DEP0000949MA - Ionisationsmanometer - Google Patents

Description

Es ist bekannt, niedrige Gasdrucke mittels eines Ionisationsmanometers mit geheizter Kathode zu messen. Die von der Kathode ausgehenden Elektronen durchlaufen auf ihrem Weg zur Anode in der Meßröhre das zu messende Gas und erzeugen dabei Ionen, die durch die negative Auffangelektrode angesaugt werden. Die Anzahl der gebildeten Ionen ist bei konstantem Elektronenstrom der Anzahl der im Raum befindlichen Moleküle und somit dem Druck in weiten Grenzen proportional. Der in der Auffangelektrodenleitung fließende von den Ionen abgehende Strom ist somit ein Maß für den zu messenden Druck. Ein störender Nachteil des Ionisationsmanometers ist, daß der Elektronenstrom während der Messung konstant gehalten werden muß. Der von der Kathode ausgehende Elektronenstrom ist von der Heizfadentemperatur in hohem Maße abhängig, die Heizfadentemperatur wiederum ist einerseits von dem Heizstrom und andererseits von der Kühlwirkung des in der Röhre befindlichen Gases abhängig. Es ist daher nicht möglich, durch einen Heizstromstabilisator den Elektronenstrom konstant zu halten.

Man hat nun diesen Nachteil dadurch zu beseitigen versucht, daß man zwischen die Kathode und die Anode ein Steuergitter gebracht hat und mit diesem den Elektronenstrom steuert. Dem Steuergitter wird dabei eine von dem Elektronenstrom abhängige Spannung derart zugeführt, daß sich immer ein konstanter Elektronenstrom einstellt. Dabei ist es jedoch erforderlich, die Kathode so stark zu heizen, daß auch bei stärkster Kühlung des Gases innerhalb des Meßbereiches die Emission der Kathode immer gleich oder größer als der gewünschte Elektronenstrom ist. Nimmt der Gasdruck und damit die Kühlung ab, so wird die Kathode mehr oder weniger überheizt, wodurch die Lebensdauer der Kathode bedeutend verringert wird.

Weiterhin hat man versucht, den Heizstrom mittels eines Relais durch den Elektronenstrom zu steuern, indem der Elektronenstrom die Relaiswicklung durchfließt und das Relais den Heizstrom abschaltet, wenn der Elektronenstrom den gewünschten Wert übersteigt, und bei zu kleinem Elektronenstrom den Heizstrom wieder einschaltet. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß das Relais fortwährend schaltet und der Elektronenstrom nicht konstant ist, sondern um einen konstanten Wert pulsiert. Außerdem kann, wenn die Relaiskontakte einmal, wenn auch nur sehr kurzzeitig, kleben, die Kathode durchbrennen.

Erfindungsgemäß wird der Elektronenstrom durch den Heizstrom stabilisiert, indem der Heizstrom über eine Elektronenröhre durch den Elektronenstrom stetig gesteuert wird. Abb. 1 zeigt die einfachste Anordnung.

Die mit einer Vakuumapparatur verbundene Manometerröhre 1 enthält die direkt mit Wechselstrom geheizte Kathode 2, die gitterförmige Anode 3 und die Auffangelektrode 4. Im Heizstromkreis liegt der Transformator 5. Die Sekundärseite des Transformators 5 ist durch die Steuerröhre 6 belastet. Die Anode 3 der Meßröhre 1 ist mit dem Gitter der Steuerröhre 6 verbunden und liegt über den Meßwiderstand 7 am positiven Pol einer Spannungsquelle. Der negative Pol der Spannungsquelle, mit 0 bezeichnet, ist mit der Kathode 2 der Manometerröhre 1 über die Symmetriewiderstände 8 und 9 verbunden. Parallel zur Spannungsquelle liegt eine Glimmlampe 10 zur Erzeugung einer konstanten Vergleichsspannung mit ihrem Vorwiderstand 11. Die nicht an der Spannungsquelle liegende Seite der Glimmlampe 10 ist mit der Kathode der Steuerröhre 6 verbunden. Die Auffangelektrode 4 der Manometerröhre 1 ist über ein Mikroampèremeter 12 mit dem negativen Pol einer zweiten Spannungsquelle verbunden, deren positiver Pol an der Klemme 0 liegt. Der Meßwiderstand 7 ist so bemessen, daß bei dem gewünschten Elektronenstrom die Spannung am Gitter der Röhre 6 gegenüber der Kathode den Arbeitspunkt der Röhre 6 anspricht. Liegt beispielsweise der Arbeitspunkt der Röhre 6 bei -5 Volt und beträgt die Spannung an der Glimmlampe 90 Volt, dann muß der Spannungsabfall an dem Meßwiderstand 7 95 Volt betragen. Vergrößert sich nun der Elektronenstrom der Röhre 1

durch Veränderung der Kühlung oder Netzspannungsschwankungen, dann vergrößert sich auch der Spannungsabfall am Meßwiderstand 7. Dadurch wird dem Gitter der Röhre 6 eine negativere Spannung zugeführt, wodurch der durch die Röhre 6 fließende Anodenstrom verkleinert wird. Eine Verkleinerung des Anodenstromes der Röhre 6 bedingt aber eine Verkleinerung des Heizstromes der Röhre 1, wodurch der alte Zustand wieder annähernd erreicht wird. Bei einer Verkleinerung des Elektronenstromes der Röhre 1 spielen sich die Vorgänge mit umgekehrten Vorzeichen ab. Eine Verbesserung dieser Anordnung läßt sich dadurch erreichen, daß man an Stelle einer Triode als Steuerröhre eine Schirmgitterröhre benutzt, weil dann der Anodenstrom dieser Röhre weitgehend unabhängig von der Anodenspannung ist. Dabei ist jedoch zu beachten, daß man die Schirmgitterspannung entweder über einen Schutzwiderstand zuführt oder mit Wechselspannung speist, um eine Überlastung des Schirmgitters jeweils bei der Halbwelle zu vermeiden, bei der an der Anode der Röhre 6 eine negative Spannung herrscht.

Eine weitere Verbesserung des Ionisationsmanometers läßt sich dadurch erreichen, daß anstelle nur einer Steuerröhre zwei im Gegentakt arbeitende Röhren verwendet werden, weil hierbei beide Halbwellen des Heizstromes reguliert werden, s. Abb. 2. Der Transformator hat eine doppelte Sekundärwicklung, deren Mittelanzapfung mit den Kathoden der beiden Steuerröhren 6a und 6b verbunden ist. Die Anoden der Steuerröhren sind jeweils mit den beiden Enden der Sekundärwicklung verbunden. Die Steuergitter der Röhren sind parallel geschaltet. Die übrige Anordnung entspricht Abb. 1.

Claims (2)

1) Ionisationsmanometer mit durch Wechselstrom geheizter Kathode und stabilisiertem Elektronenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierung des Elektronenstromes durch selbsttätige Reglung des Heizstromes bewirkt wird, indem in den Heizstromkreis ein Transformator geschaltet ist, dessen Sekundärseite durch eine passende Elektronenröhre (Triode, Tetrode, Penthode) belastet ist, wobei dem Steuergitter der Röhre eine Spannungsdifferenz zugeführt wird, gebildet aus dem konstanten Spannungsabfall einer Glimmlampe und dem Spannungsabfall eines vom Elektronenstrom der Messröhre durchflossenen Meßwiderstandes.

2) Ionisationsmanometer mit durch Wechselstrom geheizter Kathode und stabilisiertem Elektronenstrom nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierung des Elektronenstromes durch selbsttätige Reglung des Heizstromes bewirkt wird, indem in den Heizstromkreis ein Transformator geschaltet ist, dessen Sekundärseite durch zwei im Gegentakt arbeitende Röhren (Triode, Tetrode, Penthode) belastet ist, wobei dem Steuergitter der Röhren eine Spannungsdifferenz zugeführt wird, gebildet aus dem konstanten Spannungsabfall einer Glimmlampe und dem Spannungsabfall eines vom Elektronenstrom durchflossenen Meßwiderstandes.