DE845420C - Device for measuring physical properties related to the ionization coefficient - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Einrichtungen zum Messen von physikalischen Eigenschaften, die mit dem Ionisationskoeffizienten in Zusammenhang stehen, mit Hilfe von Ionisationsströmen, und zwar insbesondere von solchen, die in verdünnten Gasen durch primäre Elektronenströme erzeugt werden und die Feststellung des Gasdrucks ermöglichen.The present invention relates to devices for measuring physical properties, the are related to the ionization coefficient, with the help of ionization currents, namely especially those that are generated in dilute gases by primary electron currents and enable the gas pressure to be determined.

Die meisten bekannten Einrichtungen dieser Art arbeiten mit Gleichstromverstärkern zur Verstärkung der Ionisationsströme.Most known devices of this type use direct current amplifiers for amplification the ionization currents.

Die Erfindung bezweckt, eine Vakuummeßeinrichtung zu schaffen, die gegenüber den bekannten Einrichtungen folgende Hauptvorteile aufweist: vollkommen stabile Arbeit, wunschgemäß unmittelbare Messung des Verhältnisses der Ionisationsströme zu den Elektronenströmen; wunschgemäße Erzeugung der Ionisationsströme mittels lichtemittierender oder sonstiger kalter Kathoden als Elektronenquellen und damit Beseitigung der schädlichen Einwirkung von Glühkathoden auf das ionisierte Gas; wesentliche Herabsetzung der Fadentemperatur in Glühkathodenvakuummeßröhren und damit erheblich längere Lebensdauer der Röhre; Ablesung des Gasdrucks vollständig unabhängig von der absoluten Größe der Elektronen-bzw. Ionen- »5 ströme der Röhre und von Änderungen der Speisespannung; kein Einfluß von Oberflächenkriechströmen auf die Ablesung des Ionisationsmeßgeräts;The aim of the invention is to provide a vacuum measuring device which, compared to the known Facilities has the following main advantages: completely stable work, as desired immediate Measurement of the ratio of the ionization currents to the electron currents; as requested Generation of ionization currents by means of light-emitting or other cold cathodes as Electron sources and thus elimination of the harmful effects of hot cathodes on the ionized Gas; substantial reduction of the filament temperature in hot cathode vacuum measuring tubes and thus considerably longer service life of the tube; Reading of gas pressure completely independent of the absolute size of the electron or. Ion »5 currents of the tube and changes in the supply voltage; no influence of surface leakage currents on the reading of the ionizer;

Ablesung des Drucks auf einer einzigen Skala innerhalb drei oder noch mehr Dekaden ohne Meßbereichumschaltungen. Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der weiter unten gegebenen ausführlichen Beschreibung hervor.Reading of the pressure on a single scale within three or more decades without switching over the measuring range. Further advantages of the invention will become apparent from the detailed below Description.

Die Einrichtung gemäß vorliegender Erfindung besteht aus der Kombination folgender Teile: Entladungsgefäß mit einer Elektronenquelle zur Erzeugung eines periodisch wechselnden Elektronenstioms, ferner mit einer Elektronensammelelektrode und einer Ionensammelelektrode; eine zwischen die lonensammelelektrode und eine negative Potential- <|uelle eingeschaltete Belastungsimpedanz; ein an diese Belastungsimpedanz angeschlossener Verstärker für die Wechselspannungskomponenten, die an der Belastungsimpedanz auf Einwirkung der im Entladungsgefäß entstehenden, periodisch wechselnden Elektronenströmung auftreten; an die Ausgangsseite des Spannungsverstärkers angeschlossene, durch die verstärkten Wechselspannungen betätigte Mittel.The device according to the present invention consists of the combination of the following parts: Discharge vessel with an electron source to generate a periodically changing electron stiom, further comprising an electron collecting electrode and an ion collecting electrode; one between the ion collecting electrode and a negative potential <| ual switched-on load impedance; an on this load impedance of connected amplifiers for the AC components that on the load impedance due to the effect of the periodically changing that occurs in the discharge vessel Electron flow occur; connected to the output side of the voltage amplifier, means operated by the amplified alternating voltages.

Die Einrichtung nach der Erfindung ist in den Zeichnungen an Hand einiger Beispiele schematisch dargestellt. Es zeigtThe device according to the invention is shown schematically in the drawings using a few examples shown. It shows

Fig. ι eine Schaltungsanordnung zur gleichzeitigen Messung der Ionisations- und Elektronenströme, wobei die ersteren unter Anwendung eines Wechselstromverstärkers gemessen werden,Fig. Ι a circuit arrangement for simultaneous Measurement of ionization and electron currents, the former using a AC amplifier are measured,

Fig. 2 eine ähnliche Schaltung, wobei aber beide Ströme unter Anwendung desselben Verstärkers gemessen werden,Fig. 2 shows a similar circuit, but with both currents using the same amplifier to be measured

Fig. 3 die Schaltung eines Geräts zur Messung des Verhältnisses Ionisationsstrom zu Elektronenstrom, wobei der Ionisationsstrom durch handbetätigte Mittel konstant gehalten wird,3 shows the circuit of a device for measuring the ratio of ionization current to electron current, the ionization current being kept constant by hand-operated means,

Fig. 4 Vakuummeßgerät für verdünnte Gase mit selbsttätiger Kathodenregelung,Fig. 4 vacuum measuring device for dilute gases with automatic cathode control,

Fig. 5 einen Vakuummesser oder Lecksucher, der eine unmittelbare Messung des Verhältnisses Ionenstrom zu Elektronenstrom durch die Anwendung handbetätigter Ausgleichmittel zuläßt,
Fig. 6 eine Abänderung zu Fig. 5,
Fig. 7 das Schaltschema eines Vakuummessers mit selbsttätigem Ausgleich des Verhältnisses lonenstrom zu Elektronenstrom,5 shows a vacuum gauge or leak detector which allows the ratio of ion current to electron current to be measured directly by using manually operated compensating means,
6 shows a modification to FIG. 5,
7 shows the circuit diagram of a vacuum knife with automatic compensation of the ratio of ion current to electron current,

Fig. 8 eine Einrichtung mit kalter Kathode in der Ionisationsröhre und8 shows a device with a cold cathode in the ionization tube and FIG

Fig. 9 eine Einrichtung mit vier Elektroden in der Ionisationsröhre.9 shows a device with four electrodes in the ionization tube.

Wie aus den Figuren ersichtlich, verbindet man die Vakuummeßröhre 1, welche den Glühfaden 2, das Beschleunigungsgitter 3 und die Ionensammelelektrode 4 enthält, durch eine Rohrleitung 5 mit dem zu messenden Vakuumsystem. Der Emissionsfaden 2 ist mit einer Wechselstromquelle 6 verbunden, so daß die Elektronen von der Kathode zum Beschleunigungsgitter 3 strömen können. Das Gitter 3 ist seinerseits an eine Spannungsquelle .7 angeschlossen, die ein positives Potential von 150 Volt gegenüber dem am Potentiometer 8 eingestellten künstlichen Mittelpunkt des Glühfadens 2 liefert. Der in diesem Kreis fließende durchschnittliche Elektronenstrom I₁ wird durch ein Anzeigeinstrument 9 gemessen. Der dem Gitter 3 zufließende Elektronenstrom ionisiert in bekannter Weise die in der Meßröhre 1 anwesenden Gasmoleküle, welche dann durch die Sammelelektrode 4 aufgefangen werden. Die Ladungen dieser ionisierten Moleküle kehren über eine Belastungsimpedanz 10 und eine Potentialquelle 11 zum Glühfaden 2 zurück. Diese Potentialquelle ist so eingefügt, daß sie annähernd 20 Volt negatives Potential für die Sammelelektrode 4 liefert.As can be seen from the figures, the vacuum measuring tube 1, which contains the filament 2, the acceleration grid 3 and the ion collecting electrode 4, is connected by a pipe 5 to the vacuum system to be measured. The emission filament 2 is connected to an alternating current source 6 so that the electrons can flow from the cathode to the acceleration grid 3. The grid 3 is in turn connected to a voltage source .7 which supplies a positive potential of 150 volts with respect to the artificial center of the filament 2 set on the potentiometer 8. The average electron current I ₁ flowing in this circuit is measured by a display instrument 9. The electron current flowing to the grid 3 ionizes in a known manner the gas molecules present in the measuring tube 1, which are then collected by the collecting electrode 4. The charges of these ionized molecules return to the filament 2 via a load impedance 10 and a potential source 11. This potential source is inserted in such a way that it supplies approximately 20 volts negative potential for the collecting electrode 4.

Da der Glühfaden durch Wechselstrom erregt wird, ändert sich seine Temperatur im Takt der zweifachen Frequenz der Wechselstromquelle 6, so daß sich auch seine Emissionseigenschaften periodisch ändern. Der Elektronenstrom zum Beschleunigungsgitter 3 wird somit im Rhythmus 2f₀ moduliert. Da also der lonenstrom in der Röhre nur eine unwesentliche Nacheilung hinter dem Elektronenstrom hat, enthält der durch die Belastungsimpedanz fließende Ionisationsstrom I₂ ebenfalls eine Wechselstromkomponente, die der von der Sammelelektrode 4 gesammelten Wechselstromkomponente des Elektronenstroms proportional ist. Eingehende Versuche haben gezeigt, daß das Verhältnis der Wechselstromkomponente zum Gleichstromdurdischnittswert des Elektronenstroms Z₁ das gleiche ist wie das Verhältnis Wechselstrom zu Gleichstrom im Ionisationsstrom I₂. Dies ermöglicht eine Messung der Wechselstromkomponente des Ionisationsstroms und die Anwendung des Meßresultats zur Bestimmung des Drucks in der Vakuummeßröhre ι mittels folgender Angaben: der am Meßgerät 9 gemessene Elektronenstrom I₁, die unabhängig von der Messung festgestellte Konstante m der prozentmäßigen Wechselstrommodulation und die für die Elektrodenkonstruktion der Röhre 1 charakteristische Meßkonstante k. Das besagte Verhältnis ist alsoSince the filament is excited by alternating current, its temperature changes in time with twice the frequency of the alternating current source 6, so that its emission properties also change periodically. The electron flow to the acceleration grid 3 is thus modulated in the rhythm 2f _0. Since the ion current in the tube has only an insignificant lag behind the electron current, the ionization current I ₂ flowing through the load impedance also contains an alternating current component which is proportional to the alternating current component of the electron current collected by the collecting electrode 4. In-depth tests have shown that the ratio of the alternating current component to the direct current Durdi average value of the electron current Z _{1 is} the same as the ratio of alternating current to direct current in the ionization current I ₂ . This enables a measurement of the alternating current component of the ionization current and the use of the measurement result to determine the pressure in the vacuum measuring tube by means of the following information: the electron current I ₁ measured on the measuring device 9, the constant m of the percentage alternating current modulation determined independently of the measurement and that for the electrode construction of the tube 1 characteristic measuring constant k. So the said ratio is

P = P =

k mk m

wo P den Druck, k die Meßkonstante, tn die prozentmäßige Modulation, I_x die Gleichstromkomponente des Elektronenstroms und I₂' die Wechselstromkomponente des Ionenstroms bedeuten. Definitionsgemäß schreiben wirwhere P is the pressure, k is the measurement constant, tn is the percentage modulation, I _{x is} the direct current component of the electron current and I ₂ 'is the alternating current component of the ionic current. By definition, we write

110110 I₂=-M-I₂.I ₂ = -MI ₂ .

Infolge von I₂ erscheint eine Wechselspannungskomponente an der Belastungsimpedanz 10. Diese Wechselspannung E₁' wird über einen Kondensator 12 einem Verstärker 13 zugeführt. Die an der Ausgangsseite des Verstärkers 13 erscheinende, verstärkte Wechselspannung wird einem Regelungswiderstand 14 und einem Wellenfilter 15 aufgedrückt. Dieses Filter ist auf den Resonanzwert 2 /₀ abgestimmt, welcher die Fluktuationsfrequenz sowohl des Elektronenstroms I₁ als auch des Ionenstroms /₂ darstellt. Das Filter hat den Zweck, den Einfluß von unerwünschten Streufeldspannungen, thermischen oder Schrotgeräuschen, die am Eingang des Verstärkers 13 gleichzeitig mit der Signalspannung E₂' erscheinen mögen, herabzusetzen. DemAs a result of I ₂ , an alternating voltage component appears at the load impedance 10. This alternating voltage E ₁ ′ is fed to an amplifier 13 via a capacitor 12. The amplified alternating voltage appearing at the output side of the amplifier 13 is impressed on a regulating resistor 14 and a wave filter 15. This filter is tuned to the resonance value _2/0, is which the fluctuation frequency of both the electron current I ₁ as well as of the ion current / _2. The purpose of the filter is to reduce the influence of undesired stray field voltages, thermal or shot noises which may appear at the input of the amplifier 13 at the same time as the signal voltage E _{2 '.} To the

Filter 15 ist einerseits ein Gleichstromanzeigegerät 16 und andererseits über eine Gleichrichterdiode 17 ein Glättungsfilter 18 angeschlossen. Der Kondensator dieses Glättungsfilters wird annähernd auf den Spitzenwert der vom Gitter 15 gelieferten Spannung aufgeladen. Diese Gleichspannung kann zur selbsttätigen Verstärkungsregelung des Verstärkers 13 ausgenutzt werden, indem sie über die Leitung 19 und einen Gitterableitungswiderstand 20 dem Eingangsgitter aufgedrückt wird. Diese selbsttätige Verstärkungsregelung ergibt eine annähernd logarithmische Verstärkung, deren Ergebnis auf dem Zifferblatt 21 des Anzeigegeräts 16 ersichtlich ist. Das Zifferblatt 21 zeigt vier Dekaden der Druckanzeige in eine einzige Skala verdichtet, wodurch die Notwendigkeit einer Meßbereichumschaltung vermieden wird, obzwar der angezeigte Druckwert von der einen Dekade auf die andere übergeht. Die bei Hochvakuummessungen erforderliche .Yfeßgeiiauigkeit ist eine solche, daß diese Skala Ablesungen hinreichender Genauigkeit liefert, so daß der Ablesungsfehler wegen der logarithmischen Skala durchaus konstant bleibt.Filter 15 is, on the one hand, a DC display device 16 and, on the other hand, a smoothing filter 18 connected via a rectifier diode 17. Of the The capacitor of this smoothing filter is approximately at the peak value of that supplied by the grid 15 Voltage charged. This DC voltage can be used for automatic gain control of the amplifier 13 can be exploited by using the line 19 and a grid discharge resistor 20 is pushed onto the entrance grille. This automatic gain control results in an approximate logarithmic amplification, the result of which can be seen on the dial 21 of the display device 16 is. The dial 21 shows four decades of pressure indication compressed into a single scale, whereby the need to switch the measuring range is avoided, although the displayed one Pressure value passes from one decade to the next. The one required for high vacuum measurements .Yfeßgeiiauigkeit is such that this Scale readings provide sufficient accuracy that the reading error is due to the logarithmic The scale remains constant.

Die Anordnung nach Fig. 1 ermöglicht den Gebrauch eines billigen und stabilen, rasch ansprechenden Wechselstromverstärkers und Anzeigegeräts mit gewissen zusätzlichen Vorteilen, im Gegensatz zu den außerordentlich zerbrechlichen und langsam ansprechenden Gleichstromgalvanometern oder unstabilen Gleichstromverstärkern, welche bisher für die Messung des schwachen loiienstroms I₂ verwendet wurden. Einer der erwähnten zusätzlichen Vorteile ist die Möglichkeit der Anwendung des Regelungswiderstands 14 zur Eichung des Verstärkers für Gase mit verschiedenen Gaskonstanten, wodurch eine direkte 'Ablesung auf dem Anzeigegerät 16 für all diese Gase möglich ist. Es ist einleuchtend, daß Kriechströme an der Glaswand hindurch die Ablesungen auf diesem Gerät nicht beeinträchtigen. Die selbsttätige Verstärkungsregelung ermöglicht ferner, wie gesagt, die Verdichtung mehrerer Dekaden auf der Skala 2r des Geräts, wodurch sich Meßbereichumschaltungen zwischen den Dekaden erübrigen.The arrangement of Fig. 1 enables the use of an inexpensive and stable, fast responding AC amplifier and display device with certain additional advantages, in contrast to the extremely fragile and slow responding DC galvanometers or unstable DC amplifiers, which have previously been used for measuring the weak loiienstroms I ₂ . One of the additional advantages mentioned is the possibility of using the control resistor 14 to calibrate the amplifier for gases with different gas constants, whereby a direct reading on the display device 16 is possible for all these gases. It is evident that leakage currents through the glass wall will not affect the readings on this device. The automatic gain control also enables, as mentioned, the compression of several decades on the scale 2r of the device, so that switching over the measuring range between the decades is unnecessary.

Schließlich läßt sich das Anzeigegerät 16 so aufbauen, daß davon eine ständige Registrierung oder eine Steuerwirkung abgeleitet werden kann, da der Verstärker 13 dazu eine beträchtliche Betätigungsenergie liefert. Finally, the display device 16 can be constructed in such a way that that a permanent registration or a tax effect can be derived from it, since the Amplifier 13 supplies a considerable operating energy for this purpose.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Die Meßröhre 1 mit den Elektroden 2, 3 und 4 erfüllt dieselben Funktionen wie oben beschrieben. Hier wird aber der Verstärker 13 auch für die Messung des Elektronen-Stroms I₁ benutzt, und zwar sehr ähnlich wie für die Messung des Stroms I₂ in der Anordnung Fig. 1. Wie erwähnt, wurde festgestellt, daß die Modulationsfaktoren von I₁ und I₂ bei diesen niedrigen Frequenzen gleich sind, so daßAnother advantageous embodiment of the invention is shown in FIG. The measuring tube 1 with the electrodes 2, 3 and 4 fulfills the same functions as described above. Here, however, the amplifier 13 is also used for measuring the electron current I ₁ , in a very similar manner to that for measuring the current I ₂ in the arrangement of FIG. 1. As mentioned, it was found that the modulation factors of I ₁ and I ₂ are the same at these low frequencies, so that

I_x —- m · /, und I _x - m · /, and

I₂ = m · Ia,
wo wieder I₁ und L, die Gleichstromkomponenten und I_x und I₂' die entsprechenden Wechselstromkomponenten der Elektronen- und Ionenströme darstellen. Es gilt daher der Zusammenhang I ₂ = m Ia,
where again I ₁ and L represent the direct current components and I _x and I ₂ 'represent the corresponding alternating current components of the electron and ion currents. The relationship therefore applies

P = k-I₂'/I₁'.P = kI ₂ '/ I ₁ '.

Hierflurch wird die Aufgabe auf die Messung nur der Wechselstromkomporienten der Ströme vereinfacht. Eine weitere Vereinfachung wird dadurch erreicht, daß man nur die Wechselspannungsabfälle mißt, die an den Enden der in den Elektronen- und Ionenstromkreisen verwendeten Belastungsimpedanz auftreten. Für diese Wechsel-Spannungsabfälle gelten folgende Gleichungen:This simplifies the task of measuring only the alternating current components of the currents. A further simplification is achieved by only considering the AC voltage drops measures occurring at the ends of the load impedance used in the electronic and ionic circuits. For these alternating voltage drops the following equations apply:

E_x = I₁' · Z₁ und
ρ ' τ ' ■ 7 E _x = I ₁ ' · Z ₁ and
ρ 'τ' ■ 7

wo Z₁ und Z₂ die Impedanzen der bezüglichen Belastungskreise darstellen. Durch Substitution in die weiter oben angegebenen Gleichungen erhält manwhere Z ₁ and Z _{2 represent} the impedances of the relevant load circuits. Substitution in the equations given above gives

7 F '7 F '

P = A 4²-|V · P = A 4 ² - | V

Z₁ E₁ Z ₁ E ₁

Setzt man Z₁ / Z₂-k ein. so gelangt man zu
P = E₂ ¹IE₁'. If Z ₁ / Z ₂ -k are used . so one arrives at
P = E ₂ ¹ IE ₁ '.

Das Verhältnis der Eingangsspannungen kann somit unmittelbar auf dem Meßgerät 16 abgelesen werden, welches zweckmäßigerweise in Gasdruck kalibriert wird.The ratio of the input voltages can thus be read off directly on the measuring device 16 which is expediently calibrated in gas pressure.

Der Meßvorgang mit der Einrichtung nach Fig. 2 spielt sich folgendermaßen ab:The measuring process with the device according to Fig. 2 takes place as follows:

Wenn sich Schalter 22 in der gezeichneten Lage befindet, wird durch I₁ an der Impedanz Z₁ der Belastung 23 die Spannung E_x erregt. Wenn nun Schalter 24 in die untere Lage umgelegt wird, so gelangt E_x' über Kondensator 12 zum Verstärker 13 und weiter zum Synchrongleichrichter 25. Wenn eine Synchronisierungsspannung von der Frequenz 2 f₀ über den Transformator 26 zum synchronisierten Gleichrichter 25 gesandt wird, so gelangt eine Gleichspannung zum Anzeigegerät 16. Mittels Rheostat 27 im Glühfadenkreis wird die Emission des Fadens 2 so eingestellt, daß der Zeiger des Instruments 16 gegenüber der Kalibriermarke 28 zu liegen kommt, was einem gewissen Elektronenstrom zum Gitter 3 entspricht. Wenn nun Schalter 24 in die obere Lage gelegt wird (Fig. 2), so gelangt E₂' zum Verstärker und zum Gleichrichtersystem, und man kann auf dem Zifferblatt des Anzeigegeräts 16 den Gasdruck ablesen. Die Temperatur des Glühfadens wird für Drucke über ι Mikron Hg vorteilhaft möglichst niedrig gehalten, um Bechädigungen des Fadens zu vermeiden. Für diese höheren Druckbereiche legt man Schalter 22 in die rechte Lage um, wodurch die Belastung 23' in den Rückweg der Elektronen eingeschaltet wird. Die Impedanz der Belastung 23' kann genau das Hundertfache der Impedanz Z₁ der Belastung 23 betragen, und der Fadenstromregler 2"J muß so weit eingestellt werden, bis die Wechselstromkomponente des Elektronenstroms I₁ auf ein Hundertstel ihres vorherigen Werts abnimmt, wodurch dieWhen the switch 22 is in the position shown, the voltage E _{x is} excited by I ₁ at the impedance Z _{1 of} the load 23. If switch 24 is thrown to the lower position, E _x ' reaches amplifier 13 via capacitor 12 and on to synchronous rectifier 25. When a synchronization voltage of frequency 2 f _{0 is sent} via transformer 26 to synchronized rectifier 25, it arrives a direct voltage to the display device 16. The emission of the filament 2 is adjusted by means of the rheostat 27 in the filament circle so that the pointer of the instrument 16 comes to lie opposite the calibration mark 28, which corresponds to a certain electron flow to the grid 3. If switch 24 is now placed in the upper position (FIG. 2), E ₂ 'reaches the amplifier and the rectifier system, and the gas pressure can be read on the dial of the display device 16. The temperature of the filament is advantageously kept as low as possible for prints above ι micron Hg in order to avoid damage to the filament. For these higher pressure ranges, switch 22 is thrown to the right, whereby the load 23 'is switched on in the return path of the electrons. The impedance of the load 23 'can be exactly one hundred times the impedance Z _{1 of} the load 23, and the filament current regulator 2 "J must be adjusted until the alternating current component of the electron current I ₁ decreases to a hundredth of its previous value, whereby the

Eingangsspannung E₁' wiederhergestellt wird und der Zeiger des Instruments 16 sich wieder auf die Marke 28 einstellt, falls Schalter 24 sich in der unteren Lage befindet. Alle Druckablesungen auf dem Zifferblatt 21 müssen jetzt natürlich mit 100 multipliziert werden, um die richtigen Druckwerte zu erhalten. Die Einstellung dieser Ausführungsform für verschiedene Gase erfolgt durch Einregelung der veränderlichen Belastungsimpedanz 29, wodurch das Verhältnis Z₂ zu Z₁ jederzeit der Gaskonstante des unter Messung befindlichen Gases angepaßt werden kann.Input voltage E ₁ 'is restored and the pointer of the instrument 16 adjusts itself again to the mark 28, if switch 24 is in the lower position. All of the pressure readings on dial 21 must now of course be multiplied by 100 to get the correct pressure readings. This embodiment is set for different gases by adjusting the variable load _{impedance 29, whereby the ratio Z 2} to Z ₁ can be adapted at any time to the gas constant of the gas under measurement.

Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung besteht in der Anwendung eines und desselben Wechselstrommeßverfahrens sowohl für den Elektronenstrom als auch für den Iorienstrom, wodurch das in der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendete Anzeigegerät 9 wegbleibt. Da ferner der empfindliche Verstärker 13 den Gitterstrom mißt, kann dieser auf 0,1 oder sogar 0,001 mA herabgesetzt werden, so daß die Arbeitstemperatur des Emissionsfadens im Vakuummesser sehr niedrig sein kann. Hierdurch wird nicht nur die Lebensdauer des Fadens in vorteilhafter Weise erhöht, sondern auch die Wärmedissoziation der unter Messung befindlichen Gase stark reduziert und der nützliche Meßbereich des Vakuummessers weitgehend l)is auf lo-und sogar mehr als 100 Mikron Hg erweitert. Da ferner sämtliche Messungen auf demselben Instrument durchgeführt werden, wird die Einrichtung gedrängter und ihre Bedienung leichter. Der Synchronverstärker 25 dieser Bauart läßt sich natürlich durch einen scharfen Filterkreis und einen äußeren Verstärker ersetzen.A particular advantage of this embodiment of the invention is the use of and the same alternating current measuring method for the electron current as well as for the ionic current, whereby the display device 9 used in the embodiment according to FIG. 1 is omitted. Since furthermore the sensitive amplifier 13 measures the grid current, this can be reduced to 0.1 or even 0.001 mA so that the working temperature of the emission thread in the vacuum knife is very low can be. This not only increases the service life of the thread in an advantageous manner, but also the heat dissociation of the gases under measurement is greatly reduced and the Useful measuring range of the vacuum gauge largely l) is to 10 and even more than 100 microns Hg expanded. Furthermore, since all measurements are made on the same Instrument, the facility becomes more compact and its operation easier. The synchronous amplifier 25 of this type can of course be through a sharp filter circuit and a replace outer amplifier.

Die weitere, vorteilhafte Ausführungsform nach Fig. 3 ermöglicht eine weitere Verminderung der Temperatur des Fadens 2 im Vakuummesser 1 auf einen für die Messung irgendeines Drucks in der Röhre notwendigen Mindestwert. Hier wird der Wechselspannungsabfall am Belastungswiderstand 10 nach Durchgang durch den geeichten Regelungswiderstand 14 im Verstärker 13 verstärkt. Der Einfachheit halber soll man annehmen, daß die in den übrigen Ausführungen dargestellten Filterkreise und Gleichrichter im Verstärker 13 enthalten sind. Das Anzeigegerät 16 ist mit der Kalibriermarke 28 versehen, so daß der Spannungsabfall E₂ jeweils mittels eines regelbaren Transformators 34 auf denselben vorbestimmten Wert eingestellt werden kann. Transformator 34 speist Glühfaden 2 mit Wechselstrom. Mit Rücksicht auf den weiter oben festgestellten Zusammenhang zwischen Elektronenstrom und Ionenstrom ändern sich der Elektronenstrom I₁ und der entsprechende Wechselspannungsabfall E₁ an der Belastung 23 je nach dem zu messenden Druck, falls alle übrigen Faktoren konstant gehalten werden. Diese Wechselspannung Zi₁' wird über einen Kondensator 30 einem zweiten Verstärker 31 zugeführt, welcher gleichfalls auf die doppelte Frequenz der Wechselstromquelle 6 abgestimmt werden kann; diesem Verstärker ist ein zweites Anzeigegerät 32 angeschlossen.The further, advantageous embodiment according to FIG. 3 enables the temperature of the thread 2 in the vacuum gauge 1 to be further reduced to a minimum value necessary for measuring any pressure in the tube. Here, the AC voltage drop across the load resistor 10 is amplified after passing through the calibrated control resistor 14 in the amplifier 13. For the sake of simplicity, it should be assumed that the filter circuits and rectifiers shown in the remaining explanations are contained in the amplifier 13. The display device 16 is provided with the calibration mark 28 so that the voltage drop E ₂ can be set to the same predetermined value in each case by means of a controllable transformer 34. Transformer 34 feeds filament 2 with alternating current. With regard to the relationship established above between electron current and ion current, the electron current I ₁ and the corresponding AC voltage drop E ₁ at the load 23 change depending on the pressure to be measured, if all other factors are kept constant. This alternating voltage Zi ₁ 'is fed via a capacitor 30 to a second amplifier 31, which can also be tuned to twice the frequency of the alternating current source 6; A second display device 32 is connected to this amplifier.

Während in den Ausführungen nach Fig. 1 und 2 der Elektronenstrom konstant gehalten und die veränderliche Größe des Ionisationsstroms als Funktion des veränderlichen Drucks gemessen wurde, wird bei der eben beschriebenen Bauart dieser Vorgang umgekehrt, indem der Ionisationsstrom während aller Messungen konstant gehalten wird. Dadurch, daß der Ionenstrom bei diesem durch die Empfindlichkeit des Verstärkers 13 und des Anzeigegeräts 16 bestimmten, sehr niedrigen Wert gehalten wird, kann man den Gitterstrom auf einen Mindestwert herabsetzen, der eben zur Erzeugung des notwendigen lonenstroms durch die Belastung 10 ausreicht. Auf diese Weise wird die Fadentemperatur noch mehr als bei den weiter oben beschriebenen Bauarten reduziert, und die dadurch erreichten Vorteile sind noch größer. Die Eichung für verschiedene Gase wird in diesem Fall durch Einstellung des Dämpfers 14 erreicht, wodurch die Verstärkung der an der Belastung 10 erzeugten Spannung E₂' den gehörigen Wert aufnimmt. Selbstverständlich kann die automatische Verstärkungsregelung nach Fig. 1 auch hier verwendet werden, um auf dem Anzeigegerät 32 eine logarithmische Skala zu haben.While in the embodiments according to FIGS. 1 and 2 the electron current was kept constant and the variable magnitude of the ionization current was measured as a function of the variable pressure, this process is reversed in the construction just described, in that the ionization current is kept constant during all measurements. Because the ion current is kept at this very low value determined by the sensitivity of the amplifier 13 and the display device 16, the grid current can be reduced to a minimum value which is sufficient to generate the necessary ion current through the load 10. In this way, the thread temperature is reduced even more than in the case of the types described above, and the advantages achieved thereby are even greater. The calibration for different gases is achieved in this case by adjusting the damper 14, whereby the amplification of the voltage E ₂ ' generated at the load 10 takes on the appropriate value. Of course, the automatic gain control according to FIG. 1 can also be used here in order to have a logarithmic scale on the display device 32.

Eine noch weitere zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4 ersichtlich. Der Wechselspannungsabfall, der an den Belastungen 10 und 35 im Ionen- und Elektronenstromkreis infolge des den Faden 2 passierenden Wechselstroms erzeugt wird, gelangt wieder über Schalter' 24 zum Verstärker 13. Das aus dem Gitterkreis erhaltene Eingangssignal kann zwecks Eichung und außerdem zur Meßbereichumschaltung durch einen zwischen Kondensator 37 und Schalter 24 eingeschalteten Stufendämpfer 36 mittels einer einstellbaren Belastungsimpedanz 35 geregelt werden. Nach dem Verstärker 13 ist ein Meßgerät 37' vorgesehen, mit Regelungsmitteln 38, 39 für einen Regelungsmotor 40. Dieser Motor ist mit dem Glühfadenrheostat 27 mechanisch verbunden. Wenn man Schalter 24 in seine untere Lage umlegt, so geht ein Wechselstromsignal E₁' durch Stufendämpfer 36 zum Verstärker 13. Das aus dem Verstärker 13 ausgehende Signal schlägt das Instrument 37' aus und betätigt eines der beiden Regelungsmittel 38, 39, welche entweder durch mechanische Kontakte oder kapazitive, induktive oder photoelektrische Mittel gebildet werden können. Gleichzeitig mit der Betätigung des Schalters 24 wird auch, Schalter 41 geschlossen, wodurch eine Energiequelle 42 mit dem Stromkreis des reversiblen Motors 40 verbunden wird. Demzufolge dreht der Motor 40 Rheostat 27 in eine solche Stellung, daß die Emission des Fadens 2 sich ändert, bis das Gerät 37' nicht mehr mit dem betreffenden Regelungsmittel 38 oder 39 in Berührung steht. Sollte diese Korrektion übertrieben sein, so betätigt Gerät 37' das gegenüberliegende Regelungsmittel, und Motor 40 dreht sich in entgegengesetzter Richtung, indem er den Rheostat auf den richtigen Wert einstellt. Nachdem auf diese Weise Schalter 24 und der mit ihm gekuppelte Schalter 41 in ihre untere Stellung gebracht wurden, stellt sich die gehörige Fadenemission ein, die notwendig ist, um denYet another useful embodiment of the invention can be seen in FIG. The alternating voltage drop, which is generated at the loads 10 and 35 in the ion and electron circuit as a result of the alternating current passing through the thread 2, reaches the amplifier 13 again via switch 24 Step damper 36 connected between capacitor 37 and switch 24 can be regulated by means of an adjustable load impedance 35. A measuring device 37 'is provided after the amplifier 13, with control means 38, 39 for a control motor 40. This motor is mechanically connected to the filament rheostat 27. When the switch 24 is thrown to its lower position, an alternating current signal E ₁ ' passes through the step attenuator 36 to the amplifier 13 mechanical contacts or capacitive, inductive or photoelectric means can be formed. Simultaneously with the actuation of the switch 24, switch 41 is also closed, whereby an energy source 42 is connected to the circuit of the reversible motor 40. As a result, the motor 40 rotates the rheostat 27 into such a position that the emission of the thread 2 changes until the device 37 'is no longer in contact with the relevant control means 38 or 39. Should this correction be excessive, the device 37 'actuates the opposite control means and the motor 40 rotates in the opposite direction by setting the rheostat to the correct value. After switch 24 and the switch 41 coupled with it have been brought into their lower position in this way, the associated thread emission is set, which is necessary to the

normalen Gitterstrom durch den Gitterstromkreis der Vakuummeßröhre ι fließen zu lassen. Wenn nun Schalter 24 und 41 in ihre obere Stellung umgelegt werden, schaltet sich vorerst Energiequelle 42 vom Motor 40 ab, und Verstärker 13 wird an Belastungsimpedanz 10 gebunden. Meßgerät 37' zeigt nun auf seiner Skala 21 die Druckwerte. Vermittels des Stufendämpfers 36 kann man die Gitterstromwerte in weiten Grenzen ändern und dadurch diese Bauart für einen großen Bereich von Drucken nutzbar machen. Der Gitterstrom kann jeweils infolge der beim Wechselstromverstärker 13 verfügbaren großen Verstärkung sehr niedrig gehalten werden. Die Regelungsmittel 38, 39 dürfen natürlich die Bewegung des Zeigers 43 des Anzeigegeräts 37' nicht hindern, wenn Drucke abgelesen werden sollen. Selbstverständlich können auch besondere Geräte für die automatische Fadenstromregelung und für die Druckanzeige verwendet werden. Auch verschiedene bekannte elektronische Stromregelungssysteme sind verwendbar.normal grid current to flow through the grid circuit of the vacuum measuring tube ι. If now Switches 24 and 41 are toggled into their upper position, energy source 42 is switched off for the time being Motor 40 off and amplifier 13 is tied to load impedance 10. Meter 37 'now shows its scale 21 the pressure values. The grid current values can be determined by means of the step attenuator 36 change within wide limits and thus this type of construction can be used for a wide range of prints do. The grid current can be large as a result of the available at the AC amplifier 13 Gain should be kept very low. The regulating means 38, 39 are of course allowed to control the movement of the pointer 43 of the display device 37 'when prints are to be read. Of course, special devices for automatic yarn flow control and for the pressure gauge can be used. Also various known electronic current control systems are usable.

Eine weitere, in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform der Erfindung macht noch mehr Gebrauch von der Biegsamkeit der Wechselstromverstärkungsmethoden. Dabei werden die Wechselstromkomponente des Ionenspannungsabfalls E₂ an der veränderlichen Ionensammlerbelastung 29 und die Wechselstromkomponente des Elektronenspannungsabfalls E₁ in der Gitterbelastungsimpedanz 35 über Kondensator 44 in Reihe geschaltet, und ihre Summe wird über den Kondensator 12 dem Verstärker 13 aufgedrückt. Da die augenblicklichen Ströme durch diese beiden Belastungsimpedanzen immer einander entgegen gerichtet sind, ist die am Eingang des Verstärkers 13 erscheinende Spannung gleich E₂-E₁, und wenn das Verhältnis der Impedanzen 29 und 35 so eingestellt wird, daß I₁ · Z₁ gleich I₂' · Z₂ ist, so sind diese Spannungsabfälle gleich, und die am Eingang des Verstärkers erscheinende Wechselstrom-Signalspannung wird Null. Die Leistung des Verstärkers 13 wird dem Synchrongleichrichter 25 zugeführt, der mit Synchronisierspannung aus einer Spannungsquelle 45 gespeist wird, die mit der Frequenz 2/0 arbeitet. Die Ausgangsseite des synchronisierten Gleichrichters 25 ist mit einem Gerät 46 verbunden, das im wesentlichen aus einem den in Brücken- oder Ausgleichkreisen verwendeten Geräten ähnlichen Ausgleichanzeiger besteht.Another embodiment of the invention, illustrated in Figure 5, makes even greater use of the flexibility of AC amplification methods. The AC component of the ion voltage drop E ₂ of the variable ion collector load 29, and the AC component of the electron voltage drop E ₁ in the lattice load impedance 35 are connected across capacitor 44 in series, and their sum is pressed to the amplifier 13 via the capacitor 12th Since the instantaneous currents through these two load impedances are always directed opposite one another, the voltage appearing at the input of the amplifier 13 is equal to E ₂ -E ₁ , and if the ratio of the impedances 29 and 35 is set so that I ₁ · Z _{1 is} equal I ₂ '· Z ₂ , these voltage drops are equal and the AC signal voltage appearing at the input of the amplifier becomes zero. The power of the amplifier 13 is fed to the synchronous rectifier 25, which is fed with synchronizing voltage from a voltage source 45 which operates at the frequency 2/0. The output side of the synchronized rectifier 25 is connected to a device 46 which essentially consists of a balance indicator similar to the devices used in bridge or balance circuits.

Wenn die veränderliche Anodenbelastung 29 für das zu messende Gas gehörig eingestellt wird, so kann die veränderliche Gitterbelastung 35 auf einen Wert eingeregelt werden, bei welchem das Ausgangsinstrument 46 bei Gleichgewicht Null zeigt. Bei diesem Wert ist E₁ = E₂, und das Verhältnis der Werte der Impedanzen 29 und 35 gibt unmittelbar das Verhältnis der betreffenden Ströme an. Insofern ein Ionisationsmesser grundsätzlich auf der Messung des Verhältnisses von Ionenstrom zu Gitterstrom beruht, liefert diese Neuerung der Erfindung in der Praxis der Vakuummessungen Auskünfte von großem Wert. Der größte Vorteil dieser zweckmäßigen Ausführungsform besteht darin, daß der Gleichgewichtszustand des Rheostats 35 nicht durch Änderungen des Fadenstroms beeinträchtigt wird, so daß die Emission des Glühfadens 2 des Vakuummessers nicht beständig kontrolliert und wieder eingestellt werden muß. Wie ersichtlich, dienen Verstärker 13, Gleichrichter 25 und Anzeiger 46 nur als Brückenausgleichverstärker und -anzeiger, so daß ihre Verstärkungscharakteristiken nicht an genaue Grenzwerte gebunden sind.If the variable anode load 29 is appropriately set for the gas to be measured, the variable grid load 35 can be adjusted to a value at which the output instrument 46 shows zero at equilibrium. At this value, E ₁ = E ₂ , and the ratio of the values of the impedances 29 and 35 directly indicates the ratio of the currents in question. Insofar as an ionization meter is fundamentally based on the measurement of the ratio of ion current to grid current, this innovation of the invention provides information of great value in the practice of vacuum measurements. The greatest advantage of this expedient embodiment is that the equilibrium state of the rheostat 35 is not impaired by changes in the filament current, so that the emission of the filament 2 of the vacuum knife does not have to be constantly monitored and readjusted. As can be seen, amplifier 13, rectifier 25 and indicator 46 serve only as bridge compensation amplifiers and indicators, so that their gain characteristics are not tied to precise limit values.

Rheostat 27 dient nur dazu, den Glühfadenstrom auf einen für eine lange Lebensdauer und eine niedrige Gasdissoziation erforderlichen Wert einzustellen. Die Widerstandumdrehungskurve des Rheostats 35 kann zweckmäßig so gestaltet werden, daß eine gleichmäßige logarithmische Skala wie in Fig. ι erhalten wird. Man kann Gerät 46 mit Regelungsmitteln ähnlich wie in Fig. 4 ausstatten, um eine Signalvorrichtung eines Reglers zu betätigen, wenn das Gleichgewicht der Ionen- und Gitterströme durch Änderungen des Vakuumdrucks stark gestört wird.Rheostat 27 only serves to set the filament current to one for a long life and one low gas dissociation required value to be set. The resistance rotation curve of the Rheostat 35 can expediently be designed so that a uniform logarithmic scale as in Fig. Ι is obtained. You can equip device 46 with control means similar to that in Fig. 4, to operate a signaling device of a regulator when the equilibrium of the ionic and Lattice currents is severely disturbed by changes in vacuum pressure.

Eine Vorrichtung für diesen Zweck ist in Fig. 6 veranschaulicht, wo der Nullpunkt des Anzeige- 8g geräts 46 in der Mitte liegt und Kontakte 54, 55 vorgesehen sind, so daß Zeiger 56 einen der Stromkreise durch die Spannungsquelle 51 und die Meldesignale 52 oder 53 schließt, wenn er zufolge An-oder Abnahme der Ionisation über die Grenzen hinaus, go auf welche die Kontakte eingestellt wurden, in eine seiner äußersten Lagen geschwenkt wird.A device for this purpose is illustrated in Fig. 6, where the zero point of the display 8g device 46 is in the middle and contacts 54, 55 are provided so that pointer 56 is one of the circuits by the voltage source 51 and the message signals 52 or 53 closes when it is turned on or Decrease in ionization beyond the limits to which the contacts were set to go into a its outermost positions is pivoted.

Die Skala des Geräts 46 kann ferner so geeicht werden, daß sie die Größe anzeigt, um welche der tatsächliche Druck vom Druck abweicht, auf welchen der Rheostat 35 früher eingeregelt wurde. Eine weitere Eigentümlichkeit dieser Anordnung besteht darin, daß sie plötzliche Abweichungen vom Gleichgewicht lediglich bei Druckänderungen oder bei plötzlichen Änderungen in der Beschaffenheit des in die Einrichtung eingebrachten Gases anzeigt. Das ist von großer Wichtigkeit bei der Bestimmung von Lecken durch die Anwendung von Aceton od. dgl.The scale of the device 46 can also be calibrated to indicate the size by which the actual pressure differs from the pressure to which the rheostat 35 was previously regulated. One Another peculiarity of this arrangement is that it causes sudden deviations from equilibrium only in the event of pressure changes or sudden changes in the nature of the in indicates the device introduced gas. This is of great importance in determining Licking through the use of acetone or the like.

Eine automatischere Methode, die die Eigenschaften der Einrichtung nach Fig. 5 aufweist, ist in Fig. 7 gezeigt. In dieser zweckmäßigen Ausführungsform dienen die ringförmige Induktanz 47 als Anodenbelastungsimpedanz und der Transformator 48 als Gitterbelastungsimpedanz, welche gleichzeitig die betreffenden Gleichstromkomponenten voneinander fernhält. An Stelle eines einzigen Rheostats 35 sind zwei nichtlineare Potentiometer 49, 50 an der Sekundärseite des Transformators48 vorgesehen, wodurch ein größerer Regelungsbereich als anderswie erzielt wird. Hier wird die durch Reihenschaltung des Potentiometers 50 und der Induktanz 47 gewonnene Spannung dem Verstärker 13 zugeführt, dessen Leistungeiner Wicklung des reversiblen Motors 40 zuströmt. Die andere Wicklung ist an eine Stromquelle 45 gebunden, deren Frequenz der zweifachen Frequenz der Stromquelle 6 gleicht, und ihre Phase in bezug auf diese Stromquelle so eingestellt, daß sie das größte Drehmoment liefert, wenn ein Ausgangssignal an den Ausgangspolen des Verstärkers 13 erscheint. Die Welle dieses reversiblen Motors ist mit um-A more automatic approach which has the characteristics of the device of FIG. 5 is shown in FIG. In this expedient embodiment, the ring-shaped inductance 47 serves as the anode load impedance and the transformer 48 serves as the grid load impedance, which at the same time keeps the relevant direct current components away from one another. Instead of a single rheostat 35, two non-linear potentiometers 49, 50 are provided on the secondary side of the transformer 48, as a result of which a larger control range is achieved than otherwise. Here the voltage obtained by connecting the potentiometer 50 and the inductance 47 in series is fed to the amplifier 13 , the power of which flows to a winding of the reversible motor 40. The other winding is connected to a current source 45, the frequency of which is twice the frequency of the current source 6, and its phase with respect to this current source is adjusted so that it delivers the greatest torque when an output signal appears at the output terminals of the amplifier 13. The shaft of this reversible motor is

laufenden Armen der Potentiometer 49 und 50 und außerdem mit einem über dem Zifferblatt 51 spielenden Zeiger verbunden. Wenn infolge einer Änderung in der Vakuummeßröhre 1 oder aus anderen Gründen fine Spannungsunsymmetrie am Eingang des Verstärkers 13 auftritt, so wird Motor 40 erregt und dreht die Potentiometerarme in dem Sinn einer abnehmenden Unsymmetrie, bis das Gleichgewicht hergestellt ist. Sollte dieser Wert überschrittenrunning arms of the potentiometers 49 and 50 and also with a playing over the dial 51 Pointer connected. If as a result of a change in the vacuum gauge 1 or for other reasons If the voltage imbalance occurs at the input of the amplifier 13, then the motor 40 is excited and rotates the potentiometer arms in the sense of decreasing unbalance until equilibrium is reached is made. Should this value be exceeded

ίο werden, so kehrt sich der Motor durch die neue Spannungsunsymmetrie um und sucht den Winkel des Unsymmetriesignals Null. Wie auf dem Zifferblatt des Geräts 51 ersichtlich, entspricht für ein bestimmtes Gas jedem Umdrehungswinkel der Potentiometer 49, 50 ein Winkel auf der kreisförmigen Skala dieses Geräts. Durch entsprechende nichtlineare Ausbildung der Potentiometer ist eine logarithmische Skala erhältlich, mit einem Meßbereich von z. B. 10¹ bis io⁸ mm Quecksilber.ίο, the motor reverses itself due to the new voltage asymmetry and searches for the angle of the asymmetry signal zero. As can be seen on the dial of the device 51, for a specific gas, each angle of rotation of the potentiometers 49, 50 corresponds to an angle on the circular scale of this device. A logarithmic scale is available with a measuring range of z. B. 10 ¹ to ^{10 8} mm of mercury.

Diese Einrichtung ergibt eine erhebliche Energie für die Betätigung von Registrier- oder Steuermechanismen oder für große industrielle Schalttafeln bekannter Bauart. Der Rheostat 27 kann in an sich bekannter Weise mit der Welle des Motors 40 verbunden werden, so daß die Emission des Glühfadens 2 im Bereich von Drücken über io"³mm Quecksilber reduziert wird. Natürlich kann eine Vorrichtung zum Ausschalten des Fadens beim Übertritt einer gegebenen Druckgrenze leicht in die Einrichtung nach Fig. 7 eingefügt werden.This device provides considerable energy for the operation of registration or control mechanisms or for large industrial switchboards of known types. The rheostat 27 can be connected to the shaft of the motor 40 in a manner known per se, so that the emission of the filament 2 is ^{reduced in the range of pressures above 10 "3} mm of mercury Pressure limit can easily be inserted into the device of FIG.

Während im obigen an Hand der ausführlichen Beschreibung einiger Ausführungsformen der Erfindung die Wechselstromverstärkungsmethoden in Verbindung mit Elektronenentladungsvorrichtungen dargelegt wurden, die mit Glühkathoden bzw. -fäden ausgerüstet sind, beschränkt sich die Erfindung nicht auf den Gebrauch solcher Kathodenstoffe. In gewissen Fällen hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, Glühfäden aus dem Elektronenentladungsraum zu beseitigen und den für die Ionisation des verdünnten Gases notwendigen Elektronenstrom durch kalte Kathodenflächen entstehen zu lassen.While in the above with reference to the detailed description of some embodiments of the invention the AC amplification methods associated with electron discharge devices that are equipped with hot cathodes or filaments, the invention is limited not on the use of such cathode materials. In certain cases it has proven to be very beneficial Eliminate filaments from the electron discharge space and those responsible for the ionization of the to allow the electron flow required by the diluted gas to arise through cold cathode surfaces.

Eine in Verbindung mit den Wechselstromverstärkungsmitteln zweckmäßig verwendbare kalte Kathodenfläche wird durch eine photoelektrische Fläche, z. B. aus Platin oder Tantal, gebildet, welche bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht von periodisch veränderlicher Stärke einen Elektronenstrom aussendet, dessen Amplitude sich gleichfalls periodisch ändert. Diese Stoffe sind deshalb vorteilhaft, weil sie chemisch beständig sind und mit den in ihrer Nähe befindlichen Gasen nicht in Reaktion treten.A cold one useful in conjunction with the AC amplification means Cathode surface is defined by a photoelectric surface, e.g. B. made of platinum or tantalum, which when irradiated with ultraviolet light of periodically variable strength, a current of electrons emits, the amplitude of which also changes periodically. These substances are therefore advantageous because they are chemically resistant and not in contact with the gases in their vicinity Reaction.

Eine Kaltkathodeneinrichtung ist in Fig. 8 dargestellt. Das Entladungsgefäß 1, welches die Beschleunigungselektrode 3 und eine Ionensammelelektrode 4 enthält, weist hier eine photoemissive Kathodenfläche 57 auf, zweckmäßig aus einem chemisch unwirksamen Stoff, wie Platin oder PaI-ladium. Diese Kathode 57 wird mit dem Licht einer Lichtquelle 58 bestrahlt, die in diesem Fall aus einer an ultravioletten Strahlen reichen Gasentladungslampe besteht. Es ist ratsam, den Strom in dem das Amperemeteroo enthaltenden Lampenstromkreis während einer Anzahl Messungen konstant zu halten, was mit Hilfe eines Rheostats 61 erreicht werden kann, der in Reihe mit der Wechselspannungsquelle 6 an der primären Seite des Transformators 59 liegt. Da die Gasentladungslampe 58 mit Wechselstrom gespeist wird, wird das entstehende Licht mit der zweifachen Frequenz f₀ der Quelle 6 stark moduliert. Die Emission der Kathode 57 wird in ähnlicher Weise moduliert, so daß im Gefäß 1 wieder ein periodisch veränderlicher Elektronenstrom zwischen Kathode 57 und Gitter 3 erzeugt wird. Der modulierte Ionenstrom fließt vom Ionensammler 4 durch Belastungsimpedanz 10. Spannungsquellen 7, 11, Schalter 24 und Kupplungskondensator 12 sind in der oben beschriebenen Weise mit Verstärker 13 und Meßgerät 9 verbunden. Die Arbeitsweise ist ebenfalls ganz ähnlich wie bei den mitGlühkathodenelektronenquellen arbeitenden Ausführungsformen, aber mit dem zusätzlichen Vorteil der Beseitigung einer Fehlerquelle aus dem Gasmeßraum.A cold cathode device is shown in FIG. The discharge vessel 1, which contains the acceleration electrode 3 and an ion collecting electrode 4, has a photoemissive cathode surface 57 here, expediently made of a chemically inactive substance such as platinum or palladium. This cathode 57 is irradiated with the light of a light source 58, which in this case consists of a gas discharge lamp rich in ultraviolet rays. It is advisable to keep the current in the lamp circuit containing the ammeter constant during a number of measurements, which can be achieved with the aid of a rheostat 61 which is connected in series with the AC voltage source 6 on the primary side of the transformer 59. Since the gas discharge lamp 58 is fed with alternating current, the resulting light is strongly modulated with twice the frequency f _{0 of} the source 6. The emission of the cathode 57 is modulated in a similar way, so that a periodically variable electron flow is again generated in the vessel 1 between the cathode 57 and the grid 3. The modulated ion current flows from the ion collector 4 through load impedance 10. Voltage sources 7, 11, switch 24 and coupling capacitor 12 are connected to amplifier 13 and measuring device 9 in the manner described above. The mode of operation is also very similar to that of the embodiments operating with glow cathode electron sources, but with the additional advantage of eliminating a source of error from the gas measuring chamber.

In der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Änderungen in der Elektronenaussendung der eigentlichen Kathode für die Modulation des Elektronenstroms und dadurch des Ionenstroms ausgenutzt. Manchmal wird zweckmäßig in den Raum zwischen Kathode und Elektronenbeschleunigungselektrode eine besondere Steuerelektrode eingeschaltet, um die Intensität des Elektronenstroms zu ändern. In diesem Fall muß natürlich dafür gesorgt werden, daß kapazitive oder chemische Streufeldströme die Ionensammelelektrode nicht erreichen können, so daß die an der letzteren Elektrode auftretenden Stromänderungen nur die von der periodischen Änderung des lonenstroms verursachten Ströme vertreten.In the embodiment described above, the changes in electron emission the actual cathode for modulating the electron flow and thereby the ion flow exploited. Sometimes it is expedient in the space between the cathode and the electron accelerating electrode a special control electrode switched on to control the intensity of the electron flow to change. In this case, of course, it must be ensured that capacitive or chemical Stray field currents cannot reach the ion-collecting electrode, so that at the latter electrode Any current changes that occur are only those caused by the periodic change in the ionic current Represent currents.

Diese Abänderung der Erfindung erklärt sich aus Fig. 9. Hier enthält das Gefäß 1 außer den Elektroden 2, 3, 4 noch ein Steuergitter 67 und ein Schirmgitter 68. Der Kathodenfaden wird aus einer Gleichstromquelle 62 gespeist und durch einen Rheostat 63 geregelt. Hier erfolgt die Modulation i°5 des zum Elektronenbeschleunigungsgitter 3 fließenden Elektronenstroms durch Aufdrücken eines Wechselstrompotentials auf das Steuergitter 67. Dieses Potential wird der Quelle 6 über Transformator 65 und eine damit in Reihe geschaltete Vor-Spannungsquelle 66 entnommen. Das Schirmgitter 68 wird von, einer Gleichspannungsquelle 69 mit konstantem Potential gespeist, welches die Isolierung der an das Gitter 3 und an die Anode 4 gebundenen Meßkreise von der Modulationselektrode 67 verbessert. Durch entsprechende Anordnung der Gitter 67 und 3 kann diese Isolation auch ohne die Schirmelektrode 68 bewerkstelligt werden, insbesondere wenn man die Modulationsspannung am Gitter 67 minimal hält. Durch diese Bauart können die Vorteile der Wechselstromverstärkung in den Meßkreisen auch dort gesichert werden, wo die gesamte Einrichtung aus Batterien betrieben werden muß und daher keine Wechselstromenergiequelle für die Heizung der Fadenkathode zur Verfugung ^la5 steht. In diesem Fall kann ein kleiner örtlicherThis modification of the invention is explained in FIG. 9. Here, in addition to the electrodes 2, 3, 4, the vessel 1 also contains a control grid 67 and a screen grid 68. Here the modulation i ° 5 of the electron current flowing to the electron acceleration grid 3 takes place by pressing an alternating current potential onto the control grid 67. This potential is taken from the source 6 via transformer 65 and a bias voltage source 66 connected in series with it. The screen grid 68 is fed by a direct voltage source 69 with constant potential, which improves the isolation of the measuring circuits connected to the grid 3 and to the anode 4 from the modulation electrode 67. By arranging the grids 67 and 3 accordingly, this insulation can also be achieved without the shield electrode 68, in particular if the modulation voltage on the grid 67 is kept to a minimum. With this design, the advantages of alternating current amplification in the measuring circuits can also be secured where the entire device has to be operated from batteries and therefore no alternating current energy source for heating the filamentary cathode is available ^{la 5.} In this case, a small local

Oszillator zum Modulieren der Ekktronenströmung durch die Elektrode 67 ohne Energieverbrauch aus der Modulationsquelie verwendet werden.Oscillator for modulating the electron flow through the electrode 67 without consuming energy of the modulation source can be used.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, lal.it sich die Erfindung zum Messen des Drucks in verdünnten Gasen in weiten Grenzen benutzen. Sie ist jedoch ebenfalls nützlich beim Messen von Änderungen in der Beschaffenheit des im Entladungsgefäß anwesenden Gases, auch wenn der Druck konstant bleibt oder sich nur wenig ändert. Dies ermöglicht die Konstruktion eines sehr zweckmäßigen Lecksuchers durch Anwendung von Aceton oder anderer hochionisierbaren Verbindungen an der Außenseite des Vakuumsystems. Sie ist auch sehr nützlich für die chemische Analyse von verdünnten Gasen.As can be seen from the above description, the invention can be used for measuring the pressure in thinned Use gases within wide limits. However, it is also useful when measuring changes in the nature of the gas present in the discharge vessel, even if the pressure is constant remains or changes little. This enables a very useful leak detector to be constructed by using acetone or other highly ionizable compounds on the outside of the vacuum system. It is also very useful for chemical analysis of dilute gases.

Claims (16)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Einrichtung zum Messen von physikalischen Eigenschaften, die mit dem Ionisationskoeftizienteu im Zusammenhang stehen, unter Anwendung eines Entladungsgefäßes, das eine Elektronenquelle zur Erzeugung eines periodisch wechselnden Elektronenstroms, ferner eine Sammelelektrode für die Elektronen und eine Sammelelektrode für die Ionen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß an eine zwischen die Ionensammelelektrode und eine negative Potentialquelle eingeschaltete Belastungsimpedanz ein Spannungsverstärker zur Verstärkung der Wechselspannungskomponenten angeschlossen ist, welche an der Belastungsimpedanz auf Einwirkung der im Entladungsgefäß entstehenden, periodisch wechselnden Elektronenströmung auftreten und nach der Verstärkung einem Meßgerät, Anzeigeinstrument od. dgl. zugeführt werden.1. Apparatus for measuring physical properties related to the coefficient of ionization are related, using a discharge vessel that has an electron source to generate a periodic alternating electron stream, also a collecting electrode for the electrons and a Collecting electrode for the ions, characterized in that one between the ion collecting electrode and a negative potential source switched on load impedance a voltage amplifier for amplifying the AC voltage components is connected, which is periodic at the load impedance due to the action of the discharge vessel alternating electron flow occur and after amplification a measuring device, Display instrument or the like. Are supplied. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquelle durch eine Glühfadenkathode gebildet ist, die mit einem Strom von periodisch wechselnder Größe erregt wird, daß ferner die Potentialquelle in bezug auf den emittierenden Glühfaden negativ ist, während an der Belastungsimpedanz durch die periodischen Fluktuationen der Ionenströme auf Einwirkung der periodischen Änderungen in der Emission der Glühfadenkathode wechselnde Potentiale erzeugt werden.2. Device according to claim 1, characterized in that that the electron source is formed by a filament cathode with a Current of periodically changing magnitude is excited that further the potential source with respect to the emitting filament is negative while at the load impedance due to the periodic Fluctuations in the ion currents due to the action of periodic changes in the Emission of the filament cathode alternating potentials are generated. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquelle durch eine photoelektrische Kathode gebildet ist, welche periodisch wechselnder Bestrahlung ausgesetzt wird, daß ferner die negative Potentialquelle in bezug auf die photoelektrische Kathode negativ ist, wobei der Spannungsverstärker an die Belastungsimpedanz gebunden ist, um die wechselnden Potentiale von der Frequenz der genannten Strahlung zu verstärken.3. Device according to claim 1, characterized in that that the electron source is formed by a photoelectric cathode which is exposed to periodically changing radiation becomes that further the negative potential source with respect to the photoelectric cathode is negative, with the voltage amplifier tied to the load impedance to the to amplify changing potentials of the frequency of said radiation. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuerelektrode für die periodisehe Änderung des von der Elektronenquelle zum Elektronensammler fließenden Elektronenstroms.4. Device according to claim 1, characterized by a control electrode for the periodic Change in the electron current flowing from the electron source to the electron collector. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigungunerwünschter Geräusch- bzw. Streufeldspannungen aus der Ausgangsspannung des Verstärkers der letztere eine auf die Frequenz der wechselnden Spannungskomponenten scharf abgestimmte Frequenz besitzt.5. Device according to claim 1, characterized in that that to eliminate undesired noise or stray field voltages from the output voltage of the amplifier, the latter a frequency that is sharply tuned to the frequency of the changing voltage components owns. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an die Ausgangsseite des Verstärkers angeschlossenen, mit der Frequenz der wechselnden Spannungskomponenten in Synchronismus arbeitenden Gleichrichter zur Betätigung des Meßgeräts od. dgl.6. Device according to claim 1, characterized by one on the output side of the amplifier connected, in synchronism with the frequency of the changing voltage components working rectifier to operate the measuring device or the like. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker eine nichtlineare Eingangs-Ausgangs-Charakteristik aufweist, so daß die Ausgangsspannung eine logarithmische Funktion der Wechselspannungskomponenten darstellt und das Meßgerät od. dgl. durch diese logarithmisch verstärkten Wechselspannungen der Verstärkerausgangsseite betätigt wird.7. Device according to claim 1, characterized in that that the amplifier has a non-linear input-output characteristic, so that the output voltage is logarithmic Represents the function of the alternating voltage components and the measuring device or the like these logarithmically amplified AC voltages actuated on the amplifier output side will. 8. Einrichtung nach Anspruch 1 zur Feststellung des Größenverhältnisses der Ionisationsströme zu den Elektronenströmen in verdünnten Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialquelle in bezug auf die Elektronenquelle negativ ist, gekennzeichnet ferner durch Mittel zur Feststellung der Größe des Elektronenstroms und weitere, an die Ausgangsseite des Verstärkers angeschlossene Mittel zur Feststellung der Größe des Ionenstroms.8. Device according to claim 1 for determining the ratio of the ionization currents to the electron currents in dilute Gases, characterized in that the potential source with respect to the electron source is negative, further characterized by means for determining the magnitude of the electron current and further means, connected to the output side of the amplifier, for determining the Size of the ion current. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch folgende Bestandteile: Eine zwischen den Ionensammler und eine gegenüber der Elektronenquelle negative Spannungsquelle eingeschaltete Ionensammlerbelastungsimpedanz; eine zwischen die Elektronensammlerelektrode und eine gegenüber der Elektronenquelle positive Spannungsquelle eingeschaltete Elektronensammlerbelastungsimpedanz; ein Verstärker, der bei der Frequenz der veränderlichen Elektronenquelle ein hohes Verstärkungsvermögen hat; Mittel zur wechselnden Verbindung des Verstärkers mit der Ionensammlerbelastungsimpedanz und der Elektronensammlerbelastungsimpedanz; dem Verstärker zugeschaltete Mittel zum Anzeigen der verstärkten Wechselspannungen, die an den Belastungsimpedanzen auf Einwirkung n° des periodisch wechselnden Elektronenstroms entstehen.9. Device according to claim 8, characterized by the following components: One between the ion collector and a voltage source that is negative in relation to the electron source are switched on Ion collector load impedance; one between the electron collecting electrode and an electron collector load impedance connected to the electron source positive voltage source; an amplifier which has a high gain at the frequency of the variable electron source; Means for alternately connecting the amplifier to the ion collector load impedance and the electron collector loading impedance; display means connected to the amplifier of the amplified alternating voltages that act on the load impedances n ° of the periodically changing electron stream. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Mittel zur willkürlichen Einstellung des periodisch wechselnden Elektro- "5 nenstroms auf eine Kalibriermarke auf dem Anzeigemittel, ferner durch eine Skala auf diesem Mittel, wobei diese Skala in Werten kalibriert ist, die proportional zum Verhältnis des Ionisationsstroms zum Elektronenstrom sind.10. Device according to claim 9, characterized by means for arbitrary Adjustment of the periodically changing electron current to a calibration mark on the Display means, furthermore by a scale on this means, this scale being calibrated in values which are proportional to the ratio of the ionization current to the electron current. 11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Belastungsimpedanz willkürlich auf Kalibrationsregelung und Meßbereichmultiplikation eingestellt werden kann.11. Device according to claim 9, characterized in that that the one load impedance arbitrarily on calibration control and measuring range multiplication can be adjusted. 12. Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende Bestandteile: Mittel zur will-12. Device according to claim 9, characterized through the following components: Means for willing- kürlichen Einstellung der Größe des Ionisationsstroms auf einen vorbestimmten Wert; ein Wechselstromverstärker mit einem Anzeigegerät, das mit der Sammelelektrodenbelastungsimpedanz verbunden ist und den vorbestimmten Ionenstromwert kontrolliert; ein zweiter Verstärker mit einem Anzeigegerät in Verbindung mit der Elektronensammlerbelastungsimpedanz, wobei die letztgenannten Anzeigemittel in Werten kalibriert sind, die zum Verhältnis Ionisationsstrom zu Elektronenstrom im Entladungsgefäß proportional sind.arbitrarily setting the magnitude of the ionization current to a predetermined value; a AC amplifier with a display device that shows the collective electrode load impedance is connected and controls the predetermined ionic current value; a second amplifier with a display device in connection with the electron collector load impedance, the latter display means being calibrated in values that correspond to the ratio of ionization current are proportional to the electron current in the discharge vessel. 13. Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende Bestandteile: Mittel zur willkürlichen Einstellung und periodischen Änderung des Elektronenstroms auf eine Kalibriermarke auf dem Anzeigegerät; eine Skala auf dem Anzeigegerät, welche in Werten kalibriert ist, die zum Verhältnis Ionisationsstrom zu Elektronenstrom proportional ist; Regelungsmittel an beiden Seiten der Kalibriermarke; ein durch die Regelungsmittel gesteuerter reversibler Regelungsmechanismus, der die genannten Mittel elektromechanisch auf willkürliche Einstellung des periodisch wechselnden Elektronenstroms einsteuert.13. Device according to claim 9, characterized by the following components: means for arbitrary setting and periodic change of the electron current on a calibration mark on the display device; a scale on the display device, which calibrates in values which is proportional to the ratio of ionization current to electron current; Control means on both sides of the calibration mark; a reversible regulating mechanism controlled by the regulating means, the said Means electromechanically for arbitrary adjustment of the periodically changing electron stream taxed. 14. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die an den beiden Belastungsimpedanzen entstehenden Wechselpotentiale reihenmäßig einem Verstärker aufgedrückt werden, der durch die Frequenz des periodisch wechselnden Elektronenstroms betätigt wird, wobei an die Ausgangsseite dieses Verstärkers ein Anzeigegerät angeschlossen ist, das die Anwesenheit einer resultierenden Nettospannung am Eingang des Verstärkers anzeigt, und eine oder beide der Belastungsimpedanzen für die Kalibration und für die Herstellung der Gleichheit zwischen den beiden in Reihe geschalteten Wechselpotentialen willkürlich einstellbar sind, so daß das Verhältnis der beiden Belastungsimpedanzen am Gleichheitspunkt zum Verhältnis Ionisationsstrom zu Elektronenstrom umgekehrt proportional ist.14. Device according to claim 9, characterized in that that the alternating potentials arising at the two load impedances are applied in series to an amplifier, which is actuated by the frequency of the periodically changing electron stream, wherein A display device is connected to the output side of this amplifier, which shows the presence a resulting net voltage at the input of the amplifier, and an or both of the load impedances for calibration and for establishing equality between the two alternating potentials connected in series can be set arbitrarily, so that the ratio of the two load impedances at the point of equality to the ratio Ionization current is inversely proportional to electron current. 15. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die an den beiden Belastungsimpedanzen entstehenden Wechselpotentiale reihe'nmäßig einem Verstärker aufgedrückt werden, der durch die Frequenz des periodisch wechselnden Elektronenstroms betätigt wird und welchem ein Synchrongleichrichter angeschlossen ist, der mit einem polarisierten Anzeigegerät in Verbindung steht, das die Polarität des Unsymmetriesignals anzeigt, wobei die Elektronensammlerbelastungsimpedanz willkürlich eingestellt werden kann und mit einer Skala versehen ist, die zum Verhältnis Ionisationsstrom zu Elektronenstrom proportional ist, während die Ionensammlerbelastungsimpedanz auf Kalibrationseinstellung für verschiedene Gase oder Entladungsgefäßarten eingeregelt werden kann.15. Device according to claim 9, characterized in that that the alternating potentials arising at the two load impedances are sequentially impressed on an amplifier, which is actuated by the frequency of the periodically changing electron stream and which is connected to a synchronous rectifier with a polarized display device which indicates the polarity of the unbalance signal, the electron collector loading impedance Can be set arbitrarily and is provided with a scale that shows the ratio of ionization current to Electron current is proportional while the ion collector load impedance is on calibration setting can be adjusted for different gases or types of discharge vessel. 16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät aus einem reversiblen, elektromechanisch arbeitenden, an die Ausgangsseite des Verstärkers angeschlossenen Gerät besteht, das aus einer Quelle synchronisiert wird, deren Frequenz derjenigen des periodisch wechselnden Elektronenstroms gleicht, wobei die Größe des an der Elektronensammlerbelastungsimpedanz entstehenden Wechselpotentiale durch einen Regelungswiderstand willkürlich geändert wird und die elektromechanisch arbeitende Vorrichtung derart mit dem Regelungswiderstand verbunden ist, daß sie diesen beständig auf eine Stellung einregelt, bei welcher kein Unsymmetrienettosignal den Verstärker erreicht, wobei ferner die elektromechanisch arbeitende Vorrichtung auch mit einem Anzeigegerät verbunden ist, welches in Werten kalibriert ist, die zum Verhältnis Ionisationsstrom zu Elektronenstrom im Entladungsgefäß proportional ist.16. Device according to claim 14, characterized characterized in that the display device consists of a reversible, electromechanical working on The device connected to the output side of the amplifier consists of synchronizing from a source the frequency of which is equal to that of the periodically changing electron flow, the magnitude of which is applied to the electron collector load impedance resulting alternating potentials is arbitrarily changed by a control resistor and the electromechanical working device is connected to the control resistor that they constantly adjusts to a position at which no unbalance net signal hits the amplifier achieved, furthermore, the electromechanically operating device also with a Display device is connected, which is calibrated in values related to the ratio of ionization current is proportional to the electron current in the discharge vessel. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 5267 7.5267 7.