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Es ist bekannt, leinen Glimmgleichrichter, ein Drehspulinstrument
und eine Hochfrequenzdrossel als in sich geschlossenen Meßkreis für Feldstärkemessungen
hochfrequenter elektromagnetischer Wechselfelder zu verurenden. Von den unsymlmetrischen
Elektroden dieses Glimmgleichrichters übt der Diraht- oder Kohlestift die Funktion
der Anode aus, während die Funktion der Kathode der zylinderförmige Metallmantel
übernimmt, welcher die Anode umgibt. Die Hochfrequenzdrossel in diesem Meßkreis
hat die Aufgabe, im Beneich der Anfangsionisation ein Abfließen von Hochfrequenz
von der Kathode zu verhindern. Ohne Hochfrequenzdrossel kann sich bei schwachen
Feldstärken kein negatives Potential auf der mantelförmigen Kathode ausbilden, und
der Ausschlag des Instrumentes geht bei Herausnahme der Hochfrequenzdrossel auf
Null zurück. Ein Nachteil des bekannten Glimimglei'chrichters bei Verwendung in
dem genannten Meßkreis liegt bei schwacher Ionisation in der Abhängigkeit der Anzeige
von einer Hochfrequenzdrossel. Außerdem ist, da die Ionisation nicht durch eine
angelegte Spannung zwischen den Elektroden hervorgerufen wird, sondern mittelbar
durch Einwirkung elektromagnetischer Felder durch den Glaskörper auf das Füllgas,
die Ausbreitung und Bewegung des ionisierten Gases im Innern des Kathodenzylinders
nicht immer gleich gut gewährleistet.
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Durch die nachstehend als Erfindung beschriebeine Generator-Glimmlampe
entfällt in dem Mießkreis die Abhäng.mgkieit von einer Hochfrequenz-
drossel,
auch die Forderung nach ungehemmter Ausbreitung des ionisierten Gases zwischen den
Elektroden wird einer Lösung zugeführt.
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Bevor der Erfindungsgedanke näher erläutert wird, sei auf die Entstehung
einer Potentialdifferenz zwischen den Elektroden des felderregten Glimmgleichrichters
nochmals eingegangen. Bei der Ionisation des Füllgases durch ein elektromagnetisches
Wechselfeld werden aus dem Verband der Gastaome und Moleküle positive Ionen und
freie negative Elektronen gebildet. Die Elektronen bewegen sich wegen ihrer viel
kleineren Masse etwa hundertmal schneller als die Ionen und treffen auf die Elektroden
mit Vorsprung und größerer Energie auf. Die Folge davon ist eine negative Ladung
der Elektroden. Diese negative Ladung steht wiederum in Wechselwirkung mit den positiven
Raumladungsionen, sie bleibt daher an die Elektroden gebunden und wird in ihrer
Höhe durch die momentane Stärke der Ionisation bestimmt. Durch die unsymmetrische
Elektrodengestaltung innerhalb des Glimmgleichrichters erhält die räumlich große
Mantelelektrode eine höhene negative Ladung als die stiftförmige Innenelektrode,
wodurch eine Potentialdifferenz zwischen beiden Elektroden zustande kommt. Es kommt
zwischen den Elektroden zu einer gerichteten Elektronenbewegung des Teils der Elektronen,
welche nicht zur Aufrechterhaltung des Ladungs- und Potentialgefälles in Anspruch
genommen werden. Es kann angenommen werden, daß während einer Halbperiode des erregenden
Feldes sich die Ladung an den Elektroden aufbaut und während der folgenden Halbperiode
sich die gerichtete Elektronenbewegung zwischen den Elektroden vollzieht. Diese
in einer Richtung bewegten Elektronen werden von der höheren negativen Ladung der
räumlich größeren Elektrode, der Kathode, abgestoßen und fliegen zur stiftförmigen
Anode. Da die Ionisation dem Rhythmus des erregenden hochfrequenten Feldes unterworfen
ist, so geht die negative Ladung der Elektroden in hochfrequenten Intervallen vor
sich. Aus diesem Grunde ist im Bereich der schwachen Anfangsionisation, wo die positive
Raumladung noch nicht genügend Stärke aufweist, um die negative Ladung an die Elektroden
zu binden, eine Hochfrequenzdrossel in der Kathodenleitung des Glimmgleichrichters
notwendig, um ein Abfließen der hochfrequenten Ladungen von der Kathode zu verhindern
und die negative Ladung an der -Kathode dadurch zwangsläufig aufrechtzuerhalten.
Die Notwendigkeit einer Hochfrequenzdrossel während der Anfangsionisation ist demnach
auch abhängig von der räumlich großen Oberfläche der Kathode.
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Wenn es gelingt, die Kathode räumlich zu verkleineren, so wird in
demselben Maße die Abhängigkeit des Ausschlages während der Anfangsionisation von
einer Hochfrequenzdrossel abnehmen.
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Eine solche Glimmlampe nach der Erfindung ist in den Abbildungen
dargestellt. An Hand der Abbildungen sei nun die Erfindung im einzelnen erläutert.
Vorausgeschickt sei, daß bei der Definition von Kathode und Anode von der Vakuumelektronenröhre
ausgegangen wird. Gleich wie bei der Elektronenröhre der Minuspol leines Anodenstrominstrumentes
an der Anode liegt, so liegt auch bei der Generator-Glimmlampe, welche für Feldstärkemessungen
Verwendung findet, der Minusplol ,des anzeigenden Milliamperemeters an der Anode.
Bei der in Abb. 1 gezeigten Generator-Glimmlampe besteht die Kathode lediglich aus
einem Drahtstift, welcher einer flächenförmigen Anode gegenübersteht. Es entsteht
die Frage, wie kommt eine Ab. stoßung der Elektronen von der Drahtkathode K mit
geringer negativer Ladung zu der flächenförmigen Anode A mit doch offenbar höherer
negativer Ladung zustande? Der Grund liegt darin, daß die der Anode und Kathode
gegenüberliegende innere Glasv'and D als dielektrische Kathode in Erscheinung tritt.
Auch die innere Glaswand erhält durch die Ionisation des Füllgases leine negative
Ladung.
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Die innere Glaswand übernimmt die Hauptfunktion der Kathode als negativer
Ladungsträger gegenüber der weniger negativen Anode. Aws der Eigenschaft der dielektrischen
Kathode als Nichtleiter ergibt sich, daß keine Hochfrequenz mehr abfließen kann.
Daraus folgt, daß auch ohne Hochfrequenzdrossel im äußeren Leiter die innere Potentialdifferenz
schon bei der Anfangsionisation unter sich gleichbleibenden Vorzeichen erhalten
bleibt.
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Die freien Elektronen werden von der verhältnismäßig hohen negativen
Ladung der inneren Glaswand abgestoßen und in der großen Mehrzahl von der Anode
aufgefangen. Von der Anode erfolgt der Ausgleich der Elektronenbewegung über den
äußeren Leiter zur Drahtkathode. Mit E ist die hochfrequente Felderregung bezeichnet,
welche aus einer Induktivität, einer Kapazität, einer Antenne, dem äußeren Feld
einer Senderöhne oder einem sonstigen hochfrequenten Felderreger bestehen kann,
sofern die Feldspannung zur Zündung des Füllgases ausreicht. Als Füllgas werden
die bekannten Edelgase, wie Argon, Neon, Krypton, Xenon, Radon oder Helium, verwendet.
Die Ionisation des Füllgases erfolgt durch den Glaskörper G der Generator-Glimmlampe
hindurch. Das Anzeigeinstrument J, ein Milliamperemeter mit einem Anfangsbereich
von 0,1 mA bei Endausschlag, welcher durch Nebenwiderstände bis auf 2 mA erweitert
wird, liegt im äußeren Leiter und mit ,dem Minuspol an der Anode und dem Pluspol
an der Kathode. Da aus der Feldstärke auf die Leiterspannung geschlossen werden
kann, so kann die Anzeige in Hochfrequenzspannung angegeben werden. Entsprechend
der Höhe der zu messenden Hochfrequenzspannungen können Generator-Glimmlampen verschiedenen
Gasdrucks, also mit niedriger und höherer Zündspannung, Verwendung finden.
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Die äußere und innere Form der Generator-Glimmlampe, wie sie in Abb.
1 im Querschnitt dargestellt ist und durch die angeführten elektrischen Vorteile
bedingt wird, ist indessen in der pr,aktischen Handhabung bei den Feldstärkemessungen
nicht für alle Fälle - zweckmäßig, da nur eine bestimmte Seite dem erregen den Feld
zugewandt werden kann. Eine Erweiterung des Anwendungs-
bereiches
wird erzielt, wenn die Anode in der Mitte des Entladungsraumes und die D'rahtkathode
zu beiden Seiten der Anode angeordnet wird. Diese zweiseitige, flache, nahezu rechteckige
Form der Generator-Glimmlampe kann z. B. dazu dienen, das Feld zwischen den Platten
eines Sendekondensators auszumessen.
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Einle Gestaltung der Generator-Glimmlampe, welche die elektrischen
Vorteile mit einer zweckmäßigen äußeren und inneren Form vereinigt, zeigen die Abb.
2 bis 5. Die Generato'r-Glim'm;-lampen sind in Abb. z und 3 im Längsschnitt gezeigt.
Als Anode dient in Abb. 2 ein zylindrischer, allseits geschlossener länglicher Metallkörper,
dessen Umfang in einigem Abstand von einzelnen in Längsrichtung gezogenen dünnen
Drähten als Kathode K umgeben ist. Auch der Glaskörper G ist in zylindrischer Form
ausgeführt. Die innere Glaswand D -dient als dielektrische Kathode. Die dünnen Kathodendrähte,
etwa 3 bis 4 Stück am Umfang verteilt, werden oberhalb der Anode an einem Drahtring
befestigt, welcher durch einen isolienenden Hilfssteg von der Anode getragen werden
kann.
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An Stelle der in Längsrichtung verlaufenden Kathodendrähte kann die
Kathode auch als Dr,ahtspirale um die Anode angeordnet werden.
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Da die Kathodendrähte nur den Ausgleich der Elektronenbewegung ZU
vollziehen haben, während die eigentliche Kathodenarbeit von der inneren Glaswand
ausgeht, so genügt es, wenn ein einzelner Kathodendraht in nur geringem Maße an
geeigneter Stelle in den Entladungsraum hineinragt. Die konstruktive Lösung dieses
Gedankens wird in den Abb. 3, 4 iund 5 dargestellt. Die Anode wird mit leiner durchgehenden
Bohrung versehen, in die ein einzelner Kathodendraht isolierend hindurchgeführt
wird, um dann über der Anode in geringem Ausmaße leitend in den Entladungsraum hineinzuragen.
In Abb. 3 trägt der durchgeführte Kathodendraht noch leinen Dr,ahtring übler der
Anode. Macht man den Auß;endurchmesser der Anode noch kleiner, so genügt es, wir
Abb. 4 zeigt, den Kathodendraht nur wenige Millimeter über der Anode herauszuführen.
Dlurch den nur in geringem Maße über der Anode herausragenden Kathodendraht wird
leine gut ausgeprägte Unsymmetrie zwischien Kathode und Anode erreicht. Es treffen
Elektronen, von der inneren Glaswand kommend, auch auf die Drahtkathode auf. Das
ierhebliche Übergewicht der Elektronen wird indessen von der räumlich größeren und
längeren Anode aufgenommlen. Dler Ausgleich der Elektronenbewegung, den der nur
gering über der Anode herausragende Kathodendraht zu übernehmen hat, geht an dieser
Stelle des Entladungsraumes ohne Schwierigkeiten vonstatten, denn über der Anode
ist die Stelle der jeweils kräftigsten Ionisation und guten inneren Leitfähigkeit,
da ja die zylindrische Genenator-Glimmlampe mit der Stirnseite dem erregenden Feld
nahegebracht wird und die Ionisation sich von oben nach unten ausbreitet.
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Der Durchmesser der Anode ist unkritisch. Um aber eine optimale Stromausbeute
vom Füllgas der Generator-Glimmlampe zu erzielen, soll der Durchmesser der Anode
verhältnisgleich zum Innendurchmesser des Glaskörpers in Beziehung stehen. Günstige
Ergebnisse werden erreicht, wenn -der Dlurchmesser der Anode den vierten Teil des
Innendurchmlessers vom Glaskörpler aufweist. Beträgt z. B. der Innendurchmesser
des Glaskörpers I 6 mm, so wird der Durchmesser der Anode 4 mm. Die durchgehende
Bohrung der Anode nimmt einen Kathodendraht von der Hälfte des Anodendurchmessers,
im vorliegenden Fall von 2 mm Stärke auf, welcher in geringem Ausmaß in den Entladungsraum
hineinragt.
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Bei der Messung nabe beieinanderliegender Felderreger kann les von
Vorteil sein, den Glaskörner zum Teil abzuschirmen, um den Einfluß, von Nachbarfeldern
auf das Meßergebnis zu verringen oder auszuschalten. Eine äußere Abschirmung des
Glaskörpers ist unzwleckmäßig. Es wird für diese Sonderfälle vorgeschlagen, die
innere Glaswand der zylindrischen Generator-Glimmlampe mit einem Metallbelag zu
versehen, ohne irgendeine Verbindung zu einem Anschlußstift. Diese Ausführung zeigt
Abb. 5. Auf die innere Glaswand ist zu zwei Drittel ihrer Höhe ein Metallbelag S
niedergeschlagen. Diese Niederschlagung geschieht am besten durch das Metallbledampfungsverfahren.
Dem inneren statischen Metallbelag ohne Ableiter fallen außer der Abschirmung die
gleichen Aufgaben zu wie der inneren Glaswand als dielektrischer Kathode.
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Die Generator-Glimmlampe mit dem beschriebenen Dreielektrodensystem,
mit der inneren Glaswand als dielektrischer Kathode, einer gegenüberliegenden Anode
und einer im Gegensatz zur Anode mit kleiner Oberfläche ausgebildeten drahtförmigen
Kathode verfüllt schon biei der Anfangsionisation die Voraussetzungen, die an einen
Generator gestellt werden müssen. Dier Stromverlauf setzt nach der Zündung mit seiner
sichtbar nur sehr gering ausgeprägten Intensität der Glimmerscheinung schon bei
20,uA ein, um dann mit fortschreitender Ionisation stetig bis auf etwa 2 mA anzuwachsen.
Eine Hochfrequenzdrossel im äußeren Leiter erübrigt sich.