DE1648463B1 - Vakuummeter - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Vakuummeter Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeich-

mit einer Elektronen aussendenden Fadenkathode, nung näher erläutert. Es zeigt

einer als Kollektor für die Elektronen dienenden F i g. 1 einen Querschnitt durch die verschiedenen

Anode und einer als Ionenkollektor dienenden Elek- Elektroden eines Trioden-Vakuummeters nach der

trode. 5 Erfindung,

Bekanntlich haben die üblichen Vakuummeter F i g. 2 einen weiteren durch die Achse der Faden-

nach Bayard-Alpert eine obere Druckgrenze von un- kathode gehenden Querschnitt der Entladungs-

gefähr 10 ~³ Torr. Inzwischen hat sich in jüngerer elemente des Vakuummeters nach F i g. 1 und

Zeit auch ergeben, daß durch gewisse Änderungen in Fig. 3 in auseinandergezogener Darstellung eine

der Geometrie des Gerätes die obere Grenze bis io bevorzugte Elektrodenanordnung in einer abgewan-

etwa 1 Torr erweitert werden kann. Bei einer der- delten Ausführungsform ähnlich der in Fig. 1 und 2

artigen Ausführung befindet sich eine Elektronen gezeigten.

aussendende Fadenkathode zwischen zwei parallel Fig. 1 zeigt eine Elektronen aussendende Faden-

und in geringem Abstand voneinander angeordneten kathode 1, die so angeordnet ist, daß sie axial in

Elektroden, von denen die eine als Elektronenkollek- 15 dem durch ein Paar paralleler Ionenkollektoren 2

tor-Anode und die andere als Ionenkollektor dient. und ein Paar paralleler, als Elektronenkollektor

Da Elektronen sich geradlinig und senkrecht zur dienender Anoden 3 begrenzten Raum verläuft. Jede

Ebene der Elektronenkollektor-Anode bewegen, der Anoden 3 hat die Form eines L-förmigen Streifens

werden jedoch Ionen gebildet, die auf ihrem Weg und beide sind an einer Lochplatte 4 befestigt, die

zum Ionenkollektor auf die Fadenkathode treffen 20 sich durch den genannten Raum zu den Enden des

können, da sie sich im wesentlichen rechtwinklig Aufbaus erstreckt, die in F i g. 1 nicht geschnitten

zum Ionenkollektor bewegen. Durch dieses Ionen- dargestellt sind. Die Ionenkollektoren 2 sind durch *

Bombardement wird der Faden beschädigt, insbeson- einen Draht bzw. Streifen 5 elektrisch verbunden. *

dere wenn er einen Überzug von bei niedriger Tem- Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt nach Linie A -A

peratur emittierendem Material aufweist, und es er- 25 der Fig. 1 zur weiteren Erläuterung der dort sche-

gibt sich außerdem ein frühzeitiges Abweichen von matisch gezeigten Elektrodenanordnung. Der Auf-

der Linearität der Druck-Strom-Charakteristiken des bau wird teilweise von einem Arm 9 über einen BoI-

Vakuummeters bei Drücken der Größenordnung von zen 7 und eine Anzahl keramischer Isolatoren 8 ab-

1 Torr. gestützt und zum andern Teil von einem ähnlichen,

Um die Linearität eines Vakuummeters bis zu der- 30 nur in F i g. 1 gezeigten, zweiten Arm 6 über einen

art hohen Drücken zu erstrecken, sind die folgenden gleichartigen Bolzen 10. Die Bolzen 7 und 10 lagern

Bedingungen einzuhalten: eine als Grundplatte dienende Lochplatte 11 sowie

a) Die Geometrie bzw. geometrische Anordnung die beiden Ionenkollektoren 2. Das weitere Elekmuß derart sein, daß die Elektronenwege sich trodenpaar, nämlich die Anoden 3 sowie die Fadenmit dem Druck nicht wesentlich ändern. 35 kathode 1 sind an der Platte 4 bzw. einer Konsole 12

b) Die Empfindlichkeit des Gerätes muß klein sein, [^{eW( €l}\ f™ ^Bolze*. ¹³ _A ™^ά keramische Abstandverglichen mit dem reziproken Wert des hoch- ^hf^lter *⁴ gelagert. Die Anoden 3 sind mit der Lochsten zu messenden Druckes. Dies wird durch platte 4 verschweißt. Die Fadenkathode 1 wird Verringerung des Abstandes zwischen der raumlich durch ernen zur Konsole 12 gehörenden Fadenkathode und dem Elektronenkollektor be- *° gefederten Endteil 15 gespannt, mit dem der Faden 1 wirkt verschweißt ist. Die Arme 6 und 9 dienen gleich-

, _ " , τ, , " η- τ ^ Jx- zeitig als elektrische Zuleitungen zur Fadenkathode 1,

c) Der Ionenko lektor muß derart angeordnet sein, _und ⁵ _{zwar über an die jew}f_{m e Konsole 12 ange}.

daß die Wirksamkeit der Ionenauf nähme über _{schweißte winke}lstücke 16 und 17. Die als Elek- | die ganze Druckmessung konstant bleibt. Da die _{45 tronensammler dienenden} Anoden 3 werden über * Wahrscheinlichkeit, em Ion aufzunehmen, mit _dnen ^ _{dgr Loch latte4 verschweißt}en Draht 18 dem Druck wachst, muß die geometrische An- _{auf konstantem Pot}ential gehalten und die Ionenordnung des Gerätes eme Aufnahme aller posi- _{koIIektoren 2 über einen O}°_{mht 19 Die Grundp}i_atte

T^aTT ?^mo$^lc*l™: ^Prak*^lsck ^bedf^tet 11 ist über Drähte 20 geerdet. Die beiden Arme 6

dies, daß der Ionenkollektor groß sein muß, m _{und 9 enden} ^ _emer ^B _nicht ^_{6n Lagerplatte}

bezug auf die Fadenkathode. _{aus GlaSj welche} ^ _erfor^_erli|_hen Anschluß-

Zu diesem Zweck kennzeichnet sich ein Vakuum- klemmen aufweist.

meter der eingangs genannten Art nach der Erfindung Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2

dadurch, daß ein Paar paralleler Anoden als Elek- sind die folgenden relativen Abstände verwendet. Die

tronenkollektor und ein Paar paralleler Elektroden 55 Anoden 3 haben einen gegenseitigen Abstand von

als Ionenkollektor vorgesehen sind, und daß die bei- 3,2 mm, die Ionenkollektoren 2 haben einen gegen-

den Paare rechtwinklig zueinander angeordnet sind. seitigen Abstand von 2,5 mm und der Spalt zwischen

Vorzugsweise weist dabei die Fadenkathode die benachbarten Ionen- und Elektronenkollektoren beForm eines geraden, symmetrisch durch den kasten- trägt jeweils 0,25 mm. Die Ionenkollektoren 2 werartigen Bereich sich erstreckenden Drahtes auf. 60 den auf Erdpotential gehalten, obwohl sie durch die

Mit einer derartigen Anordnung nach der Erfin- keramischen Zwischenstücke 8 von der Grundplatte

dung ergibt sich der Vorteil, daß ein Ionen-Bombar- 11 isoliert sind, und der Ionenstrom wird durch Ver-

dement der Fadenkathode praktisch vermieden oder Stärkung des von dem Draht 19 geführten Stroms ge-

mindestens sehr wesentlich herabgesetzt wird. messen. Die Fadenkathode 1 kann auf 35 Volt ge-

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Er- 65 halten werden und die Anoden 3 auf 250 Volt. Wähfindung wird als Fadenkathode eine Platin-Rhodium- rend vorstehend eine zweckmäßige Anordnung beLegierung mit einem Überzug aus einem Oxyd einer schrieben wurde, ist die wesentliche, für die relativen seltenen Erde von geringer Austrittsarbeit verwendet. Elektroden-Dimensionen und die relativen Spannun-

Claims (6)

1. 3 4

   gen maßgebende Forderung, daß diese innerhalb des Auch diese Schwierigkeiten können dadurch be-Elektrodenaufbaus eine elektrostatische Feldvertei- seitigt werden, daß ein Faden aus einer Platin-lö %-

   lung ergeben sollen, derart, daß Rhodiumlegierung mit einem Überzug aus einem

   a) die Ionen gegen den Ionenkollektor statt gegen Oxyd einer seltenen Erde, insbesondere einem die Fadenkathode bewegt werden und ⁵ Yttrium-Oxyd, verwendet wird. Diese Kombination

   ,. , _ . _{1 T} , „ , , . c ergibt eine Kathode von gennger Austnttsarbeit auf

   b) das Potential am lonenkollektor keine Steuer- _{dner Unterlage mit hohem} Schmelzpunkt. Die durch wirkung auf den freien Durchgang der Elektro- _die ^ _{Austrittsarbeit} ermöglichte niedrige Arnen von der Fadenkathode zum Elektronen- beitstemperatur gewährleistet, daß die Verdampfung kollektor ausübt. _{lo der} Fadenunterlage genügend klein gehalten wird,

   Für ein Vakuummeter mit den vorstehend ange- um, verglichen mit bisher verwendeten Kathodengebenen geometrischen Abständen und Elektroden- arten, eine um ein Vielfaches verlängerte Lebenspotentialen wurde eine befriedigende Arbeitsweise dauer des Systems zu erreichen. Weiter wird durch festgestellt, wobei ein Heizstrom für die Kathode 1 die Verwendung einer Edelmetall-Legierung ein von ungefähr 2 Ampere für die erforderlichen Aus- 15 nicht ausbrennender Faden geschaffen. Außerdem ist Steuerungen konstanter Elektronen-Emissionsströme die Kathode der Gefahr einer »Vergiftung« weniger benötigt wurde. Aus den vorstehenden Werten ergibt ausgesetzt als andere üblicherweise zur Verwendung sich, daß das Verhältnis der Spannungen an den kommende Kathoden.

   Anoden und der Kathode etwa 7 :1 ist. Während Obwohl sich ein Gerät nach der Erfindung, wie es dieses Verhältnis sich bei leicht unterschiedlichen 20 an Hand der F i g. 1 und 2 beschrieben wurde, als geometrischen Anordnungen ändern kann, sollte es äußerst brauchbar erwiesen hat, ist nachstehend an für jede besondere Anordnung nahe seinem opti- Hand der F i g. 3 die eine bevorzugte Ausführungsmalen Wert gehalten werden. Wenn es nicht verwirk- form in auseinandergezogener Darstellung zeigt, eine licht wird, kann der Heizstrom des Kathodenfadens weitere Ausführungsmöglichkeit beschrieben. Grundauf mindestens das Doppelte der gewünschten 25 sätzlich zeigt Fig. 3 die gleichen Elemente wie die 2 Ampere ansteigen, um die gleiche Aussteuerung vorher beschriebene Ausführungsform, wobei die des Elektronen-Emissionsstroms zu erhalten. Wird Fadenkathode mit Γ, die Ionenkollektoren mit 2', das Verhältnis in zu starkem Maße geändert, kann die Anoden mit 3', die Lochscheibe, welche die der Elektronenstrom schließlich vollständig unter- Anoden trägt, mit 4', die Grundplatte mit 1Γ und brachen werden, selbst wenn der Strom durch die 30 die keramischen Abstandhalter mit 14' bezeichnet Kathode auf einen Wert erhöht wird, bei dem diese sind. Die Ionenkollektoren 2' sind jedoch flach ausausbrennt, gebildet gegenüber den gekröpften Formen der

   Es wurde gefunden, daß der niedrigste Druck, bei Fig. 1. Dies wird durch geringere Tiefe der keramidem die Strom-Druckcharakteristik des Gerätes sehen Abstandhalter 14' gegenüber den Abstandlinear ist, von der Spannung am Kathodenfaden ab- 35 haltern 14 erreicht. Auch weist die Einrichtung zum hängt. Der Grund hierfür ist, daß eine Bombardie- Spannen des Fadens Γ zwei flache Endplatten 21 und rung der Anoden mit Elektronen von relativ hohem eine einzige S-förmige Spannfeder 22 auf, welche den Energiegehalt zur Erzeugung von Röntgenstrahlen Faden während des Betriebs ausgerichtet hält. Für führt, die auf die Ionenkollektoren treffen und eine die Feder 22 ist eine hohe Arbeitstemperaturen ausAbgabe von Fotoelektronen hervorrufen. Dieser 40 haltende Nickel-Legierung verwendet, die sowohl den Effekt macht sich bei Drücken unterhalb 10 -⁴ Torr erforderlichen elektrischen Arbeitsströmen als auch bemerkbar. Er kann jedoch ausgeschaltet werden, den Ausheiztemperaturen gewachsen ist, welche auf indem die Anodenspannung auf 50 Volt und die die Vakuumvorrichtung angewendet werden, denen Spannung am Kathodenfaden auf 7 Volt gesenkt das Vakuummeter zugeordnet werden soll. Ein weiwird. Auf diese Weise bleibt das Spannungsverhältnis 45 teres zusätzliches Merkmal der Ausführungsform beibehalten, so daß die Feldverteilung unverändert nach Fig. 3 sind für einen Ausdehnungsausgleich ist, und es ergibt sich, daß das Gerät bei Drücken in sorgende federnde Zwischenscheiben 23, die für jede der Größenordnung von 10 ~⁶ Torr linear arbeitet. der vier Keramiksäulen vorgesehen sind.
   Diese Spannungen sind besonders geeignet, da bei Ein Vakuummeter der beschriebenen Art ist trotz einem Anodenpotential unterhalb von 50 Volt die 50 seiner geringen Elektrodenabstände von Fall zu Fall Empfindlichkeit des Gerätes rasch abnimmt. Bei leicht herstellbar, was wesentlich für die Erreichung 50 Volt an den Anoden beträgt die Empfindlichkeit zuverlässiger und wiederholbarer Druck-Stromdes Gerätes jedoch noch 30 % von derjenigen bei Charakteristiken ist. Es verträgt auch ein Ausheizen, 250 Volt, während das Potential nur 20% des ur- wie erforderlich, auf etwa 450⁰C und ein Entgasen sprünglichen Wertes beträgt. 55 durch Wirbelstromheizung auf etwa 850° C, ohne

   Der Druckbereich des beschriebenen Vakuum- daß ein Verlust an geometrischer Genauigkeit in

   meters liegt also etwa zwischen 1 und 10 ~⁶ Torr. Bei Kauf genommen zu werden braucht. Die Erfindung

   derart hohen Drücken unterliegen die z. Zt. verfüg- schafft also ein robustes, genaues und in seinen geo-

   baren Kathoden einer Zerstörung, wenn sie in der metrischen Gegebenheiten leicht reproduzierbares

   Gegenwart von beispielsweise Wasserdampf oder 60 Gerät.

   Sauerstoff arbeiten. Infolgedessen war die Verwen- x> + + ■· u

   dung von Hochdruck-Vakuummetern im allgemeinen Patentansprüche:

   auf deren Benutzung in inerten oder inaktiven Atmo- 1. Vakuummeter mit einer Elektronen aus-

   sphären beschränkt. Es ist daher wünschenswert, eine sendenden Fadenkathode, einer als Kollektor für

   Kathode zu schaffen, die oxydierende oder andere 65 die Elektronen dienenden Anode und einer als

   schädliche Atmosphären aushält, ohne Emissions- lonenkollektor dienenden Elektrode, dadurch

   verlust durch Veränderung des Überzugs oder durch gekennzeichnet, daß ein Paar paralleler

   Beschädigung der Fadenunterlage durch Oxydation. Anoden (3) als Elektronenkollektor und ein Paar

   paralleler Elektroden (2) als Ionenkollektor vorgesehen sind und daß die beiden Paare rechtwinklig zueinander angeordnet sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenkathode (1) symmeirisch durch den von den Ionenkollektor-Elektroden(2) und den Elektrodenkollektor-Anoden (3) begrenzten Bereich verläuft.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenkathode (1) ίο einen Draht aus einer Platin-Rhodium-Legierung aufweist, mit einem Überzug aus einem Oxyd einer seltenen Erde von geringerer Austrittsarbeit.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenkathode (1) mit einer Einrichtung (15; 22) zum Spannen versehen ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Spannen eine S-förmige Feder (22) ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Elektronenkollektor-Anoden von einer Lochscheibe (4) hochstehende Metallstreifen (3) verwendet sind, wobei die Lochscheibe zwischen den Ionenkollektor-Elektroden (2) und parallel zu diesen angeordnet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen