DE1137235B - Vorrichtung zum Messen niedriger Gasdruecke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen niedriger Gasdrücke mit Hilfe eines Elektronenstroms.

Eines der üblichen Verfahren zur Messung sehr niedriger Gasdrücke besteht darin, daß ein Elektronenstrom erzeugt wird und daß eine negativ geladene Kollektorelektrode so angeordnet ist, daß sie die positiv geladenen Ionen auffängt, die entstehen, wenn Elektronen und neutrale Gasmoleküle zusammentreffen. Die auf diese Weise erzeugte und gesammelte Ionenzahl ist ein Maß für den jeweiligen Gasdruck. Vorrichtungen dieser Art sind zwar für manche Zwecke recht brauchbar, doch ist ihre Verwendung insbesondere hinsichtlich des Meßbereiches beschränkt. Außerdem erfordert die Ionisation sehr hohe Potentiale, da die Elektronen eine ausreichende Geschwindigkeit besitzen müssen, um eine wirkungsvolle Ionisation herbeizuführen, denn um den höchsten Wirkungsgrad bei ausreichender Genauigkeit zu erlangen, ist es notwendig, eine möglichst durchgreifende Ionisation herbeizuführen. Außerdem ist die Genauigkeit einer solchen auf der Ionisation beruhenden Meßvorrichtung in starkem Maße von der Aufrechterhaltung eines konstanten und stetigen Elektronenstromes abhängig, da mit dem Elektronenstrom auch der Ionenstrom schwankt. Infolgedessen ist eine sehr genaue Spannungsüberwachung notwendig, um den die Ionen erzeugenden Elektronenstrom zu kontrollieren. In demselben Maße muß auch die Temperatur der die Elektronen emittierenden Kathode konstant gehalten werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die genannten Nachteile und Schwierigkeiten dadurch vermieden werden können, daß zur Messung niedriger Gasdrücke ein Elektronenstrom verwandt wird, der praktisch keine durch Ionisation des Gases erzeugte Elektronen enthält. Gemäß der Erfindung werden die Elektronen direkt als Funktion des Gasdruckes gesammelt, während bei den bekannten Vorrichtungen der Elektronenstrom eine Funktion der Ionisation ist, die ihrerseits erst vom Gasdruck abhängt.

Eine Vorrichtung zum Messen niedriger Gasdrücke, bei der in einem Meßgefäß, das in Verbindung mit dem Raum steht, in dem der Gasdruck zu messen ist, eine Elektronen emittierende Elektrode und zwei Sammelelektroden so angeordnet sind, daß zumindest ein Teil der emittierten Elektronen durch die erste Sammelelektrode hindurch zu der zweiten Sammelelektrode gelangt, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelelektroden um einen so kleinen Betrag positiv gegenüber der Vorrichtung
zum Messen niedriger Gasdrücke

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. Dezember 1957 (Nr. 705 557)

Howard Bronson Baughman, Louisville, Ky.

(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

emittierenden Elektrode sind, daß die Elektronen angezogen werden, ohne daß eine meßbare Ionisation des Gases erfolgt. Vorzugsweise sind dabei die Sammelelektroden so angeordnet und vorgespannt, daß ein Teil des Elektronenstroms von der emittierenden Elektrode durch die erste Sammelelektrode hindurch zur zweiten Sammelelektrode gelangt, wobei die positive Spannung ausreicht, um die Elektronen zu sammeln, jedoch nicht ausreicht, um eine praktisch erwähnenswerte Ionisation zu bewirken. Deshalb verteilt sich für jeden gegebenen Druck der Elektronenstrom bestimmter Weise zwischen den Elektronenstrom in bestimmter Weise zwischen den beiden Sammelelektroden.

Wenn sich der Druck erhöht, steigt auch die Anzahl der Zusammenstöße von Elektronen und Gasmolekülen, weil die mittlere freie Weglänge vermindert wird, weshalb die Elektronen in der Umgebung der ersten Sammelelektrode länger verweilen, so daß sich die Zahl der Elektronen erhöht, die von dieser Elektrode gesammelt werden. Deshalb erhöht sich der Strom durch die durchlöcherte Sammelelektrode, während in der weiten Sammelelektrode der Strom proportional sinkt, wodurch eine kontinuierliche Änderung des Elektronenstroms erreicht wird, der zu den betreffenden Sammelelektroden gelangt. Diese Änderung des Elektronenstroms ergibt ein Maß für den Gasdruck, das direkt proportional dem Gasdruck ist, weil keine dazwischenliegenden Vorgänge, wie z. B. die Ionisation der Moleküle eingeschaltet sind.

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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Fig. 1 eine Meßröhre auf dem Prinzip der mittleren freien Weglänge, die die Grundprinzipien der Erfindung erkennen läßt,

Fig. 2 eine andere Ausbildung der Meßröhre,

Fig. 3 eine weitere Ausbildung der Meßröhre gemäß der Fig. 1 unter Verwendung eines das Verhältnis zweier Ströme unmittelbar anzeigenden Meßinstruments,

Fig. 4 eine Meßröhre, bei der die Stromversorgung aus einer Wechselstromquelle erfolgt,

Fig. 5 und 6 andere Ausführungen der Erfindung, wobei ein magnetisches Feld mit der Meßröhre zu-

tronenströme, die in den Ausgangskreisen dieser Elektroden fließen, vorzunehmen, da die Größe dieser Elektronenströme ein Maß für den jeweiligen Gasdruck innerhalb des Gehäuses 2 darstellt. Die Empfindlichkeit der Röhrenvorrichtung bei verschiedenen Druckbereichen kann einstellbar gemacht werden, wie dies noch später an Hand der Fig. bis 9 erläutert wird. Diese Empfindlichkeitsveränderung bei verschiedenen Druckbereichen wird durch ίο geeignete Auswahl der verschiedenen Veränderlichen, wie beispielsweise des Kollektorpotentials, des gesamten Stromes, der mit dem Kollektor in Reihe liegenden Widerstände usw. bewirkt. Um die Größe des gesamten Kollektorwiderstandes einstellbar zu

sammenarbeitet, um eine vergrößerte Weglänge zu 15 machen, sind verschiedene Widerstände, beispielsbewirken, weise lla, Ub, ISa und 15b usw., vorgesehen und

Fig. 7 bis 9 in Form von Schaubildern das Ver- können mit Hilfe der Schalter 9 und 9 a einstellbar hältnis zwischen dem Druck und den verschieden mit den Kollektorleitungen 8 und 14 verbunden Veränderlichen der Meßröhre, wie beispielsweise werden. Auf diese Art ist es möglich, die Verhält-Kollektorstrom, Kollektorreihenwiderstand, angeleg- 20 nisse innerhalb der Röhre so zu verändern, daß bei tes Potential usw. den verschiedensten Druckbereichen die Meßvor-

In Fig. 1 ist eine Meßröhre, die auf dem Prinzip richtung jeweils die größte Empfindlichkeit besitzt, der mittleren freien Weglänge arbeitet, mit 1 bezeich- Eine etwas andere Art einer Meßröhre zeigt die

net und enthält ein Gehäuse 2, welches über einen Fig. 2, in welcher gleichartige Bauteile dieselben Stutzen mit dem evakuierten Behälter 3, dessen Gas- 25 Bezeichnungen wie in Fig. 1 tragen. In dieser Andruck gemessen werden soll, in Verbindung steht. Ordnung wird als Meßgröße der Spannungsabfall ge-Innerhalb des Gehäuses 2 ist erne sich in axialer nommen, der durch den über eine der Kollektor-Richtung erstreckende, Elektronen emittierende Ka- elektroden fließenden Elektronenstrom hervorthode 4 vorgesehen, die direkt geheizt werden kann, gerufen wird. Eine schematisch dargestellte Röhre wobei selbstverständlich auch die indirekte Heizung 30 derselben Type wie in Fig. 1 besitzt ein Gehäuse 2 möglich ist. Eine mit Durchbrechungen, also bei- mit einer Elektronen emittierenden Kathode 4 und spielsweise als Sieb ausgebildete zylindrische Sammel- Sammelelektroden 5 und 6, die über ein Paar Reihenelektrode oder ein Gitter 5 ist koaxial zur Kathode 4 widerstände 16 und 17 miteinander verbunden sind, angeordnet. Eine zweite glatte zylindrische Sammel- Außerdem stehen über diese Widerstände die elektrode oder Anode 6 umgibt die Kathode 4 und 35 Sammelelektroden 5 und 6 mit der positiven Klemme das Steuergitter 5 ebenfalls koaxial und ist ebenso einer Batterie 12 in Verbindung, deren negative wie diese innerhalb des Gehäuses 2 der Meßvorrich- Klemme an die die Elektronen emittierende Kathode 4 tung 1 befestigt. Die verschiedenen Elektroden, die geschaltet ist. Parallel zum Widerstand 17, über den in der Zeichnung eine zylindrische Form besitzen, der Elektronenstrom fließt, der von der Sammelkönnen natürlich eben ausgebildet sein, ohne daß da- 4° elektrode 6 aufgefangen wird, ist ein Gleichspannungsdurch die Erfindung abgeändert wird. Die direkt ge- verstärker geschaltet, der in Fig. 2 lediglich angeheizte Kathode 4 ist an eine Wechselstromquelle deutet ist. Die genaue Ausbildung derartiger Gleichangeschaltet, und zwar in der üblichen Weise über spannungsverstärker ist allgemein bekannt. Man einen Transformator 7, dessen Sekundärwicklung kann beispielsweise eine Type verwenden, wie sie mit der Kathode verbunden ist und dessen Primär- 45 auf den Seiten 111 bis 117 des Buches ELECTRON

Wicklung [mit irgendeiner der gebräuchlichen Wechselstromquellen in Verbindung steht. Selbstverständlich kann auch eine Gleichspannung an Stelle der Wechselspannung treten, ohne dadurch die Erfindung zu beeinträchtigen.

Die Sammelelektroden 5 und 6 werden auf einem Potential gehalten, das gegenüber demjenigen der Kathode 4 positiver ist, und zwar mit Hilfe einer Gleichspannung, die aus der Batterie 12 entnommen

TUBE CIRCUITS, Sealy, McGraw-Hill Book Company, Inc. (New York), 1950, beschrieben ist.

Bei der Inbetriebnahme ist die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Meßröhre dadurch charakterisiert, daß sich das Verhältnis der Elektronenstromverteilung zwischen den Sammelelektroden als eine Funktion des jeweiligen Gasdruckes ergibt. Die zwei Sammelelektroden 5 und 6 werden auf einem positiven Potential gehalten, um die von der Kathode 4 aus

wird. Die positive Klemme dieser Batterie ist über 55 gesandten Elektronen zu beschleunigen und anzu-Widerständella, Hb bzw. ISa, 15 b, deren Ein- ziehen.

schaltung von der Steuerung der Schalter 9 und 9 a An der untersten Grenze des Gasdruckes, der

abhängig ist, mit den entsprechenden Elektroden durch diese Meßvorrichtung ermittelt werden kann, über LeiterS und 14 verbunden. Das positive Poten- sind die Potentiale an den Sammelelektroden und tial, das auf diese Weise an die Sammelelektroden 5 60 die Ausbildung dieser Elektroden so gewählt, daß und 6 angelegt wird, bewirkt eine Beschleunigung die meisten der Elektronen das Gitter 5 passieren

und ein Auffangen derjenigen Elektronen, die durch die Kathode emittiert werden, doch kommt dadurch noch keine Ionisation des Gases innerhalb der Röhre zustande. iBüie bestimmte ZaM von Meßinstrumenten, beispielsweise Mikroamperemeter 10, 10 a und 13, sind mit den Sammelelektroden 5 und 6 sowie der Kathode 4 verbunden, um eine Messung der Elek-

und von der entfernten oder zweiten Sammelelektrode 6 aufgefangen werden.

Wenn der Gasdruck innerhalb der Röhre 1 steigt, werden die Elektronen, die von der Kathode 4 ausgesandt werden, einer größeren Zahl von Zusammenstößen ausgesetzt, bevor sie die Kollektorelektroden erreichen. Die Zusammenstöße zwischen den Elek-

tronen und den Gasmolekülen verzögern die ersteren, so daß sie längere Zeit im Bereich der Sammelelektrode 5 bleiben. Die in geringem Maß positiv geladene Elektrode 5 zieht die Elektronen an, so daß durch sie ein über die Elektrode .fließender Strom hervorgerufen wird. Auf diese Weise ändert sich die Verteilung der Elektronenströme, die über die Sammelelektrode 5 ,und die Sammelelektrode 6 fließen, indem der über die Elektrode 5 fließende Strom steigt und der über die Elektrode 6 fließende Strom abnimmt. Bei sehr hohen Drücken, d. h. bei Drücken im Bereich mehrerer Millimeter Quecksilbersäule etwa im Bereich von 10 000 Mikron, werden die Elektronen tausenden derartiger Zusammenstöße ausgesetzt, und nahezu alle Elektronen werden von der der Kathode 4 benachbarten Elektrode 5 aufgefangen.

Dieses Verhältnis zwischen dem Elektronenstrom Ip, der über die Elektrode 6 fließt, und dem jeweiligen Gasdruck ist in einleuchtender Weise in der Kurve in Fig. 7 dargestellt. Diese Figur zeigt, daß der Strom Ip, der im Ausgangsstromkreis der Kollektorelektrode 6 fließt, logarithmisch abnimmt, während der Druck sich von 1 Mikron auf 10 000 Mikron erhöht. Im Gebiet von 10 000 Mikron ist der Elektronenstrom Ip vernachlässigbar klein. Man erkennt also, daß man mit Hilfe eines Anzeige- und Meßinstrumentes, wie beispielsweise mit Hilfe eines Mikroamperemeters, das in den Ausgangskreisen der Sammelelektrode 6 geschaltet ist, den jeweiligen Gasdruck bestimmen kann, indem man dieses Meßinstrument unmittelbar in Druckeinheiten eicht.

Die vorwiegend direkte Meßmethode, wie sie bisher an Hand der Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, benutzt im wesentlichen als Anzeigegröße den über eine der Elektroden fließenden Elektronenstrom. Dies kann in bestimmten Fällen unerwünscht sein, da durch Änderungen der Temperatur der Kathode der Elektronenstrom beeinflußt wird, so daß eine dadurch bewirkte Elektronenstromänderung fälschlicherweise auch eine Änderung des jeweiligen Gasdruckes anzeigt. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, ist es natürlich möglich, den Emissionsstrom der Kathode konstant zu halten. Es ist jedoch bedeutend einfacher, ein Verfahren zu wählen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Bei der Vorrichtung nach Fig. 3 enthält die Röhre nach Fig. 1 ein evakuiertes Gehäuse 2, eine einen Elektronenstrom emittierende Kathode 4 und ein Paar von Sammelelektroden 5 und 6. Außerdem ist die Anordnung so getroffen, daß das Verhältnis der von den beiden Sammelelektroden aufgenommenen Elektronenströme als Meßgröße des jeweiligen Gasdruckes ausgewertet wird. Zu diesem Zweck sind die Sammelelektroden 5 und 6 mit einem Differentialmeßgerät 20 verbunden, das nur schematisch dargestellt ist und das das Verhältnis des Elektronenstromes der Elektrode 5 (Ig) zu demjenigen der Elektrode 6 (Ip), d. h. γ anzeigt. Das in der Fig. 3 mit 20 bezeichnete Differentialmeßgerät ist in der üblichen Weise ausgebildet. Beispielsweise kann man hierzu ein Paar eine logarithmische Kennlinie besitzender Dioden benutzen, mit deren Hilfe das Verhältnis der beiden Ströme vermittelt wird. Eine derartige Vorrichtung ist in der Fig. 5. 36, S. 125 des Buches ELECTRONIC INSTRUMENTS, Radiation Laboratory Series, Vol.21, Greenwood, Ho ld am und Macrae, McGraw-Hill Book Company, Inc. (1948), New York, beschrieben. Es ist augenscheinlich, daß man dann, wenn man das Verhältnis der Ströme auswertet, nicht mehr von der Änderung des Emissionsstromes abhängig ist, weil die Summe der von den Sammelelektroden aufgefangenen Elektronenströme jeweils dem Emissionsstrom der Kathode entspricht. Die Verteilung der Elektronenströme zwischen den Sammelelektroden ist eine Funktion des jeweiligen Gasdruckes und unabhängig von der absoluten Höhe des Emissionsstromes. Infolgedessen bleibt das Verhältnis zwischen diesen Strömen bei einem gegebenen Druck konstant und ist unabhängig von der jeweils stattfindenden tatsächlichen Emission. Die Anordnung nach Fig. 3 erfordert jedoch ein sehr genau arbeitendes Meßinstrument, um das Verhältnis der Ströme zu erfassen, die in den Ausgangskreisen der beiden Sammelelektroden fließen.
Es wurde festgestellt, daß die Vorrichtung sehr

ao weitgehend auf Veränderungen reagiert, die in den verschiedenen Größen auftreten. Wenn beispielsweise die mit den Sammelelektroden in Reihe liegenden Widerstände, die an die SammeMektroden angelegten Spannungen und der Emissionsstrom oder die Temperatur der Kathode verändert werden, kann man die Empfindlichkeit der Anordnung in den verschiedensten Druckbereichen variieren, oder man kann die Vorrichtung so einstellen, daß sich in einem verhältnismäßig kleinem Druckbereich ein Maximum an Empfindlichkeit ergibt. Die Fig. 8 und 9 zeigen derartige Möglichkeiten. In der Fig. 8 ist der Druck in Mikron längs der Abszissenachse aufgetragen, während das Verhältnis -~ längs der Ordi-

natenachse aufgetragen ist. Es sind drei Kurven a, b, c dargestellt, worin die Kurve« die Verhältnisse darstellt, wenn der mit der Elektrode 6 in Reihe liegende Widerstand R 6 sehr groß ist im Verhältnis zu demjenigen, der mit der Elektrode 5 (R 5) in Reihe liegt.

Beispielsweise beträgt bei der Kurve a

RS= 100 Ohm
R6 = 5000 0hm
B = 37 Volt

Die Kurve zeigt, daß durch das Instrument ein Bereich erfaßt werden kann, der zwischen 10 und 700 Mikron liegt, und zwar infolge des gewählten Verhältnisses von R 6: R 5. Die Kurve b zeigt, daß _₀ dann, wenn die Elektrodenspannungen bei Beibehaltung des oben angegebenen Widerstandsverhältnisses geändert werden, ein ausnutzbarer Meßbereich von 10 bis 700 Mikron besteht. Die Konstanten, die die Kurven ergeben, sind

= 100 Ohm
R6 = 5000 0hm
B = 22 Volt

Wenn infolgedessen die Reihenwiderstände konstant gehalten und das Batteriepotential verändert wird, kann ein größerer Druckbereich erfaßt werden als derjenige, der in der Kurve α gezeigt ist.

Wenn die Batteriespannung konstant gehalten wird und das Verhältnis der mit den Elektroden in Reihe liegenden Widerstände verändert wird, ist es möglich, die höchste Empfindlichkeit in einem anderen Bereich zu erreichen, wie dies beispielsweise die Kurve c zeigt.

Wenn der Widerstands5 in Reihe mit der Elektrode 5 beispielsweise doppelt so groß gemacht wird wie der Widerstand R 6, der mit der anderen Sammelelektrode 6 in Reihe liegt, kann in einem begrenzten Bereich eine höchste Empfindlichkeit erzielt werden. Dies zeigt die Kurve c, in der nachfolgende Werte vorliegen:

B = 37VoIt

RS = 4600 Ohm

R6 = 2200 0hm

wendige Zeit sehr klein ist, verglichen mit der Netzfrequenz von 60Hz₃ befinden sich die einzelnen Elektronen in einem bestimmten Beobachtungszeitpunkt in einem Gleichfeld, wenn die positive HaIbwelle der Netzspannung an die Sekundärwicklung des Transformators 23 angeschaltet ist. Infolgedessen werden während der positiven Halbwelle der Netzspannung die Elektronen emittiert und durch die zugeordneten Sammelelektroden aufgefangen, und zwar ίο in Abhängigkeit vom Gasdruck, der innerhalb der Röhre herrscht. Während der negativen Halbwele der Netzspannung, die an den Transformator 23 angeschaltet ist, ist das Feld innerhalb der Elektronenröhre 1 negativ, und es bildet sich innerhalb der

Die höchste Empfindlichkeit in einem begrenzten
Meßbereich wird in der Kurve c dadurch ermöglicht,
daß die Widerstände R 6 und R S in dem angegebenen Verhältnis zueinander stehen. Die Fig. 8 15 Röhre um die Emitterelektrode eine trennende Raumzeigt deshalb eindeutig, daß man die Möglichkeit be- ladung. Wenn das elektrische Feld während der

sitzt, durch Wahl der verschiedenen Parameter der Meßvorrichtung die jeweils gewünschte und für den jeweiligen Zweck geeignete Meßcharakteristik zu geben.

Fig. 9 zeigt, daß der gesamte Emissionsstrom, d. h. der Strom, der durch die Sammelelektroden aufgefangen wird, ebenfalls von den Druckveränderungen

nächsten positiven Halbwelle der Netzspannung wieder positiv wird, wandert diese Raumladung zu den beiden Sammelelektroden. Infolgedessen arbeitet die Röhre als Gleichrichter, und die Ausgangsströme bilden gleichgerichtete Halbwellensignale, die in einem Meßinstrument, wie beispielsweise in dem Meßgerät 25, das in Reihe mit der Kollektorelek-

100 Mikron im wesentlichen konstant bleibt, dann aber sehr rasch im Bereich von 100 bis 10 000 Mikrön abfällt.

Bei der Beschreibung der Meßvorrichtung, wie sie d Fi 1 2 3 dll

rende Kathode 4 und ein Paar von Sammelelektroden 5 und 6 vorgesehen, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und die zusammen das Meß-

abhängt. Aus der Kurve geht hervor, daß der ge- trode 6 liegt, angezeigt werden können. Die Röhre 1 samte Strom in Milliampere im Bereich von 1 bis 25 besitzt somit eine gleichrichtende Wirkung und erlaubt dadurch die Verwendung einer Wechselspannung.

Der geregelte Kathodenstromkreis enthält einen Widerstand 29, einen Verstärker 28 und eine Regelin den Fig. 1, 2, 3 dargestellt ist, wurde immer ein 30 wicklung 27, die folgendermaßen wirksam sind: Gleichspannungspotential vorausgesetzt. Die vor- Solange der gesamte Emissionsstrom konstant

liegende Erfindung ist jedoch darauf nicht begrenzt, bleibt, ist auch der Spannungsabfall am Widerstand sondern kann auch mit Wechselspannung arbeiten. 29 konstant, da dieser Widerstand vom Kathoden-Die Fig. 4 zeigt daher eine Meßvorrichtung, die strom durchflossen wird. Damit ist auch der AusMöglichkeiten zur Regelung des Emissionsstromes 35 gangsstrom des Verstärkers 28 konstant und in derbesitzt. Im Gehäuse 2 sind eine Elektronen emittie- selben Weise der die Wicklung 27 durchfließende

Strom. Wenn der Emissionsstrom sich verändert, ändert sich auch der Spannungsabfall am Widerstand 29, wodurch der die Regelwicklung 27 durchfließende

rohr 1 darstellen. Die Sammelelektroden 5 und 6 40 Strom verändert wird und damit durch Änderung der sind über Widerstände 21 und 22 miteinander ver- Vormagnetisierung des Transformators 24 auch eine bunden und stehen über diese Widerstände 21 und entsprechende Änderung der Ausgangsspannung an 22 außerdem mit der Sekundärwicklung des Trans- der Sekundärwicklung 26 hervorruft. Auf diese Weise formators 23 in Verbindung, die die Wechselspan- kann jede Änderung des gesamten Emissionsstromes nung liefert. Die Primärwicklung des Transformators 45 ein Steuersignal am Widerstand 29 erzeugen, durch ist an eine Wechselstromquelle geschaltet. Das eine das der Stromfluß durch die Windung 27 beeinflußt Ende der Sekundärwicklung ist an die Verbindung wird, und zwar in der Weise, daß die Amplitude der der beiden Widerstände 21 und 22 angelegt, während Kathoden- oder Heizspannung, die an der Wicklung das andere Ende über einen einen Spannungsabfall 26 abgenommen wird, im jeweils gewünschten Sinne bewirkenden Widerstand 29 mit der Mittenanzapfung 50 beeinflußt wird.

der Sekundärwicklung 26 des Transformators 24 zu- Die Meßvorrichtung, die in den Fig. 1 bis 4 dar-

sammengeschaltet ist. Der zusätzliche Transformator
24 enthält eine Primärwicklung, die an eine Wechselspannung angeschaltet wird, und zwei Sekundärwicklungen 26 und 27, von denen die letztere über 55 kufe nur sehr wenig abgebremst werden. Eine beeinen Verstärker 28 parallel zu einem Widerstand 29 merkenswerte Änderung in der Elektronen-Stromverliegt und infolgedessen als Regelwicklung wirkt, um
die Amplitude der der Kathode 4 zugeführten
Kathodenspannung zu regeln. Der eine Ausgang der

zweiten Sekundärwicklung 26 ist unmittelbar mit der 60 eine ausreichende Empfindlichkeit derMeßvorrichtung Kathode 4 zusammengeschaltet. Am Widerstand 29 zu gewährleisten, kann, wie bereits angedeutet wurde, tritt ein Spannungsabfall auf, der von der Größe des in axialer Richtung ein magnetisches Feld einge-Kathodenstromes abhängig ist, wobei diese Spannung schaltet werden, welches die Elektronen so beeinauf den Verstärker 28 gelangt, um dadurch die flußt, daß sie sich in spiralförmigen Bahnen bewegen Regelwicklungen 27 des Sättigungstransformators 24 65 und dadurch die Zusammentreffmöglichkeit mit Gaszu beeinflussen. molekülen erhöhen. Die Fig. 5 zeigt eine derartige

Da die zur Überwindung des Weges zwischen der Meßvorrichtung. Die Röhre 1 enthält eine Elek-Kathode4 und den Sammelelektroden 5 und 6 not- tronen emittierende Kathode 4, eine mit Durch-

g, g

gestellt ist, besitzt im Druckbereich von 2 bis 3 Mikrön nur eine sehr geringe Empfindlichkeit, da die Elektronen durch die noch vorhandenen Gasmole

teilung zwischen den beiden Elektroden läßt sich in diesem Fall nicht mehr erreichen.
Um trotzdem auch bei solchen geringen Drücken

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brechungen versehene Sammelelektrode 5 und eine zweite Sammelelektrode 6, die alle in dem Gehäuse 2 untergebracht sind. Die gesamte Vorrichtung befindet sich im Luftspalt eines im wesentlichen U-förmigen Magnetkreises 30, der eine Erregerwicklung 31 besitzt, über die ein sich in axialer Richtung erstreckendes magnetisches Feld aufgebaut werden kann. Die Wicklung 31 ist über zwei Leiter 32 mit der Sekundärwicklung eines Transformators 33 verbunden, dessen Primärwicklung an eine der üblichen Wechselstromquellen angeschaltet ist. Die Vakuumröhre 1 kann sowohl durch eine Wechselspannung als auch durch eine geregelte Gleichspannung, die an die Kathode 4 angeschaltet wird, betrieben werden. Bei einer Ausführungsform, die sich im wesentlichen an diejenige der Fig. 2 anlehnt, sind die beiden Sammelelektroden 5 und 6 über ein Paar Reihenwiderstände 34 und 35 miteinander verbunden und andererseits an die Sekundärwicklung des Transformators 36 angeschaltet. Die Primärwicklung dieses Transformators liegt am selben Wechselstrompotential, das auch den das magnetische Feld erzeugenden zusätzlichen Transformator 33 speist. Die Kathode 4 ist an eine geeignete Kathodenspannung mit Hilfe der Sekundärwicklung 37 des Transformators 38 geschaltet, dessen Primärwicklung wiederum mit derjenigen Wechselstromquelle in Verbindung steht, die auch die Primärwicklungen der Transformatoren 33 und 36 speist.

Es ist außerdem ein Reglerkreis vorgesehen, der entsprechend demjenigen der Fig. 4 ausgebildet ist und durch den die Kathodenspannung eingestellt wird. Er enthält einen Widerstand 41, der in Reihe zur Sekundärwicklung des Transformators 36 liegt und andererseits an die Mittenanzapfung der Wicklung 37 geschaltet ist. Der Spannungsabf al am Widerstand 41 bewirkt über den Verstärker 40 eine entsprechende Einstellung des die Steuerwicklung 39 durchfließenden Stromes und erlaubt somit die Einregelung der Kathodenspannung, wenn der Emitterstrom sich ändern sollte. Die Art und Weise, wie diese Regulierung vorgenommen wird, ist bereits an Hand der Fig. 4 beschrieben worden und soll infolgedessen nicht mehr wiederholt werden. Es ist ausreichend festzustellen, daß der Emissionsstrom mit HiKe der Wirkung dieser Regelvorrichtung konstant gehalten wird.

Bei der Einschaltung wird der spiralförmige Elektronenstrom dadurch hervorgerufen, daß das sich in axialer Richtung erstreckende magnetische Feld rechtwinklig auf die radial austretenden Elektronen einwirkt. Diese verlassen die Kathode 4 in radialer Richtung und bewegen sich auf die zylindrischen Sammelelektroden 5 und 6 zu. Das hierzu senkrecht verlaufende magnetische Feld erzeugt in bekannter Weise eine spiralförmige Ellektronenbewegung, welche, wie bereits oben erwähnt, die Möglichkeiten vergrößert, daß es zu Zusammenstößen mit Gasmolekülen kommt. Im Endergebnis wird hierdurch die Empfindlichkeit an der unteren Grenze des Druckbereiches vergrößert. Selbstverständlich kann auch ein gleichgerichtetes Magnetfeld oder ein permanenter Magnet mit demselben Erfolg Anwendung finden.

Die Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform einer Meßvorrichtung, bei der ebenfalls ein magnetisches Feld vorhanden ist, das jedoch durch eine Gleichstromquelle erzeugt wird. Das Gehäuse 2 der Röhre enthält eine Elektronen emittierende Kathode 4 und ein Paar Sammelelektroden 5 und 6 und befindet sich im Luftspalt ernes U-förmigen Eisenkreises 42, der eine Wicklung 43 trägt. Dadurch wird ein sich in axialer Richtung erstreckendes Magnetfeld erzeugt,

ίο das eine spiralförmige Bewegung der von der Kathode 4 austretenden Elektronen hervorruft. Die Wicklung 43, die auf den Eisenkern 42 aufgewickelt ist, ist mit irgendeiner bekannten Gleichstromquelle verbunden, um ein konstantes axiales Magnetfeld zu erzeugen. Die die Elektronen sammelnden Elektroden 5 und 6 sind an die positive Klemme der Gleichspannungsquelle 48 angeschaltet, die beispielsweise durch die Batterie dargestellt sein kann. In dieser Verbindung liegen Widerstände 44 und 45 und zwei Strommesser 46 und 47, die durch Mikroamperemeter dargestellt sein können. Die Kathode 4 ist über ein Paar entsprechender Leiter 49 an eine Teilspannung 48 angeschaltet. Die Vorrichtung nach Fig. 6 arbeitet in der gleichen Weise wie diejenige nach Fig. 5, wobei der einzige Unterschied in der unterschiedlichen Stromversorgung liegt.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß es sich hier um eine Meßvorrichtung handelt, die einfach, genau und außerordentlich anpassungsfähig an die jeweils gewünschten Gegebenheiten ist, ohne daß hierzu die Ionisation eines gasförmigen Mediums als meßbare Anzeigemittel für den jeweiligen Gasdruck Verwendung findet.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen niedriger Gasdrücke, bei der in einem Meßgefäß, das in Verbindung mit dem Raum steht, in dem der Gasdruck zu messen ist, eine Elektronen emittierende Elektrode und zwei Sammelelektroden so angeordnet sind, daß zumindest ein Teil der emittierenden Elektronen durch die erste Sammelelektrode hindurch zu der zweiten Sammelelektrode gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelelektroden um einen so kleinen Betrag positiv gegenüber der emittierenden Elektrode sind, daß die Elektronen angezogen werden, ohne daß eine meßbare Ionisation des Gases erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Klemme einer Spannungsquelle mit der emittierenden Elektrode und die positive Klemme der Spannungsquelle über Widerstände mit jeder der beiden Sammelelektroden verbunden ist, so daß sich das Verhältnis der Ströme in den beiden Widerständen auf Grund des Verhaltens der Elektronen mit dem Gasdruck in der Vorrichtung ändert.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 369 326;

deutsche Auslegeschriften Nr. 1 002 968,
1 013 896;
USA.-Patentschrift Nr. 2501702.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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