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Gerät zur Bestimmung von Gasdrücken Es ist bekannt, daß niedrige Gasdrücke
nicht mit so einfachen Apparaten gemessen werden können wie höhere Drücke. Einer
der bekanntesten Apparate zum Messen von niedrigen Gasdfücken ist der MacLeod-Manometer,
der jedoch verschiedene Nachteile aufweist. Will man mit Hilfe dieses Manometers
einen Druck messen, dann braucht der Apparat eine gewisse Einstellzeit. Auch ist
es mit diesem Apparat nicht möglich, den Verlauf eines sich ändernden Druckes ständig
zu verfolgen. Überdies- ist der Mac Leod-Manometer für sehr niedrige Drücke ziemlich
ungenau: Weiter mißt dieser Manometer nicht den Druck kondensierbarer Dämpfe, z.
B. Wasserdampf, und es muß zwischen dem Manometer und dem Gefäß, dessen Gasdrudk
zu messen ist, ein Kühler mit flüssiger Luft eingeschaltet werden, da sonst Quecksilberdampf
aus dran Manometer in das Gefäß übertritt-Man kennt auch andere Apparate zur Bestimmung
von niedrigen Gasdrücken, unter anderem den Ionisationsmanometer. Das Arbeiten mit
diesen Apparaten ist jedoch umständlich und zeitraubend, -und diese Apparate sind
verwickelt und teuer.
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Es ist weiter bekannt, Gasdrucke zu messen unter Zuhilfenahme des
Stromes einer in dem Gase, dessen Druck zu bestimmen ist, erzeugten elektrischen
Glimmentladung. Die Stärke dieses Glimmentladungsstromes ist nämlich ein Maß für
den Gasdruck.
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Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Bestimmung von Gasdrücken mit
Hilfe der elektrischen Stromstärke einer solchen Glimmentladung, deren Bahn ein
magnetisches Feld durchsetzt; sie bezweckt, dieses Gerät derart auszubilden, daß
es geeignet ist, sehr niedrige Gasdrücke, die weit niedriger sein können als o,or
mm Quecksilbersäule, in zuverlässiger Weise zu bestimmen.
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Gemäß der Erfindung weist die Kathode der Glimmentladungsstrecke zwei
Teile auf, die derart in bezug auf die Anode und das magnetische Feld angeordnet
sind, daß die beiden Kathodenteile durch ein nicht die Anode treffendes Bündel magnetischer
Kraftlinien miteinander verbunden sind.
Bei dieser Elektrodenkonflguration
werden die aus einem der Kathodenteile heraustretenci-n Elektronen durch das Magnetfeld
daran gehindert, unmittelbar längs der elektrischen i@raftlinien nach der Anode
zu wandern: Unter clcin E influß des Magnetfeldes werden die Elei..tronen gezwungen,
in Richtung der magnetischen Kraftlinien zu wandern oder eine schraubenlinienförmige
Bewegung um diese magnetischenKraftlinien herum zu vollführen. Kommen die Elektronen
in die Nähe (les zweiten Teiles der Kathode, so werden sie in ihrer Bewegung gebremst
und zurückgedrängt. d. 1i. sie wandern wieder in der Richtung nach dem ersten Kathodenteil.
Die Elektronen «-pnr_lern somit zwischen den Kathodenteilen hin und her, his sie
schließlich unter dem Eiti#9uß des elektrischen Feldes nach der Anode lein abweichen.
In dieser ;"eise wird der von den Elektron cn durchlaufene Weg sehr stark vergrößert.
Hierdurch wird nicht nur die Zündspannung der Entladung stark herabgesetzt, sondern
auch die Entladungsstromstärke weitgehend erhöht. Demzufolge können unter Verwendung
von "-erhältnismäßig niedrigen Spannungen an der cäliminentladungsstrecke sehr niedrige
Gas_ drücke z. B. bis to-' nim Quecksilbersäule geniessen werden.
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Eine einfache Bauart wird erhalten, wenn die Kathodenteile aus senkrecht
zu den magnetischen Kraftlinien angeordneten Platten bestehen und die Anode aus
einem das Bündel der die beiden Platten verbindenden Kraftlinien umfassenden Drahtrahmen
oder Zviinder besteht.
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Der Glimmentladungsstrom kann in verschiedener Weise kenntlich gemacht
werden. Eine handliche Ausführung wird erhalten, v@ enn inan diesen Strom durch
eine den Strom sichtbar machende Glirrinentiadungsröhre führt. Derartige Glimmentladungsröhren
können finit einer gestreckten Kathode ver-'elien sein, deren Bedeckung mit Glimmlicht
ein Maß für die Stromstärke ist. Die Becleckung der Kathode mit Glimmlicht ist dann
ein sichtbares Maß für den Druck des Gases, in dem die dem Einfluß des magnetisclicn
Feldes unterworfene Glimmentladung stattfindet. Es hat sich gezeigt, daß in dieser
t@'eise sehr geringe Gasdrücke in einfacher und zuverlässiger Weise gemessen werden
können. Die Entladungsstromstärke ist bei ki-instanter Spannung und Stärke des manetischen
Felds abhängig von der Natur des Gases, dessen Druck zu bestimmen ist. Für j1-des
Gas kann man die Beziehung zwischen Druck und Entladungsstromstärke bestimnien und
z. B. das Anzeigeröhrchen eichen. in vielen Fällen ist es jedoch nicht nötig, den
absolutenWert des Gasdruckes zu bestimmen. s s ondern inan kann sich mit V ergleichsnies#ungen
begnügen. Oft ist es nur nötig, den Verlauf des Gasdruckes zu verfolgen. Die Ände-.%-@.ngen
der Entladungsstromstärke, die sich #: B. durch Änderung dz#r Ausdehnung der lichtenden
Kathodenbedeckung des erwähnten Anzeigerölircliens kenntlich machen lassen. geben
einen genauen Eindruck des Druckverlaufs.
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Durch Änderung der Stärke des magnetischen Feldes kann man verschiedene
Meßbereiche des Anzeigeröhrchens erhalten. Dies ist besonders einfach, wenn das
magnetische Feld durch eine Spule erzeugt @j-ird.
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Die Anzeigegliinmentladungsröhre und da: Entladungsgefäß, in dem die
Glimmentladung, deren Strom zur Bestimmung des Gasdruckes benutzt wird, stattfindet,
sowie die übrigen Teile des Stromkreises dieser Glimmentladung #.verdzn zweckmäßig
innerhalb eines geerdeten Gehäuses angeordnet. das derart ausgebildet i: t, daß
das Glimmlicht der Anzeigeröhre außerhalb des Gehäuses wahrnehmbar ist.
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Das Gerät gemäß der Erfindung kann ständig finit einer zur Evakuierung
v an Gesäßen, wie Glühlampen und Entladungsröhren benutzten Vakuumpumpe verbunden
werden. Diese Vakuumpumpe wird dazu mit einem Gefäß versehen, in dem sich die Elektroden
der Glimmentladung befinden. Der zur Erzeugung des magnetischen Feldes dienende
Dauermagnet oder die dazu verwendete 1Iagnetspule Werder, vorzugsweise außerhalb
dieses Gefäßes angeordnet. Das Gefäß wird zu gleicher Zeit finit den zu evakuierenden
Röhren, Lampen oder sonstigen Gefäßen entlüftet.
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Mit dem erfindungsgemäßen Gerät wird nicht nur der Druck des Gases
nachgewiesen. sondern auch der Druck von kondensierbaren Dämpfen, was bei dem Mac
Leod-Manometer nicht der Fall ist. Überdies kann das Entladungsgefäß unmittelbar
mit dem Gefäß, dessen Druck zu messen ist. verbunden werden, da das Zwischenschalten
eines Kühlers mit flüssiger Luft zum Zurückhalten von Quecksilberdampf nicht nötig
ist. Der neue Manometer ist von besonderem Interesse für die neueren Diffusionspumpen,
die nicht mit Quecksilber, sondern mit organischen Dämpfen arbeiten. Die Verwendung
eines Mac Leod-Manometers in Verbindung mit einer solchen Pumpe gibt nämlich dazu
Anlaß, daß Quecksilberdampf aus dein Manometer in die Pumpe hinübertritt, was bei
diesen neueren Pumpen vermieden werden muß. Diese Gefahr besteht bei Verwendung
des erfinlungsgemäßen Manometers nicht.
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Der Glimmentladungsstrom kann wuch zur Betätigung eines Relais benutzt
werden, z. B. in den Fällen, wo der Gasdruck innerhalb
eines Gefäßes
ständig unterhalb eii:es gewissen Druckes gehalten werden so11. Man kann die Anordnung
dann so -wählen, daß, wenn der Gasdruck die zugelassene Höchstgrenze erreicht, der
dem Gasdruck entsprechende Entladungsstrom eine Pumpe in Wirkung setzt.
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Die Fig. i und 2 der Zeichnung stellen beispielsweise ein Gerät gemäß
der Erfindung schematisch dar, wöbei Fig. 2 einen Schnitt gemäß der in Fig. i angegebenen
Linie II-II zeigt.
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Diese Vorrichtung enthält ein zylindrisches Glasgefäß i, in dem sich
zwei rechteckige parallele Metallplatten 2 und 3 (z. B. aus Nickel bestehend) befinden,
die durch den Bügel q. miteinander verbunden sind und durch den mit dem Stromzuführungsdraht
6 in Verbindung stehenden . Stützdraht 5@ getragen werden. Däs Gefäß- i enthält
auch den aus einem Metalldraht bestehenden rechteckigen Rahmen 7, der zwischen den
Platten 2 und 3 angeordnet ist, aber eine größere Länge und Breite als diese Platten
hat. - Dieser Rahmen wird -von dem mit dein Stroinzuführungsdraht 9 verbundenen
Stützdraht 8 getragen.
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Außerhalb des Gefäßes r befindet sich ein Dauermagnet io, der so angeordnet
ist, daß eine große Anzahl magnetischer Kraftlinien durch die beiden Platten 2 und
3 geht. Der Rahmen 7 befindet sich außerhalb des Bündels der die beiden Platten
durchsetzenden magnetischen Kraftlinien und umfaßt dieses Bündel.
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Der Stroinzuführungsdraht 6 ist Über.einen.-hohen Widerstand i i an
die negative Klemme der Gleichstromquelle i2 angeschlossen, während der Stromzuführungsdraht
g init der Kathode 13 eines Glimmentladungsröhrchens 14 in Verbindung steht, dessen
Anode 15 an die positive Klemme der Gleichstromquelle 12 # , UMS e s chlossen
ist. Das Röhrchen 14 ist geeignet, Stromschwankungen in Lichtschwankungen umzuwandeln:
.und zwar dadurch, daß die Stromänderungen sich durch Änderung in der Ausdehnung
der Glimmschicht, mit der die Kathode bedeckt ist, kenntlich machen. Die Bauart
dieser Art Röhrchen ist allgemein bekannt und ])raucht hier nicht beschrieben zu
werden.
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Zur Erläuterung sei erwähnt, daß in einer solchen Vorrichtung der
Durchmesser des Gefäßes i etwa 35 min, die Länge bz", Breite der Platten 2 und 3
ungefähr 15 bzw. io inm, der Abstand dieser Platten etwa ao mm und die Länge bzw.
Breite des Rahmens 7 ungefähr 40 bz". 25 min war. Das magnetische Feld hatte zwischen
den beiden Platten eine Stärke von ungefähr 350 Oersted. Der Widerstand i
i betrug i Megohm, und die Spannung der Gleichstromquelle 12 war 2Ooo Volt. Das
Gefäß i steht durch das Rohr 16, das durch das mit flüssiger Luft gefüllte Dewar-:efäß
17 geführt ist, in Verbindung mit der \-a kutiinpuinpe 18. Ein oder mehrere zu entlüftende
Gefäße können ai: das Rohr i9 angeschlossen Zierden. Hat die Pumpe die Gefäße bis
zu einem geringen Druck entlüftet, so kann zur Prüfung dieses Druckes der im oben
skizzierten Stromkreis aufgenommene Schalter 24. geschlossen werden. Wie oben beschrieben,
zündet die Glimmentladung zwischen der Anode 7 und den die Kathode bildenden Platten
2 und 3 viel leichter als beim Fehlen des magnetischen Feldes, während auch die
Stromstärke der Entladung größer ist. Der Entladungsstrom fließt durch das Röhrchen
1.4, in dein die Kathode 13 mehr oder weniger vorn Glimmlicht bedeckt wird. Die
Länge dieser Bedeckung ist ein Maß für den Strom, der wieder ein Maß für den Gasdruck
im Gefäß i und in den zu entlüftenden Gefäßen darstellt.
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Fig.3 zeigt für eine Vorrichtung, deren Daten oben zahlenmäßig angegeben
wurden, das Verhältnis (Kurve II) zwischen dein Entladungsstrom i (in ,u A) und
dem Druck p (in io-3 min Quecksilbersäule) des Gases im Gefäß i für den Fall, daß
dieses Gas aus Luft besteht. Die Figur-gibt z u gleicher Zeit. das Verhäftnis (Kurve
II) der Länge L (in cm) der Glinnnlichtbedeckung der Kathode 13 zu dem Luftdruck
an. Nebei dem Röhrchen 14 kann eine Skala angeordnet werden, die sofort den Luftdruck
angibt.
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Aber auch ohne Skala ist der Apparat für viele Zwecke brauchbar.
Durch Beobachtung der Glimmschicht an der Kathode 13 kann man z. B. denVerlauf des
Gasdruckes in einem Gefäß, das evakuiert wird, verfolgen. So macht sich z. B. jeder
Gasausbruch innerhalb dieses Gefäßes und jedes Lech sofort durch diese Glimmschicht
sichtbar.
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Die Isolation zwischen den Stützdrähten 5 und 8 innerhalb des Entladungsgefäßes
i könnte -durch von den Kathodenplatten zersträu.bende Metallteilchen gefährdet
werden. Um dieser Gefahr vorzubeugen, sind die Quetschstellen 2o mit kurzen, die
Stützdrähte in kleinem Abstand umgebenden Glasröhrchen 21 versehen, und es süid
in der Gefäßwand ringförmige Einstülpungen 22 angebracht.
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Die Gleichstromquelle 12 kann z. B. aus einer den für Radiozwecke
bekannten Anodenspannungsapparaten ähnlichen Vorrichtung bestehen. Diese Stromquelle
12 wird zweckmäßig 'mit dem Entladungsgefäß i, dem Magneten i o, dem Röhrchen 13,
dein Widerstand i i und dem Schalter 2.4. und den Verbindungsleitungen in einem
metallenen, punktiert angegebenen Gehäuse 23 angeordnet, das geerdet wird. Aus diesem
Gehäuse braucht nur
(las für den Anschluß dienende Rohr 16 und die
Niederspannungsleitung des Apparates 12 herauszuragen. Das Gehäuse wird derart nestaltet,
daß der Schalter 24 von außen her betätigt werden kann und daß die Glimmschicht
der Kathode 13 von außen her wahrnehmbar ist.