DE8706851U1 - Fotozelle, insbesondere zur Feststellung von UV-Strahlung - Google Patents

Description

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JÖRG-MICHAEL LEMKE WoliramslraBeÖ |

Telefon 0821/SS5007 } DIPLOMINGENIEUR

L"h 223-07

GTE Sylvania Licht GmbH» Erlangen

Fotozelle, insbesondere zur Feststellung von UV-Strahlung

Die Erfindung betrifft eine Fotozelle, insbesondere zur Feststellung von UV-Strahlung, mit einer Plattenkathode, einer Anode und jeweils Zu- bzw. Ableitungen, die in eine Glasrohre eingeschweißt sind.

Eine Fotozelle bildet ein fotoeloktrisches Bauelement, und zwar eine Elektronenröhre, in der die Elektronen aus der Fotokathode durch Bestrahlung befreit und von der gegenüberstehenden Anode abgesaugt werden. Man unterscheidet Vakuum-Fotozellen und Gas-Fotozellen. Bei beiden Arten ist der Fotostrom der Beleuchtungsstärke bzw. dem Lichtstrom, bezogen auf die Fotokathode, proportional, ferner der Größe der wirksamen Fläche der Fotokathode, wobei eine konstante Beleuchtungsstärke derselben vorausgesetzt wird.

Ein Anwendungsbeispiel einer solchen Fotozelle ist z.B.

die 2Uf Feststellung von Flammeri bzw* Feuer*

Soli UV-Strahlung festgestellt werden, dann versteht es sich, daß das Glas der Röhre der' Fotozelle für diese Strahlung durchlässig sein muß*

Es 1st nun eine Fotozelle dieser Bauart bekannt (DE-OS 1 564 073), bei welcher auch die Anode eine sog. Plattenanode ist, die somit eine im wesentlichen §bene Metallfläche aufweist. Die Verwendung von sowohl einer Plattenkäthöde als auch einer Plattenanode gewährleistet eine größere Empfindlichkeit der Fotozelle, derart, daß auch bereits geringere Strahlungen festgestellt und angezeigt werden können, da eine Plattenanode einen intensiveren Absaugeeffekt ausübt als eine Drahtanode* Andererseits ist dabei der Elektrodenaufbau herstellungsmäßig infolge der erforderlichen langwierigen Und teueren Bearbeitungsprozesse besonders aufwendig, nachdem die Plattenanode einerseits in einem komplizierten Photoätzverfahren zu einem feinen Sieb werden und anschließend ein einzelnes Polieren beider Elektroden stattfinden muß, andererseits setzt eine vollständige Ausnutzung der Kathodenfläche eine exakte Planparalleiität zwischen Kathode und Anode voraus, d.li* die Parallelität muß für eine praktische Nutzung der aktiven Kathodenoberfläche in zwei Koordinaten sichergestellt werden. Hierdurch werden naturgemäß Wirtschaftlichkeit und Marktgängigkeit dieser bekannten Fotozelle beeinträchtigt. Zwar lassen sich diese Nachteile durch die Verwendung von einfachen Drahtelektroden sowohl als Anode als auch als Kathode vermeiden, da diese Elektroden nun einmal am unaufwendigsten und wirtschaftlichsten sind, man muß dabei aber eine ganz erhebliche Einbuße an Empfindlichkeit hinnehmen, da nun einmal bei einem Draht die für die Einstrahlung zur Verfugung stehende Kathodenfläche einerseits und die zur Absaugung zur Verfügung stehende Anodenfläche andererseits relativ klein sind.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Fotozelle der eingangs genannten Bauart zu schaffen, die eine gute Empfindlichkeit bei einem vertretbaren Aufwand gewährleistet. - 3 -

Diese Aufgäbe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die PlattSnkäthode aus einem an seinen Enden mit den Zuleitungen verbundenen Blechstreifen und die Anöde aus einer an ihren Enden mit den Ableitungen verbundenen, auf der der festzustellenden Strahlung zugewandten Seite der Plattenkathode im wesentlichen parallel und in Abstand von derselben angeordneten Drahtelektrode besteht.

Die Erfindung verbindet somit die wirkungsgradmäßigen Vorteile einer Plattenkathode mit den herstellungstechnischen und wirtschaftlichen Vorteilen einer Drahtanode, wobei sich herausgestellt hat, daß die Einbuße an Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Fotozelle gegenüber einer Plattenanode geringer ist, als erwartet werden mußte. Dies läßt sich versuchsweise damit erklären, daß bei der bekannten Fotozelle mit'Sowohl Plättenkathode als auch Plattenanode eine gewisse Abschattung der Kathode durch die Anode stattfindet, derart, daß lediglich die seitlich an der Anode vorbei schräg auf die Plattenkathode auffallende ■Strahlung von dieser erfaßt werden kann, derart, daß lediglich die in Richtung der einfallenden Strahlung projizierte Fläche der Plattenkathode letztlich wirksam wird. Somit ist bei der bekanntt/i Fotozelle die tatsächlich vorhandene, volle Fläche der iPlattenkathode nicht nutzbar. Demgegenüber beeinträchtigt bei der Fotozelle nach der Erfindung die Drahtanode den Einfall von Strahlung senkrecht zur Plattenkathode nur wenig, so daß praktisch die gesamte Plattenkathodenflache für die Einstrahlung zur Verfügung steht. Demgegenüber tritt der geringere Absaugeffekt der Drahtanode gegenüber einer Plattenanode offensichtlich zurück. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß die erfindungsgemäße Fotozelle über einen weiten Bereich unterschiedlicher Einfallswinkel der Strahlung eine gute Empfindlichkeit aufweist, die auch bei einer senkrecht zur Plattenkathode einfallenden Strahlung nur wenig gemindert beibehalten bleibt, obgleich bei einem solchen Einfallswinkel senkrecht zur Plattenebene die auf der der festzustellenden Strahlung zugewandten Seite

der Plattenkathode angeordnete Drahtanode eine geringfügige Abschattung bewirkt« Dieser Effekt ist jedoch bei weitem nicht mit demjenigen bei einer Plattenanode vergleichbar, der dazu führt, daß bei einem Strahlungseinfall senkrecht zur Plattenkathode dieselbe zu etwa 50 % abgeschattet wird.

Ferner muß beim Gegenstand der Erfindung vorteilhafterweise exakte Parallelität nur in einer Koordinate sichergestellt seifi, um die aktive Kathodenobe^flache praktisch voll zu nutzen. Ferner lassen sich Plattgnkathode und Drahtanode in einem einzigen Elektrodenpolierprozeß gemeinsam polieren, was die Wirtschaftlichkeit ebenfalls erhöht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Fotozelle in schaubildlicher Ansicht;

Fig. 2 das Ansprechverhalten bzw. die Empfindlichkeit der Ausführungsform nach Fig. 1 in einer di<* Drahtanode enthaltenden Längsmittelebene senkrecht zur Plattenkathode;

Fig. 3 das Ansprechverhalten bzw. die Empfindlichkeit der Ausführungsform nach Fig. 1 in einer zur Ebene gemäß Fig. 2 senkrechten Längsmittelebene;

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Fotozelle in schaubildlicher Ansicht;

Fig. 5 ein der Fig. 2 entsprechendes Diagramm zum Ansprechverhalten bzw. der Empfindlichkeit

der Ausführungsform nach Fig. 4;

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Fig. 6 ein der Fig. 3 entsprechendes Diagramm

zum Ansprechverhalten bzw. der Empfindlichkeit der Ausführungsform nach Fig. 4;

Fig. 7 eine dritte Ausführungsform der Fotozelle in

schaubildlicher Ansicht;

Fig. 8 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach

Fig. 7 in einem Diagramm, das das Ansprechyerhalten bzw. die Empfindlichkeit in einer waagerechten, die Plattenkathode schneidenden Ebene zeigt;

Fig. 9 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach

Fig. 7 und ein umgebendes Diagramm entsprechend den Fig. 3 und 6;

Fig. 10 ein die relative spektrale Empfindlichkeit der

Ausführungsform nach Fig. 7 aufzeigendes Diagramm.

Die Fotozelle nach Fig. 1 weist eine Plattenkathode 1, eine Anode 2 und jeweils Zuleitungen 3 und 4 zur Plattenkathode 1 und Ableitungen 5 und 6 von der Anode auf, die in eine Glasrohre 7 eingeschweißt sind, und zwar mit Schmelzfüßen 8 im verdickten Boden 9 der Glasröhre 7, wobei sie als Kontaktstifta 10 unten aus dem Boden 9 vorstehen; lediglich drei Kontaktstifte 10 sind in der gezeigten schaubildlichen Ansicht sichtbar.

Erfindungsgemäß besteht die Plattenkathode 1 aus einem an seinen Enden 11 und 12 mit den Zuleitungen 3 und 4 verbundenen Blechstreifen 13. Die Anode 2 wiederum besteht aus einer an ihren Enden 14 und 15 mit den Ableitungen 5, 6 verbundenen, auf der der festzustellenden Strahlung zugewandten Seite aar Platten-

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kathode 1 im wesentlichen parallel zu und in Abstand d von derselben angeordneten Drahtelektrode 16. Die festzustellende Strahlung fällt von oben, somit generell in Pfeilrichtung A, auf die Plattenkathode 1.

Die Zu- und Ableitungen 3, 4 bzw. 5, 6 sind, wie gezeigt, im wesentlichen parallel zueinander im Röhrenboden 9 eingeschweißt und die Ebene des die Kathode 1 bildenden Blechstreifens 13 ist senkrecht zu diesen Leitungen angeordnet, wobei seine Enden 11 und 12 zur Verbindung mit den Zuleitungen und 4 rechtwinklig abgebogen sind. Dabei sind die Enden 1f, des Blechstreifens 13 je einmal zum Röhrenboden 9 hin und die Enden 17 und 18 der Zuleitungen 3 und 4 je einmal zu den Ableitungen 5, 6 hin um im wesentlichen 90° abgebogen. Jeweils ein Zuleitungsende 17 bzw. 18 ist mit jeweils einem Blechstreifenende 11, 12 verbunden, zweckmäßig durch Schweißung.

Das Ansprechverhalten dieser Ausführungsform zeigen die Fig. 2 und 3, und zwar jeweils entsprechend der angegebenen Schnittebene durch die Fotozelle gemäß Fig. 1. Jede Schnittebene wird anhand der Seitenansicht dieser in der Mitte des Diagramms befindlichen Fotozelle deutlich. Bei senkrechtem Strahlungseinfall von oben entsprechend der Pfeilrichtung A ergibt sich somit im Schnitt die größte Empfindlichkeit in Pfeilrichtung A mit seitlicher Konstanz bis etwa 30°nach beiden Seiten und nur geringfügiger Abnahme bis 45° mit zu erwartenden Minima bei 90°,erneutem Ansteigen zwischen 105° und 120° und völligem Abfall bis etwa 140°.

Fig. 3 zeigt das Ansprechverhalten bei unterschiedlichen Einfallswinkeln in einem Schnitt senkrecht zu dem nach Fig. An dieser Stelle sei vermerkt, daß beide Schnittebenen zweck-

mäßig Längsmittelebenen sind, d.h. die Längsachse 19 der Fotozelle nach Fig. 1 enthalten und dementsprechend bei mittiger Anordnung sowohl der Kathode als auch der Anode diese jeweils mittig schneiden.

In dieser Schnittebene gemäß Fig. 3 zeigt der senkrechte Stxahlungseinfall in Pfeilrichtung A kein Maximum, vieiraehr befinden sich zwei Maxima bei etwa 30° mit anschließende¹!!) Abfall bis etwa 90°. Die Werte oberhalb eines Winkels von 90° sind, wie übrigens auch bei dem Schnitt gemäß Fig. 2, zu vernachlässigen. Aus beiden Diagrammen geht hervor, daß sehr gute Ansprechwerte mit etwa 45° beiderseits des senkrechten Einfallslots (Pfeil A) der Strahlung gegeben sind, unabhängig davon, ob der Schnitt in Längsrichtung der Anode 2 geführt ist (Fig. 2) oder senkrecht dazu (Fig. 3).

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fotozelle sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendet worden. Der einzige Unterschied besteht darin, daß einerseits die Zuleitungen 3 und 4 keine abgebogenen Enden aufweisen und daß andererseits die Enden 11 und 12 des Blechstreifens 13 der Plattenkathode 1 längs jeweils einer 45°-Linie 20 abgeknickt und mit den Endteilen 11a und 12a an den Zuleitungen 3 und 4 anliegen und mit diesen, wiederum zweckmäßig durch Schweißung, verbunden sind. Es handelt sich somit lediglich um eine unterschiedliche Konfiguration des Blechstreifens 13 einerseits und der Zuleitungen 3 und 4 andererseits. Wie sich feststeilen läßt, weist das Ansprechverhalten gemäß den Fig. 5 und 6 praktisch keinerlei Unterschiede zum Ansprechverhalten der Ausführungsform nach Fig. 1 entsprechend Fig. 2 und 3 auf.

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Eine weitere, bevorzugte Ausführungsform ergibt sich aus Fig. 7, bei der wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet wurden. Auch hier sind die Zu- und Ableitungen 3, 4 bzw. 5, 6 im wesentlichen parallel zueinander im Röhrenboden 9 eingeschweißt, jedoch ist die Ebene des die Kathode 1 bildenden Blechstreifens 13a schräg zu diesen Leitungen angeordnet und seine Enden 20, 21 sind zur Verbindung mit den Zuleitungen 3, U-förmig abgebogen, wie dies auch bei der Ausführungsform nach Fig. 1 der Fell ist. Entscheidend ist jedoch die ers^htliche Schräganordnung gemäß» dem Winkel oc zwischen Zuleitungen 3, 4 und den Enden 20 und 21. Dabei ist die Ebene des die Kathode 1 bildenden Blechstreifens 13a vorzugsweise etwa ac = 45° zur Längsachse 19 (Fig. 9) der Röhre 7 geneigt angeordnet. Auch die Enden 14a und 15a der Drahtanode 13a sind in diesem Falle in einer Ebene zu den Ableitungen 5, 6 hin abgebogen, die etwa 45° zur Längsachse 19 der Röhre 7 geneigt ist, wie dies deutlich die Fig. 7 und 9 zeigen. Durch die Schräganordnung der Elektroden ist die Fotozelle gemäß der Ausführungsform nach Fig. 7 sowohl für eine Front- als auch für aine Seiteneinstrahlung geeignet, wie Fig. 9 besonders deutlich zeigt. Die senkrechte Einstrahlungsrichtung gemäß Pfeilrichtung A ist in diesem Falle um 45° gegenüber der Längsachse 19 der Fotozelle geneigt, v/enn man diese Längsachse 19 als O°-Richtung des Strahlungseinfalls nimmt. Wie ersichtlich, befinden sich bei 0° und bei 90° die jeweiligen Empfindlichkeitsmaxima. Dabei läßt sich die O°-Richtung als Fronteinstrahlung und die 90°- Richtung als Seiteneinstrahlung definieren. Fig. 8 zeigt die Fmpfindlichkeitsverteilung im Horizontal schnitt mit dem Maximum bei 90°. Ein entsprechendes Bild ergäbe sich natürlich auch bei einem nicht gezeigten Vertikalschnitt, wobei die Schnittebene dann sowohl auf· der Zeichrnebene der Fig. 8 als auch der Zeichenebene der Fig. 9 senkrecht stünde und die O^ö-Richtung enthielte.

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Fig. 10 schließlich zeigt die relative spektrale Empfindlichkeit der Ausführungsform nach Fig. 7 mit einem Maximum bei einer Wellenlänge von etwa Z> = 2ÖÖ nm - 10 nm mit anschließendem Abfall bis auf etwa 190 bis 280 nm. Die Betriebsspannung betrug 300 V Gleichstrom, die Brennspannung 180 - 15 Volt, der Betriebsstrom 2 mA, die Löschspanriung 500 V» der Maximal* ström 4 mA und das Betriebstemperaturintervall -20° bis + 90⁰^

Bei sämtlichen erläuterten Ausführungsformen ergibt sich vorteilhafterweise eine fast halbkugelige Zone größter Anspfech= barkeit bzw. Empfindlichkeit. Als weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Bauart sind anzuführen, daß eine elektrolytische Politur des Gesamtsystems möglich ist* während beim nächstliegenden Stand der Technik die Plättenelektroden einzeln behandelt werden. Ferner ist nach der Erfindung ein Reinigungsglühen im Hochvakuum mit Stromdurchgang möglich, während beim nächstliegenden Stand der Technik ein Induktionsglühen erforderlich ist.

Claims (8)

223-07 Ans &rgr; r ü ehe

1. Fotozelle, insbesondere zur Feststellung von UV-Strahlung, mit einer Plattenkathode, einer Anode und jeweils Zu- bzw. Ableitungen, die in eine Glasrohre eingeschweißt sind, dadurcii gekennzeichnet , daß die Plattenkathode (1) aus einem an seinen Enden (11, 12) mit den Zuleitungen (3, 4) verbundenen Blechstreifen (13) und die Anode (20) aus einer an ihren Enden (14, 15) mit den Ableitungen (5, 6) verbundenen, auf der der festzustellenden Strahlung zugewandten Seitä der Plattenkathode im wesentlichen parallel zu und in Abstand (d) von derselben angeordneten Drahtelektrode (16) besteht.

2. Fotozelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen (3, 4; 5, 6) im wesentlichen parallel zueinander im Röhrenboden (9) eingeschweißt sind und die Ebene des die Kathode (1) bildenden Blechstreifens (13) senkrecht zu diesen Leitungen angeordnet ist und seine Enden (11, 12) zur Verbindung mit den Zuleitungen (3, 4) abgebogen sind.

3. Fotozelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (11, 12) des Blechstreifens (13) je einmal zum Röhrenboden (9) hin und die Enden (17, 18) der Zuleitungen (3, 4) je einmal zu den Ableitungen (5, 6) hin um im wesentlichen 90° abgebogen sind und jeweils ein·ZuLeitungs· ende (17, 18) mit jeweils einem Blechstreifenende (11, 12) verbunden ist.

- A 2 -

- A2 -

4. Fotozelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Blecnstreifen-s (11, 12) je einmal zum Röhrenboden (9) und sodann je einmal (11a, 12a) zu den Zuleitungen (3, 4) hin abgebogen und mit diesen verbunden sind.

5. Fotozelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (14, 15) der Drahtanode (16) je einmal zu den Ableitungen (5, 6) hin abgebogen und mit diesen verbunden sind, derart, daß sich Kathode (i) und Anode (2) im wesentlichen in einer Längsmittelebene (13) der Röhre (7) gegenüberliegen..

6. Fotozelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen (3, 4; 5, 6) im wesentlichen parallel zueinander im Röhrenboden (9) eingeschweißt sind und die Ebene des die Kathode (1) bildenden Blechstreifens (13a) schräg zu diesen Leitungen angeordnet und seine Enden (20, 21) zur Verbindung mit den Zuleitungen (3, 4) U-förmig abgebogen sind.

7. Fotozelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene des die Kathode (1) bildenden Blachstreife.is (13a) etwa 45° zur Längsachse (19) der Röhre (7) geneigt angeordnet ist.

8. Fotozelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Enden (14a, 15a) der Prahtanode (13a) in einer Ebene zu den Ableitungen (5, 6) hin abgebogen sind, die etwa 45° zur Längsachse (19) der Röhre (7) geneigt ist.