DE843313C

DE843313C - Elektrische Entladungseinrichtung mit einer Gluehkathode, einer Ionisierungselektrode und einer Ionenauffangelektrode zum Messen des im Entladungsraum herrschenden Gasdruckes mittels des zur Ionenauffangelektrode uebergehenden Ionenstromes

Info

Publication number: DE843313C
Application number: DET3953A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Strotzer
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1951-02-27
Filing date: 1951-02-27
Publication date: 1952-08-14

Description

(WGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 14. AUGUST 1952

T ₃₉₅3 IXb 1₄ik

Die Erfindung Ix-trifft eine elektrische Entladungseinrichtung, die zur Bestimmung des im Entladungsraum bzw. in einem mit ihm in Verbindung stehenden Raum herrschenden Druckes dient ihmI kurz als [onisationsmanometer bezeichnet wird. Die Wirkungsweise des lonisationsmanometers beruht darauf, daß der von einer Glühkathode zu einer positiven Elektrode ül>ergehende Elektronenstrom im Entladungsraum vorhandene Gasreste ionisiert und die Tonen zu einer gegen die Kathode negativ vorgespannten Elektrode ülxrgehen. Die Stärke des in der Zuleitung zu dieser Ionenauffangelektrode lliel.iendeii Stromes bildet ein Mal.i für den Gasdruck. Die untere Grenze des meßbaren Druckes liegt bei den bisher bekannten Ionisationsmanomeiern in der Größenordnung von io~⁸ Tor und ist dadurch gegeben, daß durch weiche Röntgenstrahlen, die an der genannten positiven Elektrode entstehen, und durch- die von der Kathode ausgehenden sichtbaren und ultravioletten Strahlen an der Ionenauffangelektrode eine lichtelektrische Elektronenemission hervorgerufen wird und dieser die Ionenauffangelektrode verlassende Elektronenstrom von dem im Stromkreis dieser Elektrode eingeschalteten Meßinstrument in gleicher Weise angezeigt wird wie ein auf die Ionenauffangelektrode

auftreffender Ionenstrom. Die Erfindung bezweckt und erreicht durch eine besondere Ausbildung des Elektrodensystems eine Erweiterung des Druckanzeigebereiches in Richtung niedrigeren Druckes. Die Erfindung besteht in einer elektrischen Entladungseinrichtung zur Messung des im Entladungsraum herrschenden Gasdruckes mittels des auf eine Elektrode auftreffenden Ionenstromes unter Verwendung einer Glühkathode, einer gegen ίο diese auf positives Potential zu bringenden Elektrode (Ionisierungselektrode) und einer Ionenauffangelektrode und ist dadurch gekennzeichnet, daß die lonenauffangelektrode sich im Schatten befindet, wenn der glühende Teil der Kathode und die

>5 Ionisierungselektrode als Strahlungsquellen betrachtet werden. Dadurch wird erreicht, daß die lonenauffangelektrode weder von Röntgenstrahlen noch von der von der Kathode ausgehenden Strahlung erreicht werden kann und der über die Ionen-

ao auffangelektrode abfließende Strom ausschließlich von Ionen herrührt. Da keine Üt>erlagerung dieses Ionenstromes durch einen Elektronenstrom gleicher Größenordnung stattfindet, lassen sich mit einer solchen Anordnung auch Druckwerte von io~⁸ Tor und darunter messen.

Es ist bereits ein elektrisches Meßgerät zur Messung von Hochvakuum vorgeschlagen worden, das aus einer mit dem zu messenden Vakuum verbundenen Entladungsröhre mit einer den von der Kathode ausgehenden Elektronenstrom verstärkenden turbinenschaufelähnlichen Anodenanordnung, einer die Röhre umgehenden Spule und einer die Anode mit dem höchsten Potential gegen die direkte Emission der Kathode abschirmenden Elektrode, deren Potential negativ gegen die Kathode ist, sowie einem Meßgerät besteht, welches zwischen der Abschirmelektrode und der Anode mit dem höchsten Potential liegt. Dieser Anordnung liegt offensichtlich ein anderer Erflndungsgedanke zugrunde, der auf eine Vervielfacherwirkung abzielt, um größere Stromvverte für die Anzeige zur Verfügung zu hal>en.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in j Abb. ι in schematischer Weise dargestellt. In einem I Vakuumgefäß 1, das durch einen Rohransatz 2 mit j dem Raum, dessen Druck zu messen ist, in Verbindung steht, befindet sich ein Elektrodensystem, bestehend aus einer Glühkathode 3, einer gitterförmigen Ionisierungselektrode 4, einer vorzugsweise volhvandigen und zylindrischen Mantelelektrode 5 j und einer lonenauffangelektrode, die im Beispielsfalle als ein Paar von ebenen Ringscheil>en 6, 6' ausgebildet ist, welche in zur Kathode senkrecht stehenden El>enen in der Nähe der Enden derMantelelektrode liegen und miteinander leitend verbunden sind. Das Ringscheibenpaar kann auch durch j eine einzige Ringscheibe, ein Paar von Drahtringen od. dgl. ersetzt werden. Wesentlich ist jedoch der Gesichtspunkt, daß die lonenauffangelektrode im

So Schatten der Mantelelektrode liegt, wenn man die Kathode 3 und die Ionisierungselektrode 4 als Quelle einer Licht- bzw. Röntgenstrahlung be- I trachtet. Die Anschlüsse der Elektroden sind durch den Quetschfuß'7, auf dem das Elektrodensystem aufgebaut ist, aus dem Vakuumgefäß 1 herausgeführt; für die lonenauffangelektrode 6, 6' wird zwecks besonders guter Isolierung zweckmäßig eine Einzeldurchführung durch die Kolbenwand vorgesehen. Die gitterförmige Ionisierungselektrode erhält eine gegen die Kathode positive und die lonenauffangelektrode eine ge^en diese negative Spannung von beispielsweise einigen 100 Volt. Die Mantelelektrode wird auf Kathodenpotential oder einem davon wenig verschiedenen Potential gehalten. Der von der lonenauffangelektrode 6, 6' aufgenommene Ionenstrom wird an einem in der Zuleitung zu dieser Elektrode eingeschalteten Meßinstrumente abgelesen.

Die in Abb. 1 dargestellte Elektrodenanordnung unterscheidet sich von den gebräuchlichen, als Ionisationsmanometer dienenden Dreielektrodenröhren, deren gegen das Gitter negative Mantelelektrode als Ionenauffänger dient, durch die besondere lonenauffangelektrode 6, 6', welche gegen alle sie zur Elektronenemission anregenden Strahlungsquellen abgeschirmt ist. Ein Teil der im Entladungsraum entstehenden Ionen wird zwar auch beim Gegenstand der Erfindung von der Mantelelektrode aufgenommen und dadurch der lonenauffangelektrode entzogen' jedoch läßt sich diese Schwächung des der Messung zugeführten Ionenstromes leicht ausgleichen durch eine Erhöhung der Betriebsspannungen gegenüber den bei einem Dreielektrodensystem zulässigen Werten. Die Selbsterregung von Elektronentanz-Schwingungen läßt sich stets durch eine geeignete Bemessung der Elektroden und gegebenenfalls durch angeschlossene Schaltelemente verhindern. Es ist ferner möglich, durch einen kleinen Durchgriff der Mantelelektrode durch das Gitter dafür zu sorgen, daß nur ein verhältnismäßig kleiner Teil der zwischen Kathode und Gitter entstehenden Ionen zur Mantelelektrode gelangt.

Es kann ferner durch zusätzliche elektrische oder magnetische Felder dafür gesorgt werden, daß die im Entladungsraum frei werdenden Ionen vorzugsweise zu der im Schatten der Mantelelektrode angeordneten lonenauffangelektrode gelangen. Dies kann beispielsweise durch besondere Saugelektroden bewirkt werden, die den Stirnseiten des zylindrischen Elektrodensystems vorgelagert sind, wie Abb. 2 in schematischer Darstellung zeigt. Es sind außer den in Abb. 1 vorgesehenen und in gleicher Weise wie dort bezeichneten und wirkenden Elektroden die Saugelektroden 9, 9' vorhanden, welche aus dünnen Drahtringen l>estehen, die miteinander leitend verbunden sind und auf einem weniger negativen Potential als die lonenauffangelektrode 6, 6' gehalten werden. Die Ringe haben vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als die Anode und sind konzentrisch zur Achse des Elektrodensystems außerhalb desselben angeordnet. Sie bewirken, daß im Ionisierungsraum frei werdende Ionen in größerem Maße als infolge des von der lonenauffangelektrode allein erzeugten Feldes die- 13$ ser zugeführt werden.

Claims

An Stelle oder in Ergänzung einer Saugelektrode kann auch ein Magnetfeld benutzt werden, um einen größeren Teil der freien Ionen der lonenauffangelektrode zuzuführen. Beispielsweise wurde in einer Versuchsanordnung durch ein zur Achse des Elektrodensystems senkrecht verlaufendes, in Abb. 2 durch Pfeile io angedeutetes konstantes Magnetfeld von etwa 1000 Gaul.i eine Verdreifachung des zur lonenauffangelektrode 6, 6' fließenden Stromes erzielt. Mit einem axial gerichteten Magnetfeld, das in Abb. 2 durch Pfeile 11 zum Ausdruck gebracht ist, läßt sich der zur lonenauffangelektrode 6, 6' ül)ergehende Ionenstrom sogar verhundertfachen, ohne daß dalx'i eine selbständige Gasentladung auftritt. l^Tm günstigste Werte zu erreichen, ist es erforderlich, einer größeren Stärke des axialen Magnetfeldes eine höhere positive Spannung der Ionisierungselektrode zuzuordnen. Es ist somit möglich, den lonisierungsgrad den jeweiligen Erfordernissen anzupassen.

Die Anwendung des Gedankens, die lonenauffangelektrode im Schatten der Ionisierungselektrode und der Glühkathode anzuordnen, ist weder auf koaxial ausgebildete Elektrodensysteme noch auf Vakuummeßeinrichtungen ohne selbständige Gasentladung lx?schränkt. Die Vermeidung jeglichen die lonenauffangelektrode verlassenden Photostromes stellt die grundsätzliche Beseitigung des entscheidenden Hindernisses für die Messung höchster Vakua mit Ionisationsmanometern dar. Aus diesem Grunde liegt die untere Meßgrenze für die Vakuummeterröhre, die den Gegenstand der Erfindung bildet, so tief, daß sie gegenwärtig nicht einmal abgeschätzt werden kann; sie liegt sicherlich um mehrere Zehnerpotenzen tiefer als io~⁸ Tor.

P A T K N T A \ S P R C C II E :

i. Elektrische Entladungseinrichtung mit einer Glühkathode, einer Ionisierungselektrode und einer lonenauffangelektrode zum Messen des im Eutladungsraum herrschenden Gasdruckes mittels des zur lonenauffangelektrode ülxrgehenden Ionenstromes, dadurch gekennzeichnet, daß die lonenauffangelektrode (6, 6') sich im Schatten l>enndet, wenn der glühende Teil der Kathode (3) und die Ionisierungselektrode (4) als Strahlungsquellen betrachtet werden.
2. Entladungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der lonenauffangelektrode und der Ionisierungselektrode eine vollwandige Mantelelektrode (5) angeordnet ist.
3. Entladungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodensystem koaxial zur Glühkathode aufgebaut ist.
4. Entladungseinrichtung nach Anspruch 1

bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenauffangelektrode aus zwei leitend miteinander verbundenen Ringen (6, 6') besteht, die außerhalb der Mantelelektrode (5) und in der Nähe der Enden derselben angeordnet sind.
5. Entladungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Ionisierungsraumes Saugelektroden (9) angeordnet sind.
6. Entladungseinrichtung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugelektroden als Drahtringe (9, 9') ausgebildet sind.
7. Entladungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugelektroden auf einem weniger negativen Potential als die lonenauffangelektrode gehalten werden.
8. Entladungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgriff der Mantelelektrode durch die gitterförmige Ionisierungselektrode so klein ist, daß nur ein verhältnismäßig geringer Teil der entstehenden Ionen zur Mantelelektrode übergeht.
9. Entladungseinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein zur Glühkathode senkrecht verlaufendes Magnetfeld.
10. Entladungseinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein in Richtung der Systemachse verlaufendes Magnetfeld.
11. Entladungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Magnetfeldes und die Spannung der Ionisierungselektrode derart aufeinander abgestimmt sind, daß der zur lonenauffangelektrode übergehende Ionenstrom einen Größtwert annimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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