DE1414564B2 - Verwendung eines logarithmischen Strommeßgerates in Ionen oder Ionengetter pumpen - Google Patents
Verwendung eines logarithmischen Strommeßgerates in Ionen oder Ionengetter pumpenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines logarithmischen Strommeßgerätes im Entladungsstromkreis
einer Ionen- oder Ionengetterpumpe.
Durch die deutsche Patentschrift 699 956 ist ein Spannungsmeßgerät mit logarithmischer Charakteristik
bekanntgeworden, das aus einem Gleichspannungsmeßgerät mit einem nichtlinearen Vorwiderstand
in Form von zwei gegensinnig geschalteten Dioden und einem Parallelwiderstand zu dieser Serienschaltung
besteht, wobei ein weiterer ohmscher Widerstand und Dioden zur Kompensation von Temperaturfehlern der genannten Schaltung noch
vorgeschaltet sind.
Durch die Veröffentlichung in der Zeitschrift »AEG-Mitteilungen«, 1959, S. 130, ist ferner die Erzielung
von angenähert logarithmischen Meßcharakteristiken bei Drehspulmeßwerken unter Anwendung
von dem Meßwerk parallelgeschalteten Dioden und Parallelwiderständen bekanntgeworden.
Ferner ist es durch das Buch von R. J a e c k e 1, »Kleinste Drucke, ihre Messung und Erzeugung«,
1950, insbesondere S. 67 und 72, bekanntgeworden, bei Ionisationsmanometern Meßinstrumente zu verwenden,
bei denen in exponentieller Weise der Anzeigewert von dem zu messenden Druck abhängt, und
zwar unter Anwendung von Glimmlichtröhren, bei denen die Glimmlichtlänge ein Maß für den die
Röhre durchfließenden Strom bildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Ionen- oder Ionengetterpumpe, bei der der Entladungsstrom
während des Pumpvorganges sehr stark unterschiedliche Werte annimmt, eine dem jeweiligen
Druck angepaßte momentane Strommessung durchführen zu können.
Bei derartigen Hochvakuumpumpen schwankt der die Pumpe durchfließende Strom während des
Pumpvorganges zwischen 1 μΑ und etwa 200 mA, wenn die Pumpe in einem Bereich zwischen 10~3
bis 10~10mmHg arbeitet. Bei dem Inbetriebsetzen der Pumpe ist mit einem verhältnismäßig hohen
Druck der Pumpe zu rechnen, und es kann dann der Entladungsstrom, verbunden mit einem hohen Leistungsumsatz
in der Pumpe, sehr groß sein, wodurch sich in diesem Zustand nachteilige Erscheinungen
für die inneren Teile der Pumpe ergeben können.
Die Erfindung bezweckt daher, die zur Überwachung des Entladungsstromes bei der Pumpe vorgesehene
Meßvorrichtung derart auszubilden, daß der Meßkreis mit einer stark zusammengedrängten
Meßskala arbeitet, wenn infolge eines hohen Drukkes mit hohem Entladungsstrom und hoher Leistungsumsetzung
in der Pumpe zu rechnen ist, daß jedoch in einfacher Weise der Meßkreis auf hohe
Empfindlichkeit umschaltbar ist, wenn die Pumpe ein hohes Vakuum geschaffen hat.
Zum Lösen dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Verwendung eines logarithmischen Strommeßgerätes,
das aus der Parallelschaltung einer Diode mit logarithmischer Strom-Spannungs-Charakteristik
und einem Meßinstrument mit Vorwiderständen besteht und bei dem zur wahlweise linearen Anzeige
ein parallel zu den Widerständen zuschaltbarer Widerstand vorgesehen ist, im Entladungsstromkreis
einer Ionen- oder Ionengetterpumpe vor.
Die Ausbildung des Strommeßgerätes allgemein ist nicht Gegenstand der Erfindung.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltungsanordnung für die Verwendung nach der Erfindung
kennzeichnet sich dadurch, daß durch eine gemeinsam betätigte Schalteranordnung gleichzeitig der zu
den Vorwiderständen des Meßinstrumentes parallel anschaltbare Widerstand und zu der Diode ein Parallelwiderstand
zuschaltbar sind. Die Schaltungsanordnung gestattet damit in einfachster Weise die
Umschaltung der Meßanordnung auf die verschiedenen zu verarbeitenden Entladungsströme zu bewerkstelligen.
Ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung für die Verwendung nach der Erfindung ist in der
nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit einer Figur beschrieben.
Die Figur zeigt das Schaltbild eines Stromversorgungs- und Strommeßgerätes zum Anschluß an eine
Ionengetterpumpe.
In der Zeichnung ist ein Wechselstromgenerator 3 über einen doppelpoligen Schalter an den Transformator
eines Hochspannungsgeräts 4 angeschlossen. Typische Strom- und Spannungswerte für eine an
die Klemme 5 anschließende, mit Glimmentladung arbeitende Vakuumpumpe sind 2500 V Leerlaufspannung
und 180 mA Kurzschlußstrom.
Eine Filterkapazität 27 am Ende der Diodenschaltung des Gleichrichtergerätes 4 liefert Gleichstromleistung
von dem vorderen Ende der Diodenschaltung an den bei 5' anzuschließenden Verbraucher
und dient ferner dem Zweck, die Amplitude bei der Halbwellengleichrichtung des Gerätes 4 zu glätten.
Das hintere Ende der Diodenschaltung ist an Erde wie zuvor erörtert, angeschlossen und mit der Sekundärwicklung
13 des Transformators 11 verbunden. Ein Ableitwiderstand 28 parallel zu dem Kondensator
27 bewirkt eine Entladung der Kondensatoren des Gleichrichters.
Die Filteranordnung 4' zwischen dem Gleichrichter 4 und dem Verbraucher 5 leitet Hochfrequenzströme
ab, welche in dem Verbraucher auftreten könnten und verhindert dadurch eine Beschädigung
der Dioden 18, 19, 21, 22 in dem Gleichrichtergerät 4.
Der an die Belastung gelieferte Strom wird zwischen dem Gleichrichter 4 und dem Erdungspunkt
gemessen. Die Leitung vom hinteren Ende der Diodenkette ist an die Klemme C geführt und von dort
zur Klemme D des die Klemmen A bis F umfassenden Klemmenkastens 15 und zur Erdungsklemme F
über den Strommeßkreis 6, wobei die Klemmen C und D Anschlüsse bilden, an welche ein dem Außenstromkreis
anzuordnendes Meßgerät oder Relais angeschlossen werden kann. Da diese Klemmen in
dem Spannungserzeugungsgerät angeordnet sind, müssen, wenn im Außenstromkreis kein Meßinstrument
oder Relais verwendet wird, durch eine Kurzschlußverbindung 35 überbrückt werden. Ein Tiefpaßfilter
37 ist in den Strommeßkreis 6 eingeschaltet und hält von demselben Wechselstromkomponenten,
die in dem Gleichstrom auftreten, fern. Das Filter 37 besteht aus einer Kapazität 38, die gegen Erde eingeschaltet
ist, und aus einer Induktivität 39, welche in Serie mit der Kapazität 41 parallel zu der Kapazität
38 liegen.
Ein Strommeßkreis 6, dessen Bereich zwischen 200 000 zu 1 liegt und 1 μΑ bis 200 mA zu messen
gestattet, dient dem Zweck, den Strom der Glimmentladungshochvakuumpumpe zu messen. Eine Diode
42, welche beispielsweise eine Siliziumflächendiode
sein kann, liegt parallel zu dem Kondensator 41 des Filters. Die Diode ist so ausgewählt, daß die Spannung
an der Diode ungefähr proportional dem Logarithmus des die Diode durchfließenden Stromes ist.
An Stelle der Diode könnte auch eine Vakuumröhre oder ein Germanium-Halbleiter verwendet werden,
die charakteristischen Eigenschaften einer Siliziumflächendiode sind aber besonders geeignet für den
Bereich zwischen 1 μΑ und 200 mA.
Die Drehspule eines Meßinstrumentes 43 liegt in Serie mit den Widerständen 44, 45 und 46 und parallel
zu der Diode 42 und bildet ein Voltmeter, welches die Spannung an der Meßdiode 42 mißt und
dementsprechend logarithmisch den Strom anzeigt, welcher durch den Verbrauchers, die Ionen- oder
Ionengetterpumpe, im Bereich hoher Ströme fließt. Bei niedrigen Strömen, beispielsweise bei etwa 10 μΑ
in der Pumpe, wird der Strom durch den Voltmeterkreis größer als der Strom durch die Meßdiode 42,
und das System arbeitet praktisch linear. Die Kalibrierung des Meßinstrumentes ist derart, daß dieser
Umstand berücksichtigt wird. Die Skala des Meßinstrumentes 43 ist sowohl in Strömen als auch in
Drücken geeicht.
Der Widerstand 46 ist einstellbar und gestattet eine Kalibrierung des Meßinstrumentes 43, wenn das
erste Mal das Leistungsversorgungsgerät benutzt wird. Der Widerstand 44 liefert an den Klemmen E
und F eine Spannung, die proportional der Ablenkung des beweglichen Systems des Meßinstrumentes
ist, und es kann dort ein Potentiometer-Registriergerät angeschaltet werden. Der Registrierstreifen des
Potentiometer-Registriergerätes kann in ähnlicher Weise kalibriert werden, wie es die Vorderseite des
Meßinstrumentes 43 ist, so daß sowohl eine Anzeige des Stromes als auch des Druckes erhalten wird.
Eine Diode 47 liegt parallel zu der Diode 42 und ist umgekehrt zur Diode 42 angeordnet, so daß ein
zu hoher Strom von dem Meßinstrument 43 ferngehalten wird, wenn bei einer plötzlichen Stromunterbrechung
die in dem Filter 37 gespeicherte Energie entladen wird. Wenn auf diese Weise der Strom
unterbrochen wird, bewirkt die Induktivität 39 einen Stromfluß in die Kapazität 38 hinein, so daß eine
positive Ladung an der Kapazität 38 sich ausbildet. Der Strom fließt dann zurück durch die Induktivität
39, und eine positive Ladung erscheint an der Kapazität 41. Diese Spannung wirkt an der Spule des Meßinstrumentes
43 in der entgegengesetzten Richtung. Die Diode 47 lenkt den größten Teil des Stromes ab
und verhindert dadurch eine Beschädigung des Systems des Meßinstrumentes. Die Meßdiode 42 ist in
diesem Fall entgegengesetzt vorgespannt, und es fließt nur ein sehr geringer Strom durch dieselbe.
Die Genauigkeit der Meßanordnung ist beschränkt durch die zusammengedrängte Skala und die Empfindlichkeit
der Meßdiode gegenüber Temperaturschwankungen. Es können indessen Temperaturschwankungen
beträchtlich verringert werden, daß die Meßdiode 42 in einen gesteuerten Ofen gebracht
wird und die Dekalibrierung des beweglichen Systems des Meßinstrumentes und der Skalen des Aufzeichnungsgerätes
an die Charakteristiken der Meßdiode 42 angepaßt werden. Die Genauigkeit der beschriebenen
Ausführungsform der Erfindung ist aus dem Grund nicht extrem hoch getrieben, weil die
Bauteile auswechselbar sein sollen und das gesamte System einfach und zuverlässig sein soll.
Das Zusammenpressen von fünf Meßdekaden auf eine einzelne Skala macht das System verhältnismäßig
unempfindlich gegenüber kleinen Stromänderungen. Für gewisse Zwecke, beispielsweise, um Undichtigkeiten
festzustellen, ist es wünschenswert, sehr kleine Ströme zur Anzeige zu bringen, auch wenn der absolute
Wert des Stromes oder des Druckes dann nicht von großer Bedeutung ist. Dies wird dadurch erleichtert,
daß ein zweipoliger Umschalter 49 verwendet
ίο wird, welcher gleichzeitig den Widerstand 48 in parallel
zu den Widerständen 45 und 46 legt und den Widerstand 51 parallel zur Meßdiode 42. Es wird auf
diese Weise der Widerstand des Spannungsmessers verringert, und der variable Widerstand 51 läßt sich
von der Vorderseite des Meßgerätes einstellen, so daß der Zeiger des Meßinstrumentes 43 auf eine gewünschte
Stelle in der Nähe des vollen Ausschlages gestellt wird.
Wegen des verringerten Widerstandes des VoItmeterkreises
ist die Spannung an der Meßdiode 42 so niedrig, daß der Strom durch dieselbe vernachlässigt
werden kann. Der Meßzweig des Instrumentes ist nunmehr ein lineares Amperemeter mit linearem
Ausschlag und einer willkürlich gewählten Skala, wobei kleine Änderungen des Stromes leicht angezeigt
werden. Die Meßdiode 42 wirkt hier als Schutz des Meßinstrumentes, da der Strom, wenn der
variable Widerstand 51 nicht richtig eingestellt ist, abgelenkt wird, und es wird der Strom durch das
Meßinstrument 43 ungefähr auf den doppelten Skasenausschlag unter den schlechtesten Bedingungen
beschränkt.
Nachstehend wird eine Tabelle gegeben, in welcher geeignete Werte für die Größe der Schaltungselemente
eines erfindungsgemäßen Gerätes aufgeführt sind; das Gerät lieferte die Leistung für eine mit
Glimmentladung arbeitende ionische Vakuumpumpe und Getterzerstäubung der Kathode.
Schaltungselement | Größe |
38 | 100 μΡ |
39 | 1,5 |
41 | 80 μΡ |
44 | 2,5 K |
45 | 3OK |
46 | 5 K |
48 | 39 K |
51 | 100 K |
Claims (2)
1. Verwendung eines logarithmischen Strommeßgerätes, das aus der Parallelschaltung einer
Diode (42) mit logarithmischer Strom-Spannungs-Charakteristik und einem Meßinstrument (43)
mit Vorwiderständen (45, 46) besteht und bei dem zur wahlweise linearen Anzeige ein parallel
zu den Widerständen (45, 46) zuschaltbarer Widerstand (48) vorgesehen ist, im Entladungsstromkreis einer Ionen- oder Ionengetterpumpe.
2. Schaltungsanordnung für die Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
durch eine gemeinsam betätigte Schalteranordnung (49) gleichzeitig der zu den Vorwiderständen
(45, 46) des Meßinstrumentes (43) parallel anschaltbare Widerstand (48) und zu der Diode
(42) ein Parallelwiderstand (51) zuschaltbar sind.
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