aussparungen der Blende entsprechen dem sich ergebenden Beugungsbild. Infolgedessen fällt das gebeugte Elektronenbündel nur dann durch die Aussparungen der Blende auf die Anzeigevorrichtung, z. B. einen Lichtschirm, wenn der Absfand der Blende vom Beugungsgitter der an das Gerät angelegten elektrischen Spannung entspricht. In Fig. ι ist die Schablonenblende ίο mit 8 bezeichnet. Die Einrichtung gemäß der Erfindung besteht also darin, daß in der Strahlachse verschiebbar eine Schablonenblende mit mehreren konzentrischen, dem Beugungsbilde des Gitterstoffes entsprechenden Aussparungen angeordnet ist, durch welche die abgebeugten Strahlenbündel jeweils nur bei einer bestimmten, ein Maß für die Spannung bildenden Blendenstellung hindurchgehen und dann eine optische oder elektrische Anzeigevorrichtung betätigen.movable. The recesses in the diaphragm correspond to the resulting diffraction pattern. As a result, the diffracted electron beam falls only then through the recesses of the aperture on the display device, z. B. a light screen, if the Absfand the aperture of the diffraction grating corresponds to the electrical voltage applied to the device. In Fig. Ι the stencil screen ίο is denoted by 8. The establishment according to the The invention consists in the fact that a stencil diaphragm is displaceable in the beam axis is arranged with several concentric recesses corresponding to the diffraction pattern of the scrim which the diffracted bundle of rays only at a certain one, a measure for go through the voltage-forming aperture position and then an optical or electrical one Operate display device.

Es ist bekanntlich schwierig, sehr hohe Gleichspannungen, beispielsweise 50000 Volt und mehr, genau zu messen und für derartige Messungen Geräte zu schaffen, die'trotz ihrer hohen Genauigkeit eine für die betriebsmäßige Anwendung ausreichende Einfachheit im Aufbau und in der Bedienungsweise haben. Die Erfindung ermöglicht es, ein Spannungsmeßgerät zu schaffen, das es gestattet, hohe Spannungen mit außerordentlicher Genauigkeit auf einfache Weise zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird z. B. eine Kathodenstrahlröhre mit durch Fig. 1 wiedergegebenem Aufbau verwendet, bei der das Beugungsgitter fest eingebaut ist und ein bestimmtes Beugungsbild 'ergibt. Das gebeugte Strahlenbündel kann nur dann durch die öffnungen der gemäß Fig. 2 ausgebildeten Blende 3 hindurch auf die Auffangelektrode 7 treffen und das Gerät 9 in Tätigkeit setzen, wenn der Abstand der Schablonenblende vom Beugungsgitter eine ganz bestimmte Größe hat. Aus der jeweiligen Stellung der verschiebbaren Blende, bei der das Strahlenbündel durch die Blende tritt, kann demnach unmittelbar die zu messende Spannung abgelesen werden. Die Vorrichtung arbeitet mit einer Genauigkeit, wie sie bei technisch brauchbaren Geräten für hohe Spannungen bisher bei Gleichspannung nicht erzielbar waren.It is known to be difficult to use very high DC voltages, for example 50,000 volts and more, to measure precisely and to create devices for such measurements that, in spite of them high accuracy, a simplicity of construction that is sufficient for operational use and have in the way of operation. The invention makes it possible to use a tension meter to create that allows high voltages with extraordinary accuracy easy way to determine. For this purpose z. B. a cathode ray tube used with the structure shown by Fig. 1, in which the diffraction grating is fixed is built in and a certain diffraction pattern results. The diffracted bundle of rays can only then pass through the openings of the diaphragm 3 designed according to FIG hit the collecting electrode 7 and put the device 9 into action when the distance the stencil diaphragm of the diffraction grating has a very specific size. From the respective The position of the displaceable diaphragm, in which the beam passes through the diaphragm, can therefore directly be the one to be measured Voltage can be read. The device works with an accuracy such as in technically usable devices for high voltages so far with direct voltage were not achievable.

Der Schirm 7 kann mit der Schablonenbrende fest verbunden und mit ihr verschiebbar sein. Das Verschieben der Schablonenblende erfolgt zweckmäßig von außen her, z. B. durch vakuumdichte Schliffe oder mit Hilfe eines Bewegungsorgans, das durch einen elastischen Teil der Gefäßwand nach außen-geführt ist. Das gleiche Gerät läßt sich auch als Spannungsnormale verwenden, indem man die Schablonenblende auf einen bestimmten Abstand fest einstellt und dann lediglich beobachtet, ob bzw. bei welchen Bedingungen der verwendeten Meßschaltung das gebeugte Strahlenbündel durch die Schablonenblende hindurchtritt. Dann entspricht die Spannung dem eingestellten Normalwert. Vorrichtungen ähnlicher Art, bei denen feststehende Auffänger für die bei Spannungsänderung wandernden Beugungsringe verwendet wurden, sind bekannt.The screen 7 can be firmly connected to the stencil end and can be displaced with it be. The stencil cover is shifted from the outside, z. B. by vacuum-tight cuts or with the help of a movement organ that by an elastic part of the vessel wall is guided outwards. The same device can can also be used as voltage standards by setting the stencil aperture to a specific one Distance and then only observed whether or under which conditions the measuring circuit used, the diffracted beam through the stencil screen passes through. Then the voltage corresponds to the set normal value. Devices of a similar type, in which fixed catchers for the migrating when the voltage changes Diffraction rings have been used are known.

Im allgemeinen empfiehlt es sich, Beugungsgitter anzuwenden, die kreisförmige Beugungsbilder ergeben (Fig. 2). Eine größere Genauigkeit, wenn auch bei schwierigerer Einstellung des Gerätes, erhält man, wenn man mit Beugungsbildern arbeitet, die aus Punkten zusammengesetzt sind. Das Einstellen der Schablonenblenden läßt sich vereinfachen, wenn .man für den direkten Durchstoßungsstrahl, der auf dem Schirm als Mittelpunkt abgebildet wird, ebenfalls ein Loch in der Schablonenblende vorsieht und die Blende beim Justieren so einstellt, daß der direkte Durchstoßungsstrahl durch sie hindurchtritt. Bei den späteren Messungen empfiehlt es sich, das dem direkten Strahl entsprechende Loch der Schablonenblende abzudecken, weil dann der Unterschied in den Anzeigen des Meßgerätes bei Übereinstimmung der Schablonenaussparungen mit dem Beugungsbild und bei Nichtübereinstimmung stärker voneinander abweichen. Wenn das Beugungsbild an der Stelle der Schablone nicht mit den Öffnungen der Schablone übereinstimmt, trifft u. U. zwar auch ein Teil des Strahlenbündels durch eine der Schablonenöffnungen auf den Schirm 7, doch ist die Zahl der in diesem Falle auf den Schirm kommenden Elektronen gegenüber derjenigen bei Übereinstimmung des Beugungsbildes mit den Aussparungen der Blende so gering, daß Fehlmessungen ausgeschlossen sind.In general, it is advisable to use diffraction gratings that have circular diffraction patterns result (Fig. 2). A greater accuracy, albeit with more difficult setting of the device, can be obtained if one works with diffraction images composed of points. Setting the Stencil diaphragms can be simplified if .man for the direct penetration beam, which is shown on the screen as the center, also provides a hole in the stencil cover and the cover when adjusting so that the direct penetrating beam passes through them. For the later measurements it is recommended to use the one corresponding to the direct beam The hole of the stencil cover, because then the difference in the indications of the Measuring device if the template recesses agree with the diffraction pattern and if they do not match, they are stronger from one another differ. If the diffraction pattern at the position of the template does not match the If the openings of the template match, a part of the beam may also hit through one of the stencil openings onto the screen 7, but the number in this is Trap electrons coming onto the screen compared to those that match of the diffraction pattern with the apertures in the diaphragm is so small that incorrect measurements are excluded are.

Das Beugungsbild läßt sich sehr groß machen, wenn man den Abstand zwischen den Flächen 6 und 7 groß wählt. Der Durchmesser der Schablonen kann z. B. 10 cm betragen. In diesem Fall beträgt der gegenseitige Abstand der Ringe beispielsweise (bei Silber oder Gold) mehr als I mm. Die Aussparungen der Schablonenblende haben demnach Abmessungen, die sich technisch noch mit ausreichender Genauigkeit herstellen lassen.The diffraction pattern can be made very large if the distance between the Choose areas 6 and 7 large. The diameter of the templates can be, for. B. be 10 cm. In this case, the mutual spacing of the rings is more than 1 mm, for example (in the case of silver or gold). The recesses the stencil diaphragm therefore have dimensions that can still be technically produced with sufficient accuracy permit.

Claims

Claims: "5

i. On the study of the diffraction of electron beams when passing through by means of a measuring device based on a substance acting as a diffraction grating for the Be-tuning high electrical DC voltages, characterized in that a

stencil diaphragm (8) with several concentric, the diffraction pattern of the scrim (6) is arranged corresponding recesses through which the diffracted The bundle of rays only pass through at a specific aperture position that forms a measure of the tension and then, effective in a visual or electrical display device will.

Device according to claim i, there-

characterized in that the diffraction grating is a metal foil or on a carrier foil, z. B. Celluloid, deposited metal is used.

1 sheet of drawings