DE639032C

DE639032C - Method for monitoring the gas or vapor pressure in vacuum discharge vessels using an auxiliary discharge between an auxiliary anode and the cathode

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Publication number: DE639032C
Application number: DEL86203D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1934-07-10
Filing date: 1934-07-10
Publication date: 1936-11-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung des Gas- oder Dampfdruckes in Vakuumentladungsgefäßen.The invention relates to a method for monitoring the gas or vapor pressure in vacuum discharge vessels.

Es sind bereits Überwachungsanordnungen bekannt, bei denen zwischen einer Hilfsauode und der Kathode des zu überwachenden Gefäßes eine mit konstanter Stromstärke betriebene Hilfsentladung erzeugt wird und außerhalb des Kernes der Hilfsentladung eineMonitoring arrangements are already known in which between an auxiliary auode and the cathode of the vessel to be monitored generates an auxiliary discharge operated with a constant current intensity and outside the core of the auxiliary discharge one

ίο Meßelektrode angeordnet ist, zu der eine von dem zu überwachenden Druck abhängige Menge Ladungsteilchen aus dem Kern der Entladung diffundiert, die den über die Meßelektrode fließenden Steuerstrom eines Anzeigegerätes entsprechend beeinflußt. Weiterhin ist es bekannt, bei derartigen Anordnungen vor der Hilfsanode eine Blende anzubringen, welche verhindert, daß eine die Wirkung der Überwachungsanordnung störende, sogenannte wandernde Zwischenkathode entsteht, indem sie die Zwischenkathode in Form einer sogenannten Striktionskathode fixiert, und zwar in ihrer Öffnung.ίο measuring electrode is arranged to which one of The amount of charged particles from the core of the is dependent on the pressure to be monitored The discharge diffuses the control current of a display device flowing through the measuring electrode influenced accordingly. It is also known to attach a screen in front of the auxiliary anode in such arrangements, which prevents a so-called wandering intermediate cathode that would interfere with the monitoring arrangement, by fixing the intermediate cathode in the form of a so-called strict cathode, namely in its opening.

Den Gegenstand der Erfindung bildet nun ein Meß- und Überwachungsverfahren, welches zwar teilweise ähnliche Einzelteile wie das bekannte Verfahren aufweist, aber nach einem ganz anderen Prinzip arbeitet.The subject of the invention now forms a measuring and monitoring method, which although some parts similar to the known method, but after works on a completely different principle.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ebenfalls zwischen einer Hilfsanode und der Kathode des zu überwachenden Gefäßes eine Hilfsentladung erzeugt und vor der Anode eine Blende angeordnet. Eine besondere Meßelektrode ist jedoch nicht vorhanden, sondern die Hilfsanode selbst bildet die Meßelektrode. Außerdem wird die Hilfsentladung nicht mit konstantem Strom betrieben, sondern erfindungsgemäß mit Stromstärken, bei denen durch Eintreten einer Ionenverarmung in dem durch die Blende abgetrennten Raum die Stromstärke der Entladung mit wachsender Spannung einem von dem zu überwachenden Gas- oder Dampfdruck abhängigen Sättigungswert zustrebt. Dieser wird mittels einer in den Hilfsanodenkreis eingeschalteten Meßvorrichtung mittelbar oder unmittelbar gemessen. Außer der Meßvorrichtung oder an Stelle von ihr kann auch eine Schaltvorrichtung eingeschaltet werden, die bei Abweichungen des Sättigungswertes der Entladestromstärke von einem vorbestimmten Sollwert Schaltungen auslöst, z. B. eine Vakuumpumpe einschaltet oder eine Einrichtung zur Nachfüllung von Edelgas betätigt.In the method according to the invention is also between an auxiliary anode and the cathode of the vessel to be monitored generates an auxiliary discharge and before the Anode arranged a diaphragm. However, there is no special measuring electrode, but the auxiliary anode itself forms the measuring electrode. In addition, the auxiliary discharge not operated with constant current, but according to the invention with currents at which a Ion depletion in the space separated by the diaphragm reduces the current strength of the discharge with increasing voltage one of the gas or vapor pressure to be monitored tends towards dependent saturation value. This is indirect by means of a measuring device connected to the auxiliary anode circuit or measured immediately. In addition to the measuring device or instead of it, a switching device can also be switched on are switched on when the saturation value of the discharge current deviates from a predetermined setpoint value triggers, e.g. B. turns on a vacuum pump or a device for refilling Noble gas actuated.

Der Sättigungswert der Stromstärke und seine Abhängigkeit von dem Gas- oder Dampfdruck kommen auf folgende Weise zustande.The saturation value of the amperage and its dependence on the gas or vapor pressure come about in the following way.

In der Blendenöffnung entsteht eine sogenannte Striktionskathode, für welche der Elektronenstrom in Richtung Kathode—Anode und der positive Ionenstrom in der entgegengesetzten Richtung, nämlich Anode—Kathode, in einer festen Beziehung zueinander stehen, und zwar verhalten sich diese Ströme umgekehrt wie die Quadratwurzel aus dem Ver-A so-called Striktionskathode is created in the aperture, for which the Electrons flow in the direction of the cathode-anode and the positive ion flow in the opposite direction Direction, namely anode-cathode, are in a fixed relationship to one another, and indeed these currents behave in reverse as the square root of the

hältnis von Elektronenmasse zur Masse der positiven Ionen. Da von einer bestimmten Stromstärke an der Raum in der Umgebung der Hilfsanode sich auf einem sehr ι höheren Vakuum befindet als das eigentli Vakuumgefäß, welches die Kathode enth-..._T,_; so wird der Strom durch die Blende durch"· die Zahl neutraler Gasteilchen begrenzt, welche ■ aus dem Entladungsraum, der die Kathode >° enthält, in den durch die Anodenblende abgegrenzten Teil des Entladungsraumes mit der Hilfsanode hineindiffundieren. Diese Anzahl Teilchen ist offenbar abhängig von dem Gas- oder Dampfdruck vor der Blende in Richtung nach der Kathode. Hieraus ergibt sich der erfindungsgemäß ausgenutzte Zusammenhang zwischen dem Gas- oder Dampfdruck und dem Sättigungswert der Stromstärke.ratio of electron mass to the mass of positive ions. Since there is a certain current to the space surrounding the auxiliary anode on a very ι higher vacuum than the vacuum vessel eigentli which the cathode contains -... _{_T;} the current through the diaphragm is limited by the number of neutral gas particles which diffuse from the discharge space containing the cathode> ° into the part of the discharge space with the auxiliary anode, which is delimited by the anode screen. This number of particles is obviously dependent on the gas or vapor pressure in front of the diaphragm in the direction after the cathode, which results in the relationship used according to the invention between the gas or vapor pressure and the saturation value of the current intensity.

ao An Hand der beiliegenden Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden.ao Using the accompanying drawings the invention is to be explained in more detail.

Fig. ι zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,Fig. Ι shows an embodiment of the invention,

Fig. 2 die Stromspannungskennlinien, in »5 welchen der Sättigungswert erkennbar ist, und Fig. 3 eine zweite Ausführungsform. In Fig. ι ist 1 das eigentliche Vakuumentladungsgefäß, z. B, ein Quecksilberdampfgleichrichter, dessen Gas- oder Dampfdruck überwacht werden soll. 2 ist die Kathode, und 3 sind die Anoden, welche mit Anodenschutzrohren 4 umgeben und mittels der Isolatoren 5 eingeführt sind. 6 ist der Wechselstromtransformator, an den die Anoden 3 angeschlossen sind. Zur Überwachung des Gasoder Dampfdruckes ist in das Gefäß 1 ein Rohrstutzen 7 eingesetzt. Dieser enthält eine Anode 8, der eine Blende 9 vorgesetzt ist. Die Anode 8 ist an eine Spannungsquelle 10 angeschlossen, durch welche eine Hilfsentladung zwischen der Hilfsanode 8 und der Hauptkathode 2 aufrechterhalten wird. Diese zeigt die aus der Fig. 2 ersichtliche Stromspannungskennlinie 11. Mit zunehmender Spannung wächst die Entladungsstromstärke und nähert sich einem Sättigungswert, der ungefähr gleich dem Werte I₀ ist. Dieser Stromwert I₀ ergibt sich aus dem Schnittpunkt zwischen der Widerstandsgeraden 18 und der Kennlinie 11 und soll als derjenige Stromwert angesehen werden, bei welchem der Gas- oder Dampfdruck den gewünschten Wert aufweist. Bei zunehmendem Gas- oder Dampfdruck, d. h. bei sich verschlechterndem Vakuum, verläuft die Stromspannungskennlinie nach der Kurve 12, d. h. der Anstieg der Stromspannungskennlinie verschiebt sich zu höheren Stromwerten I₀. Umgekehrt nimmt bei einem niedrigeren Gas- oder Dampfdruck, d. h. bei einem höheren Vakuum, die Stromspannungskennlinie einen Verlauf entspre- !FIG. 2 shows the current-voltage characteristics, in which the saturation value can be seen, and FIG. 3 shows a second embodiment. In Fig. Ι 1 is the actual vacuum discharge vessel, for. B, a mercury vapor rectifier, the gas or vapor pressure of which is to be monitored. 2 is the cathode and 3 are the anodes, which are surrounded by anode protection tubes 4 and inserted by means of the insulators 5. 6 is the AC transformer to which the anodes 3 are connected. A pipe socket 7 is inserted into the vessel 1 to monitor the gas or vapor pressure. This contains an anode 8, to which a diaphragm 9 is placed. The anode 8 is connected to a voltage source 10, by means of which an auxiliary discharge is maintained between the auxiliary anode 8 and the main cathode 2. This shows the position shown in FIG. 2 current-voltage characteristic 11. As the voltage increases, the discharge rate and approaches a saturation value that is approximately equal to the value I _0. This current value I ₀ results from the point of intersection between the resistance straight line 18 and the characteristic curve 11 and is to be regarded as that current value at which the gas or vapor pressure has the desired value. When the gas or vapor pressure increases, that is to say when the vacuum deteriorates, the current-voltage characteristic curve follows curve 12, ie the rise in the current-voltage characteristic curve shifts to higher current values I ₀ . Conversely, at a lower gas or vapor pressure, ie at a higher vacuum, the current-voltage characteristic curve takes a corresponding course!

■chend der Kurve 13, d.h. der Anstieg'der Stromspannungskennlinie erfolgt bei einem , Werte I₀". Aus den in der Fig. 2 dargestell-Jej£ Kurven ergibt sich also, daß die Strom-'■•s||ämungskennlinie einen sehr steilen Anstieg aufweist, so daß der Strom mit zunehmender ""'Spannung noch langsam wächst, aber einem Sättigungswerte zustrebt. Als steuernder S tromwert für das Anzeigeinstrument wird erfindungsgemäß zweckmäßig derjenige Stromwert genommen, der sich aus dem Schnittpunkt der Stromspannungskennlinien mit der Widerstandsgeraden ergibt.According to curve 13, ie the rise of the current-voltage characteristic takes place at a "value I ₀ ". From the curves shown in FIG so that the current grows slowly with increasing """voltage, but tends towards a saturation value. According to the invention, the current value that results from the intersection of the current-voltage characteristics with the resistance line is expediently taken as the controlling current value for the display instrument.

Zur Anzeige dieser Änderung des Stromwertes I₀ ist in den Anodenstromkreis ein Meßinstrument 14 eingeschaltet, welches bei geeigneter Eichung eine direkte Ablesung des Gasdruckes ermöglicht. Außerdem kann man in dem Anodenstromkreis noch die Spule 15 einer Schalteinrichtung vorsehen, welche ein Relais zum Ein- und Ausschalten der Vakuumpumpe, zur Steuerung einer Edelgasfüllvorrichtung usw. betätigt.To display this change in the current value I ₀ , a measuring instrument 14 is switched into the anode circuit, which, with suitable calibration, enables a direct reading of the gas pressure. In addition, the coil 15 of a switching device can also be provided in the anode circuit, which actuates a relay for switching the vacuum pump on and off, for controlling a noble gas filling device, etc.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 dadurch^ daß in Reihe mit der Hilfsanode 8 eine Drosselspule 16 geschaltet ist. Zwischen der Anode 8 und der Blende 9 bzw. über die Drosselspule 16 treten dann, sobald der Strom über die Anode 8 durch die Blende 9 und nicht mehr durch den Widerstand 17 begrenzt wird, hochfrequente Schwingungen auf. Dies ist der Fall, wenn der Schnittpunkt der Widerstandsgeraden 18 auf dem steil ansteigenden Ast' der Stromspannungskennlinien 13, 11, 12 liegt, wie dies aus Fig. 2 erkennbar ist. Wählt man die Abmessungen und Stromstärken so, daß derartige hochfrequente Schwingungen entstehen, so kann man parallel zu der Drosselspule 16 bzw. zu der Anode 8 und der Kathode 9 eine Glimmröhre 19 oder irgendeine andere Glimmstrecke einschalten, welche durch die hochfrequenten Schwingungen ionisiert und . infolgedessen stromdurchlässig wird. In Reihe mit der Glimmröhre 19 liegt ein Kondensator 20. Diese Glimmröhre 19 dient dazu, einen an ihren Klemmen 21 befindlichen Hilfsstromkreis zu schließen, welcher die gewünschten Schaltungen auslöst, sobald der Gas- oder Dampfdruck im Innern des Hauptentladungsgefäßes einen bestimmten Wert unterschreitet. Auch bei dieser Ausführung kann selbstverständlich ein Meßinstrument in den Anodenstrpmkreis eingeschaltet werden.The embodiment according to FIG. 3 differs from that according to FIG. 1 in that a choke coil 16 is connected in series with the auxiliary anode 8. Between the anode 8 and the diaphragm 9 or via the inductor 16 then occur as soon as the Current through the anode 8 is limited by the diaphragm 9 and no longer by the resistor 17 becomes, high-frequency vibrations. This is the case when the intersection of the Resistance straight line 18 on the steeply rising branch 'of the current-voltage characteristics 13, 11, 12, as can be seen from FIG. If you choose the dimensions and currents so that such high-frequency oscillations arise, you can do this in parallel to the choke coil 16 or to the anode 8 and the cathode 9, a glow tube 19 or any other glow path, which by the high-frequency Vibrations ionized and. consequently becomes current-permeable. In series with the Glow tube 19 is a capacitor 20. This glow tube 19 is used to a to close their terminals 21 located auxiliary circuit, which the desired Switching triggers as soon as the gas or vapor pressure inside the main discharge vessel falls below a certain value. In this version too, it goes without saying a measuring instrument can be switched on in the anode circuit.

Claims

Patent claims:

i. Method for monitoring the gas or vapor pressure in vacuum discharge vessels using an auxiliary

discharge between an auxiliary anode and the cathode, the auxiliary anode being a Screen to separate the space in front of the auxiliary anode from the actual vacuum space is upstream, characterized in that the auxiliary discharge is operated with currents at which by the occurrence of ion depletion in the space separated by the diaphragm

ίο the amperage of the discharge with increasing The voltage tends to reach a saturation value that corresponds to one in the auxiliary anode circuit switched measuring device is measured directly or indirectly.

2. The method according to claim 1, characterized in that in the auxiliary anode circuit a measuring instrument and / or a switching device is switched on, which in the event of deviations in the saturation value of the discharge current strength of a predetermined setpoint triggers circuits, z. B. turns on a vacuum pump or a device for refilling noble gas is operated.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the discharge current strength the auxiliary discharge is dimensioned in such a way that in the event of a deviation from a predetermined gas or vapor pressure high-frequency oscillations occur, which ionize a glow path, which in turn produces the desired Triggers switching processes or controls a display instrument.

4. Vacuum meter for performing the method according to claim 3, characterized in that that one or more glow paths parallel to one in the auxiliary anode circuit lying choke coil or are connected in parallel to the anode and cathode of the auxiliary discharge.

1 sheet of drawings