DE739726C - Thermoelektrisches Vakuummeter - Google Patents

Description

• Thermoelektrisches Vakuummeter Zur Messung niedriget Drucke sind Anordnungen gemäß Abb. 1 bekannt, die aus einem von einem Heizstrom durchflossenen elektrischen Leiter I, einem Thermoelement 3 und einem wärmeleitenden Verbindungsdraht 2 bestehen. Die Möglichkeit, mit einer solchen Anordnung Drucke zu messen, ist folgendermaßen zu erklären: Die Temperatur des Thermoelementes und damit die Thermospannung ist gegeben durch das Gleichgewicht zwischen Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr. Wärmezufuhr erfolgt von dem Heizdraht 1 her durch metallische Wärmeleitung in dem Draht 2. Wärmeabfuhr erfolgt zufolge Wärmeableitung in den Gasraum hinein einerseits von der Oberfläche des Drahtes 2 und andererseits von der Oberfläche des Thermoelementes 3. Die Wärmeableitung in den Gasraum hinein ist bei höheren Gasdrucken unabhängig vom Druck.
• In diesem Bereich ist also das Gleichgewicht zwischen Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr und damit auch die Thermospannung ebenfalls druckunabhängig. Die Anordnung kann in diesem Druckgebiet nicht zur Druckmessung benutzt werden. Bei niedrigen Drucken ist die Wärmeableitung in den Gasraum hinein druckabhängig; in diesem Gebiet kann die Anordnung also zur Druckmessung dienen.
• Der Druck, bei dem die Wärmeableitung druckabhängig wird, hängt ab von den Druckmessern des Drahtes 2 und des Thermoelementes 3. Dieser Druck ist dann erreicht, wenn die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle im Gasraum etwa gleich den Durch messern vom Thermoelement und Draht 2 ist, d. h. bei einem Durchmesser von 10 y wird die Wärmeableitung in Luft bei einem Druck von etwa 4 Torr druckabhängig. Bei höheren Drucken ist die Wärmeableitung und damit die Thermospannung konstant, zu niedrigeren Drucken hin steigt die Thermospannung an.
• Da der Meßbereich der Anordnung bei dem Druck beginnt, bei dem die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle etwa gleich den Durchmessern von Draht 2 und Thermoelement ist, muß man also, um hohe Drucke messen zu können, sehr dünne Drähte und Thermoelemente verwenden. Da man aber im Durchmesser der Drähte nicht unter eine gewisse Grenze gehen kann, ist der Meßbereich der Anordnung nach hohen Drucken zu begrenzt.
• Diese obere Grenze des Druckbereichs läßt sich nach hohen Drucken zu verschieben, und zwar in folgender Weise: Umgibt man (Abb. 2) das Heizband oder den Heizdraht I und den 1;5'ärmeleitungsdraht 2 zwischen Heizdraht X und Thermoelement 3 sowie das Thermoelement 3 selbst mit einer für Wärmestrahlung undurchlässigen oder schlecht durchlässigen Hülle 6 wie es zur Verringerung der Strahlungsverluste bei als Widerstandsmanometer ausgebildeten Wärmeleistungsmanometern bekannt ist, und stellt man außerdem gemäß der Erfindung diese Hülle aus einem schlecht wärmeleitenden Material her so stellt sich im Gasraum innerhalb der Hülle 4 eine wesentlich höhere Temperatur ein als im übrigen Gasraum 5. Da zwischen beiden Räumen Druckgleichgewicht besteht, so hat also das Gas innerhalb der Hülle 4 wegen der höheren Temperatur eine geringere Dichte als innerhalb des Gasraumes 5. Die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle innerhalb der Hülle 4 ist also auch größer als im Raum 5. Sie wird also bereits mit dem Durchmesser des Wärmeableitungsdrahtes und des Thermoelementes bei Drucken innerhalb des Raumes 5 vergleichbar, bei denen die freie Weglänge der Gasmoleküle im Raum 5 selbst noch kleiner ist als der Drahtdurchmesser. Das heißt aber, der Meßbereich der Anordnung wird nach hohen Drucken zu verschoben. So ist beispielsweise mit einer Anordnung nach Abb. 2 bei einem Drahtdurchmesser von 10 jr noch ein Druck von 35 Torr meßbar, während bei einer Anordnung nach Abb. I unter Verwendung derselben Drahtdurchmesser gerade noch Drucke von 10 Torr meßbar sind.
• Als stromdurchflossenen elektrischen Leiter I verwendet man vorteilhafterweise einen dikken Draht oder ein Heizband, damit die Wärmeableitung von diesem Leiter und damit seine Temperatur bis zu möglichst niedrigen Drucken druckunabhängig ist.
• Man kann natürlich auch den Wärmeleitungsdraht2 fortlassen und statt dessen einen dünnen Heizdraht 1 verwenden und außerdem die Lötstelle des Thermoelementes auf dem Heizdraht selbst anbringen (Abb. 3).
• Der Meßbereich des Vakuummeters beginnt dann bei solchen Drucken, bei denen die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle im Raum 4 etwa gleich ist den Durchmessern von Heizdraht I und Thermoelement 3.
• Bezüglich der Dimensionierung der schlecht wärmeleitellden Hülle 4 ist es von Vorteil, daß das von ihr umschlossene Gasvolumen möglichst klein gehalten wird. Auf diese Weise muß die im Heizdraht 1 erzeugte Wärmemenge nur ein kleines Gasvolumen erhitzen, so daß sich hier eine hohe Temperatur einstellt, wodurch die mittlere freie Äveglänge der Gasmoleküle in der Hülle 4 möglichst stark gegenüber der freien Weglänge in Raum 5 vergrößert wird.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Thermoelektrisches Vakuummeter, bestehend aus einem Heizdraht und einem Thermoelement, dessen Lötstelle auf dem Heizdraht liegt oder mit dem Heizdraht durch einen Wärmeleitungsdraht verbunden ist, wobei Heizdraht, ÄVärmeleitungsdraht und Thermoelement ganz oder teilweise in eine für Wärmestrahlung schlecht durchlässige Hülle eingeschlossen sind, deren Innenraum mit dem Gasraum, in dem der Gasdruck gemessen werden soll, in Verbindung steht, so daß sich zwischen beiden Gas räumen Druckgleicllgelvicllt einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (4) aus einem schlecht wärmeleitenden Material hergestellt ist.
2. 2. Thermoelektrisches Vakuummeter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Hülle (4) umschlossene Raum möglichst klein gehalten ist.