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UV-empfindliche Gasentladungsröhre nach dem Geiger-Müller-Prinzip
Die Erfindung betrifft eine auf UV-Strahlung ansprechende und durch ihr Zünden das
Auftreten von UV-Strahlung anzeigende Gasentladungsröhre nach dem Geiger-Müller-Prinzip,
insbesondere für Flammenwächter. Die bekannten Röhren dieser Art werden an eine
bestimmte Arbeitsspannung angeschlossen, die zwischen der Brennspannung und der
Selbstzündspannung der Röhe liegen muß, und durch UV-Photonen gezündet, die durch
die UV-durchlässige Gashülle in den Füllgasraum eintreten. Der dabei fließende Strom
kann beispielsweise das Vorhandensein einer Flamme anzeigen.
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Es hat sich herausgestellt, daß derartige Gasentladungsröhren in manchen
Fällen bei Anlegen der vorausberechneten Arbeitsspannung von selbst, also ohne Vorhandensein
einer UV-Strahlung, zünden. Das bedeutet, daß die Röhre Strom führt und beispielsweise
bei ölfeuerungsanlagen eine Belichtung anzeigt und die Ölpumpe in Betrieb hält,
obgleich gar keine Flamme brennt. Bei Feuermeldern würde automatisch Alarm gegeben
werden, obgleich kein Grund dafür vorhanden ist. Bei vielen Röhren tritt dieser
Nachteil nicht schon bei der Inbetriebnahme, sondern erst nach einer gewissen Betriebszeit
auf. Der Einsatz derartiger Röhren verbot sich daher in denjenigen Fällen, wo ein
absolut korrektes Steuerverhalten verlangt wurde.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg anzugeben, wie
UV-Röhren dieser Art gegen derartige Störungen absolut betriebssicher gemacht werden
können.
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Dieses Ziel kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß Arbeitsspannung,
Gasart und Produkt von Gasdruck und Elektrodenabstand derart gewählt sind, daß der
beim Zutritt von Luft durchlaufene Teil der Selbstzündspannungskennlinie, der die
Arbeitspunkte steigenden Drucks auf einer Schar von Paschenkurven des Gas-Luft-Gemisches
mit steigendem Luftanteil verbindet, oberhalb der Arbeitsspannung liegt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der Arbeitsbereich, in
welchem die Gasentladungsröhre sachgemäß arbeitet, nicht fest vorgegeben ist. Er
ändert sich vielmehr deshalb, weil die meisten Röhren irgendwelche mikroskopisch
feinen Undichtigkeiten zeigen, beispielsweise an der Einführung der Steckerstifte
oder durch die Glashülle, durch die im Laufe der Zeit Luft in den unter Unterdruck
stehenden Innenraum eintritt. Infolge dieses Luftzutritts ändert sich die Paschenkurve,
die für ein bestimmtes Gas oder Gasgemisch die Abhängigkeit der Selbstzündspannung
vom Produkt Gasdruck mal Elektrodenabstand angibt, sowie infolge des Druckanstiegs
auch der Arbeitspunkt auf der jeweiligen Paschenkurve. Es ist bekannt, daß die Paschenkurve
mit steigendem Produkt zunächst bis zu einem Minimum der Zündspannung absinkt und
anschließend wieder ansteigt. Wenn nun die Röhre zu Anfang auf einem Punkt weit
links des Minimums der Paschenkurve betrieben wird, sinkt durch den Zutritt von
Luft die Selbstzündspannung stark ab, so daß ein Selbstzünden bei normaler Arbeitsspannung
auftreten kann. Wenn man dagegen die Kennwerte im Sinne der Erfindung wählt, kann
man dafür sorgen. daß die Selbstzündung niemals unter die Arbeitsspannung absinkt
und damit ein sicherer Betrieb der Gasentladungsröhre gewährleistet ist.
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Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das erstrebte Ziel zu erreichen.
So kann man beispielsweise die Arbeitsspannung derart wählen, daß auch das Minimixm
der Selbstzündspannungskennlinie oberhalb dieser Arbeitsspannung liegt.
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Allerdings muß die Selbstzündspannungskennlinie für einen bestimmten
Ausgangswert der einzelnen Faktoren jeweils ermittelt werden, da Pasehenkurven nur
für reine Gase bzw. Gasgemische mit konstantem Mischungsverhältnis vorliegen. Man
kann aber ohne derartige Versuche sicher sein, die richtige Zuordnung der Werte
zu treffen, wenn die Röhre bei gegebenem Elektrodenabstand mit einem solchen Gas
gefüllt ist, daß das Minimum der Paschenkurve des Gases unterhalb des Minimums der
Paschenkurve von Luft liegt.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Ausgangswert der Selbstzündspannungskennlinie
auf dem Zweig rechts des Minimums der Paschenkurve des Gases anzuordnen.
Es
ist zwar bereits bekannt, eine Gasentladungsröhre auf dem Kurvenast rechts des Minimums
der Paschenkurve zu betreiben. Hierbei handelt es sich aber um eine Gasentladungsröhre,
die lediglich durch das Anlegen von Spannung gezündet werden soll. Der Arbeitsbereich
liegt daher oberhalb der Selbstzündspannung, also gerade in dem Bereich, der bei
der erfindungsgemäßen Röhre vermieden werden soll. Außerdem ist dieser Kurvenast
gewählt, weil unter den in der Röhre auftretenden Bedingungen längs dieses Astes
eine Spannungserniedrigung erfolgt, während erfindungsgemäß eine Erhöhung der Selbstzündspannung
angestrebt wird.
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Wenn sich beispielsweise bei der Fertigung von solchen Gasentladungsröhren
herausstellt, daß die einzelnen Faktoren den erfindungsgemäßen Bedingungen nicht
entsprechen, kann man durch Wahl einer anderen Arbeitsspannung, einer anderen Gas-oder
Gasgemischart, eines anderen Gasdruckes oder eines anderen Elektrodenabstandes bzw.
durch entsprechende Wahl mehrerer dieser Faktoren die gewünschten Bedingungen einstellen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Diagramms näher erläutert,
in welchem die Paschenkurven für Luft und ein Füllgas eingetragen sind.
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über dem Produkt des Gasdruckes p im Innern der Gasentladungsröhre
und dem Elektrodenabstand d ist die Zündspannung U, von einem Gas (Paschenkurve
G) und von Luft (Paschenkurve L) aufgetragen. Derartige Paschenkurven finden sich
beispielsweise in »Tabellen der Elektronenphysik, Ionenphysik und übermikroskopie«,
Bd.II, von Manfred von A r d e n n e .
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Aus diesem Diagramm ist deutlich zu ersehen, daß die Selbstzündspannung
mit steigendem Produkt p - d zunächst sehr stark absinkt und dabei leicht
unter die normale Arbeitsspannung geraten kann, wenn infolge des Zutritts von Luft
sich der Gasdruck im Innern der Röhre und damit das Produkt p - d
vergrößert.
Würde die Röhre ordnungsgemäß arbeiten, also absolut dicht sein, könnte man ohne
weiteres auf einem Punkt weit oberhalb des Kurvenastes links vom Minimum arbeiten
und die Arbeitsspannung zwischen diesem Punkt und dem Minimumpunkt anordnen. Infolge
des Luftzutritts ergeben sich aber hierbei die erwähnten Schwierigkeiten.
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In dem Diagramm sind zwei Ausführungsbeispiele eingetragen, wie man
erfindungsgemäß vorgehen kann: 1. Zu der Arbeitsspannung Uül ist mit Hilfe der Gasart,
dem Gasdruck und dem Elektrodenabstand in der Fabrikation die Selbstzündspannung
P1 eingestellt worden. Beim Zutritt von Luft geht die Paschenkurve G des Gases allmählich
in die Paschenkurve L der Luft über, so daß sich im Übergangsbereich die Selbstzündspannungskennlinie
ü1 ergibt. Da die Arbeitsspannung Ual unterhalb des Minimums der Kurve G liegt,
kann es nicht zu einer überschneidung dieser. Kennlinie mit der Arbeitsspannung
kommen. Wie man aus der Darstellung ersieht, könnte aber die Arbeitsspannung Uas
auch noch etwas angehoben werden, da die Kennlinie ü1 nicht mehr abfällt, sondern
zunächst horizontal beginnt und dann allmählich ansteigt. 2. Die Faktoren sind bei
der Röhre so gewählt, daß sich die Selbstzündspannung P2 ergibt. In diesem
Fall kann die Arbeitsspannung U.12 weit über den Minimumwert der Kurve G gelegt
werden, da auf jeden Fall der Punkt P2 die niedrigste Zündspannung UZ der betreffenden
Röhre kennzeichnet und der anschließende Teil der Selbstzündspannungskennlinie Ü2
stark ansteigt.
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Eine erfindungsgemäße Röhre kann die in der Zeichnung dargestellte
Form haben und aus einer UV-durchlässigen Glashülle 1, einem Sockel 2, einem Gasraum
3 innerhalb der Hülle und zwei Elektroden 4 und 5 mit Steckstiften 6 und 7 bestehen.
Beim Einfall von UV-Strahlung in den Gasraum 3 zündet die an ihre Arbeitsspannung
angeschlossene Röhre.