DE820079C - Einrichtung zum Messen von niedrigen Druecken in an der Pumpe arbeitenden Hochvakuumgefaessen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen von niedrigen Drucken in an der Pumpe arbeitenden Hochvakuumgefäßen, beispielsweise Elektronenmikroskopen, und besteht darin, daß als Meßeinrichtung ein Manometer angewendet wird, das ül>er eine sehr enge Drosselstelle, ζ. Β. eine 25/^-Blende, mit dem an der Hochvakuumpumpe liegenden Rezipienten verbunden ist. Enge Drosselblenden werden z. B. bei übermikroskopischen Untersuchungen als Objektträger verwendet. Sie haben in ihrem engsten Bereich konische Bohrungen, deren Länge und größerer Durchmesser in derselben Größenanordnung liegt wie der kleinste, z.B. 25 bis 70μ betragende Durchmesser. Wie Messungen, die mit verschiedenen derartigen engen Drosselblenden und mit verschiedenen Hochvakuumpumpen gemacht wurden, ergeben haben, ist bei einer bestimmten Pumpe und einer bestimmten Drosselblende jeweils einem bestimmten

ao niedrigen Druck P₁ auf der Pumpenseite ein ganz bestimmter höherer Druck p₂ auf der hinter der Drosselblende liegenden Seite zugeordnet. Trägt man den, Druck P₁ in Abhängigkeit von p₂ auf, so ergeben sich Diagramme, aus denen man die Zuordnung eines bestimmten /^-Wertes zu dem zugehörigen P₂-WsTt ablesen kann. Es zeigt sich, daß bei den zur Evakuierung von Elektronenstrahlröhren üblichen Hochvakuumpumpen die P₁-Werte im Bereich zwischen 10—⁶ und io~^J Torr liegen, während die zugeordneten />₂~Werte im Bereich zwischen 1 und 760 Torr liegen. Das /^-/yDiagramm ergibt also für die betrachtete Pumpe und für den jeweils verwendeten Drosselwiderstand die Umrechnungskurve für die am Manometer in Torr abgelesenen Drucke (P₂) in die zugeordneten Werte des gleichzeitig im Rezipienten bestehenden Hochvakuums (P₁). Man kann somit die Meßskala des Manometers auch unmittelbar in den Druckeinheiten eichen, die sich bei Berücksichtigung des verwendeten 'Drosselwiderstandes ergeben. Bei geeigneter

Wahl des Drosselwiderstandes läßt es sich leicht erreichen, daß man mit einem verhältnismäßig kurzen Manometer von beispielsweise 200 mm Länge für die Messung auskommt.
Auf diesen Grundgedanken aufbauend, Lassen sich gemäß der weiteren Erfindung einfache Druckmeßeinrichtungen herstellen, die eine kontinuierliche Ablesung des Druckverlaufs im Rezipienten an einem einfachen Manometer gestatten. Bei An.wendung verschiedener Drosselwiderstände kann man die Meßeinrichtung so einrichten, daß ein Manometer auf verschiedene Meßbereiche umschaltbar ist oder so, daß gleichzeitig zwei Manometer zur Anzeige verwendet werden. Die bei den Einrichtungen verwendeten Quecksilbermanometer lassen sich fernerhin auch als elektrische Sdialteinrichtung ausgestalten, so daß man bei Anwendung der Erfindung auch leicht die Aufgabe lösen kann, einen Schaltvorgang bei Unterschreiten eines bestimmten Druckes auszulösen oder die Aufgabe lösen kann, Regelvorgänge bei Unter- und Überschreiten bestimmter Drucke durchzuführen. Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale werden in den folgenden Ausführungsbeispielen behandelt.

»5 In den Abb. 1 bis 6 sind verschiedene Ausführungsformen der neuen Meßeinrichtung schematisch dargestellt.

Abb. ι zeigt zunächst die einfachste Form einer Meßeinrichtung. Die Hochvakuumpumpe P ist über das Ventil V_x an den Rezipienten angeschlossen, der mit R bezeichnet ist. Das verkürzte Manometer M ist unter Zwischenschaltung des Drösselwiderstandes D₁ an den Rezipienten gelegt. Auf der Skala des Manometers sind auf der linken Seite der Druck in mm Q^S" und auf der rechten Seite direkt der entsprechende Druck im Rezipienten in Torr verzeichnet. Über das Ventil V₂ kann der Meßraum des Manometers über die Leitung L mit der Außenluft verbunden werden.

Abb. 2 zeigt eine andere Ausführung, bei der die Drosselstelle D₁ unmittelbar in den Hahn H eingebaut ist, der auch zum Einlassen von Luft in den Meßraum des Manometers dient. Auf der Skala S des hier gezeichneten Manometers M sind direkt die Teilstriche des Druckes aufgezeichnet, der im Rezipienten R herrscht. Die Meßeinrichtung ist außerdem hier als Schalter ausgebildet. Zu diesem Zweck sind die beiden Kontakte ^₁ und k₂ vorgesehen, die in einem durch die Batterie B_x und den Verbraucher K gebildeten Stromkreis liegen. Bei Erreichen eines Druckes von beispielsweise 5.10—³ Torr wird mit dieser Schaltvorrichtung die Kathode K des Strahlerzeugers des Elektronenmikroskops eingeschaltet.

Man kann nach Abb. 3 ein Manometer M auch dazu benutzen, wahlweise zwei verschiedene Meßbereiche anzuwenden. In diesem Falle wird mit dem Umschalthahn U entweder die Drosselstelle D₂ wie gezeichnet in Betrieb genommen und der Druck an der Skala S₂ abgelesen oder durch Drehen von U entgegen dem Uhrzeiger wird die Drosselstelle D_x in Betrieb genommen und der Druck an der Skala S_x abgelesen. In der dargestellten Betriebslage ist das Ventil V₂ gerade geöffnet und dadurch das Quecksilber im verkürzten Manometer M im rechten Schenkel nach oben gedrückt worden.

Im Falle der in Abb. 4 dargestellten Form sind zwei getrennte Manometer M₁ und M₂ für die beiden verschiedenen Drosselstellen D₁ und D₂ vorgesehen. Die Ventile V₉ und l\ sind in diesem Falle geschlossen gezeichnet. Der Druck im Rezipienten R hat gerade den W^Tert von etwa i.io~³ Torr erreicht, von dem ab die weiteren Ablesungen an der linken Skala S_x erfolgen.

Die beschriebenen Meßeinrichtungen geben an der Skala jeweils nur dann und so lange den Druck im Rezipienten wieder, wie die Pumpe P Luft aus dem Meßraum des Manometers saugt. Wenn die Pumpe aus bestimmten Gründen, sei es, daß die Anlage undicht ist oder daß Innenteile der Anlage gasen, nicht ihr normales Endvakuum erreicht, sondern schon bei einem höheren Druck keine Förderleistung mehr zeigt, tritt über die Droeselstelle D₁ allmählich ein Druckausgleich ein, der an der Skala einen Druck im Rezipienten vortäuscht, der in Wirklichkeit gar nicht erreicht ist.

Um eine Kontrolle darüber durchführen zu können, ob das normale Endvakuum erreicht ist, kann man nach Abb. 5 eine zweite Drosselstelle D₃ in der Leitung L, die zur Außenluft führt, anwenden, die so bemessen ist, daß sich im Rezipienten R ein bestimmter, höher als der normale Enddruck liegender Druck von beispielsweise i.io^⁴ Torr einstellt, wenn das Ventil F₅ im Augenblick der Erreichung des normalen Enddruckes so gestellt wird, daß die Außenluft durch die Drosselstelle D₃ in den Meßraum des Manometers einströmen kann.

In Abb. 7a-d sind die />-i-Kurven für vier verschiedene mögliche Betriebsfälle gezeichnet.

Im Falle der Abb. 7 a soll es sich um einen Apparat handeln, der dicht ist und bei dem kein Gasen auftritt. Bei geschlossenem Ventil V₅ werden die Kurven P₁ (g) bzw. p., (^) durchlaufen. Dem offenen Ventil V- entsprechen die Kurven p_x (0) bzw. p₂ (0). In diesem Falle erreicht die Pumpe bei geschlossenem Ventil V₅ in dem Zeitpunkt t_a den /»-Wert, bei dem sich durch Öffnen des Ventils der Druck auf i.io~⁴ Torr erhöht. Dementsprechend steigt am Manometer der Druck auf beispielsweise 20 Torr, was dem Wert i.io~⁴ entspricht. Wenn bei dichter Apparatur ein Gasen stattfindet, ergeben sich dieselben Druckverhältnisse, nur tritt der entsprechende Druckpunkt erst später, im Zeitpunkt t_b ein. In beiden Fällen α und b aber zeigt sich bei öffnen des Ventils V₅, daß der Druck im Rezipienten auf den Wert i.io~⁴Torr steigt. Anders liegen die Verhältnisse bei undichter Apparatur mit (d) und ohne (c) Gasen. Ist nämlich in diesen Fällen, wie im Beispielsfalle angenommen ist, der Enddruck auf den Wert i.io~⁴ heraufgegangen, so ergibt sich bei öffnen des Ventils V₅, daß nunmehr der Druck nicht mehr den Wert i.io"⁴ erreicht, sondern z. B. auf den Wert i.io~² steigt. Dieser Wert zeigt sich auch am Manometer durch entsprechendes Ansteigen auf den Wert 80 Torr

gleich i.io~²Torr im Rezipienten. Die in Abb. 5 dargestellte Meßeinrichtung ist also in der Lage, Undichtigkeiten und auch Gasen erkennbar zu machen. Ja, man kann sogar den Grad der Undichtigkeit und des Gasens messen.

In Abb. 6 ist eine Einrichtung angedeutet, die dazu dienen kann, bei Erreichen eines bestimmten Druckes von z.B. i.io~⁴Torr am Kontakt ^₁ den Stromkreis für die Kathode einzuschalten. In der Anlage ist gerade der Zeitpunkt dargestellt, in dem der Kontakt geschlossen worden ist. Der Drosselstelle D₃ ist hier die Lüftklappe Kl zugeordnet, die durch Feder F in der Schließlage gehalten wird. Die Schaltuhr SU öffnet jeweils für eine bestimmte Zeitdauer diese Klappe Kl, indem sie den Stromkreis der Wicklung W zur Batterie B₂ schließt. Parallel zum Uhrkontakt liegt der Handschalter Sch, mit dem man die Klappe auch willkürlich öffnen kann. Die im linken Teil des Manometers inzwischen weitergestiegene Quecksilbersäule fällt beim Öffnen der Klappe Kl, sofern das betriebsmäßig richtige Endvakuum erreicht ist, nur so weit, daß der Kontakt ^₁ geschlossen bleibt. Ist dagegen aus irgendwelchen Gründen der Druck im Rezipienten R höher als i.io"⁴, so öffnet sich der Kontakt A¹J und schaltet die Kathode damit ab.

Man kann die Erfindung u. a. mit Vorteil anwenden, wenn es sich darum handelt, bei Elektronenmikroskopen oder Elektronenbeugungsröhren Objektreaktionen zu untersuchen oder sonstige Untersuchungen zu machen, bei denen in einem Teil der Röhre, z. B. einer Objektkammer oder Filmaufnahmekammer, mit höherem Druck gearbeitet wird. In solchen Fällen kann man das zur Messung des höheren Druckes ohnehin benötigte Manometer bei Anwendung einer entsprechend dem verwendeten Drosselwiderstand geeichten Skala auch gleich dazu benutzen, den Druck im Hochvakuumteil zu messen. Als Drosselwiderstand des Manometers dienen dann die Strahldurchtrittsblenden, die den Raum höheren Druckes, z. B. die Reaktionskammer, vom Hochvakuumraum der Röhre trennen.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Einrichtung zum Messen von niedrigen Drucken in an der Pumpe arbeitenden Hochvakuumgefäßen, gekennzeichnet durch ein Manometer, das über eine sehr enge Drosselstelle, z. B. eine 25-_lw-Blende, mit dem an der Hochvakuumpumpe liegenden Rezipienten verbunden ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßraum des Manometers über ein Absperrventil mit der Außenluft verbindbar ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die enge Drosselstelle in den zum Lufteinlassen dienenden Hahn eingebaut ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei enge Drosselstellen mit verschiedenem Drosselwiderstand zur Anwendung kommen, die wahlweise mit einem Umschalthahn auf das Meßmanometer geschaltet werden können.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei enge Drosselstellen mit verschiedenem Drosselwiderstamd zur Anwendung kommen, die je mit einem besonderen Manometer zusammen arbeiten.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die zur Außenluft führenden Leitung eine zweite Drosselstelle eingebaut ist, die so bemessen ist, daß sich bei über diese Drosselstelle zuströmender Luft ein bestimmter Druck von z. B. i.io~* Torr im Rezipienten fest einstellt.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einer Anordnung zum Auslösen eines Schaltvorganges bei Unterschreiten eines bestimmten Druckes im Rezipienten, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Quecksilbermanometer Schaltkontakte angeordnet sind, an denen bei Unterschreiten des durch die Kontaktlage bedingten Druckes der Schaltstromkreis geschlossen wird.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum selbsttätigen Wiederöffnen des Stromkreises bei Überschreiten eines bestimmten Druckes im Rezipienten mit Hilfe einer beispielsweise von einer Schaltuhr betätigten Automatik für eine bestimmte Zeit Luft über die zweite Drosselstelle in den Meßraum des Manometers gelassen wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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