DE929818C - Device for measuring gas pressures - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 4. JULI 1955ISSUED JULY 4, 1955

N 7136 IXb 142 kN 7136 IXb 142 k

Die Erfindung bezieht sich auf die Messung absoluter Drücke von Atmosphärendruck bis herab zu Drücken von der Größenordnung io~⁶ mm Hg. Die Erfindung betrifft Verbesserungen von Meßgeräten nach Art des sogenannten Alphatrons, das in der amerikanischen Patentschrift 2 497 213 beschrieben ist. The invention relates to the measurement of absolute pressures from atmospheric pressure down to pressures of the order of magnitude of 10 ~ ⁶ mm Hg. The invention relates to improvements in measuring devices of the so-called alphatron type described in US Pat. No. 2,497,213.

Das Alphatron enthält einen radioaktiven Strahler, dessen Emission von Ionisatoren annähernd konstant und annähernd unabhängig von der Temperatur und von dem elektrischen Feld in seiner Umgebung ist. Das radioaktive Material ist so angebracht, daß es Ionisatoren in den Raum zwischen zwei Elektroden einstrahlt und die dort befindlichen Gasmoleküle ionisiert, die sich innerhalb einer die beiden Elektroden enthaltenden Ionisierungskammer befinden.The Alphatron contains a radioactive emitter, the emission of which from ionizers approximates constant and almost independent of the temperature and of the electric field in its Environment is. The radioactive material is attached so that it is in the space between ionizers irradiates two electrodes and ionizes the gas molecules located there, which are inside an ionization chamber containing the two electrodes.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Alphatrons ist der Strahler ein alpha-Strahler, z.B. Radium oder ein beta-S tr ahler, z. B. Strontium 90. Die Erfindung wird für den Fall dieser geladenen Teilchen als Ionisatoren beschrieben, ist jedoch ohne weiteres auch auf andere Arten von Ionisatoren anwendbar. Die Ionisierung innerhalb der Kammer wird durch Auffangen der in ihr entstehenden Ionen und durch Verstärkung und Anzeige des Ionenstroms gemessen. Der Ionisierungsstrom hängt unmittelbar von der Zusammensetzung und dem absoluten Druck des Gases innerhalb des Meßgerätes ab. Innerhalb eines erheblichen Druckbereiches ist dieser Zusammenhang einfach proportional. Abweichungen von diesem proportionalen Zusammenhang zwischen dem Gasdruck und dem Ionisierungsstrom treten bei höheren Druck-In a preferred embodiment of the alphatron the emitter is an alpha emitter, e.g. Radium or a beta radiator, e.g. B. Strontium 90. The invention is charged for the case of this Particles are described as ionizers, but are readily applicable to other types of ionizers as well applicable. The ionization inside the chamber is caused by the trapping of the inside Ions and measured by amplifying and displaying the ion current. The ionization current depends directly on the composition and the absolute pressure of the gas within the measuring device. Within a considerable pressure range this relationship is simply proportional. Deviations from this proportional There is a correlation between the gas pressure and the ionization current at higher pressure

bereichen auf. Diese Abweichungen rühren von der gleichzeitigen Wirkung zweier Ursachen her. Erstens ist nämlich die beim Durchgang eines ionisierenden Teilchens durch eine gegebene Gas.-menge gebildete Zahl von Ionenpaaren (nämlich eines positiven Ions und eines Elektrons) stark veränderlich, wenn das ionisierende Teilchen an das Ende seiner Reichweite gelangt. Zweitens wird bei'hohen Drücken die Konzentration von ίο positiven Ionen und Elektronen, die durch das ionisierende Teilchen gebildet werden, so groß, daß ein erheblicher Teil dieser positiven Ionen und Elektronen rekombiniert, ohne die Sammelelektroden zu erreichen: Natürlich müssen aber positive Ionen und Elektronen die zugehörigen Elektroden erreichen, um als Ionisierungsstrom in Erscheinung zu treten. Wenn ein Ion schon im Gase rekombiniert, so trägt es zu dem Ionenstrom nichts bei.range on. These deviations result from the simultaneous effect of two causes. First is the amount of gas when an ionizing particle passes through a given gas formed number of ion pairs (namely a positive ion and an electron) strong changeable when the ionizing particle reaches the end of its range. Secondly the concentration of ίο positive ions and electrons generated by the ionizing particles are formed so large that a significant part of these positive ions and Electrons recombined without reaching the collecting electrodes: Of course, positive ones must Ions and electrons reach the associated electrodes to appear as ionizing currents to kick. If an ion is already recombining in the gas, it contributes to the ion current nothing at.

Beim Entwurf einer Ionisierungskammer für einen bestimmten Druckbereich, z. B. für den Bereich von etwa 10 mm bis Atmosphärendruck ergibt sich somit folgendes. Der Ionenstrom darf nur aus denjenigen Ionenpaaren bestehen, welche von ionisierenden Teilchen gebildet werden, die eine merklich kleinere Strecke als ihre mittlere Restreiichweite durchlaufen· haben. Unter mittlerer Restreichweite wird die in Längeneinheiten gemessene mittlere Reichweite der ionisierenden Teilchen nach dem Eintritt in das Gas, dessen Druck gemessen werden soll, verstanden. Diese Reichweite hängt von der Zusammensetzung des Gases ab und ist natürlich dem Gasdruck umgekehrt proportional. Für alpha-Teilchen, die von Radium ausgestrahlt werden, ist diese mittlere Restreichweite die mittlere Reichweite der alpha-Teilchen, nachdem diese den Rhodium-Film durchsetzt 'haben, der vorzugsweise zum Zusammenhalten der Zerfallsprodukte des Radiums, nämlich des Radons, benutzt wird. Ferner soll der Abstand zwischen den beiden Elektroden der Ionisierungskammer so klein wie möglich sein, um die Rekombination von Ionenpaaren nicht zu begünstigen. Praktisch wird beiden genannten Gesichtspunkten ausreichend Rechnung getragen, wenn die mittlere Abmessung der Ionisierungskammer kleiner als die mittlere Restreichweite der ionisierenden Teilchen bei dem höchsten zu messenden Druck ist. Da die Elektroden innerhalb der Ionisierungskammer liegen, ist der Elektrodenabstand erheblich kleiner als diese mittlere Restreichweite.When designing an ionization chamber for a specific pressure range, e.g. B. for the area from about 10 mm to atmospheric pressure thus results in the following. The ion current is only allowed consist of those ion pairs, which are formed by ionizing particles, the one have covered noticeably shorter distances than their mean remaining range. Below medium remaining range is the mean range of the ionizing particles, measured in units of length understood after entering the gas whose pressure is to be measured. This range depends on the composition of the gas and is of course inversely proportional to the gas pressure. For alpha particles emitted by radium, this mean remaining range is the mean Range of the alpha particles after they have penetrated the rhodium film, which is preferably is used to hold together the decay products of radium, namely radon. Furthermore, the distance between the two electrodes of the ionization chamber should be as small as be possible in order not to favor the recombination of ion pairs. Both will be practical Sufficient account is taken of these aspects when the mean dimension of the ionization chamber less than the mean remaining range of the ionizing particles at the highest pressure to be measured. Since the electrodes are inside the ionization chamber, the distance between the electrodes is considerably smaller than this mean remaining range.

Da bei einem absoluten Druck in der Größenordnung von 1000 mm die mittlere Restreichweite der alpha-Teilchen ziemlich klein ist, nämlich nur von der Größenordnung von etwa 2 cm, ist zur Erreichung eines linearen Meßbereichs bei etwa Atmosphärendruck eine.sehr kleine Ionisierungskamnier notwendig. Andererseits können mit einer so kleinen Ionisierungskammer aber nicht sehr niedrige Drücke gemessen werden, da das Verhältnis des sogenannten Dunkelstroms zu dem positiven Ionenstrom sehr groß ist. Dieser sogenannte Dunkelstrom rührt wenigstens teilweise von einer Bombardierung der Sammelelektrode für die positiven Ionen durch alpha-Teilchen her. Bei niedrigen Drücken ist der im Gas erzeugte Strom positiver Ionen sehr klein, da er dem Druck und den Abmessungen der Ionisationskammer für Luft nach der Gleichung I = 5,25 · 10— ^1S L-N-P proportional ist, in welcher I der Ionisierungsstrom in Ampere ist, P der Druck in Millimetern, N die Zahl der alpha-Teilchen, welche je Sekunde in die Ionisierungskammer eingestrahlt werden und L der mittlere Abstand in Zentimetern zwischen dem alpha-Strahler und dem Ende der Ionisierungskammer.Since at an absolute pressure of the order of magnitude of 1000 mm the mean remaining range of the alpha particles is rather small, namely only of the order of magnitude of about 2 cm, a very small ionization chamber is necessary to achieve a linear measuring range at about atmospheric pressure. On the other hand, very low pressures cannot be measured with such a small ionization chamber, since the ratio of the so-called dark current to the positive ion current is very large. This so-called dark current is at least partly due to the bombardment of the collecting electrode for the positive ions by alpha particles. At low pressures the current of positive ions generated in the gas is very small, since it is proportional to the pressure and the dimensions of the ionization chamber for air according to the equation I = 5.25 · ^10-1S LNP , in which I is the ionization current in amperes, P the pressure in millimeters, N the number of alpha particles which are radiated into the ionization chamber per second and L the mean distance in centimeters between the alpha emitter and the end of the ionization chamber.

Man kann nun zwar eine doppelte Ionisierungskammer mit zwei getrennten Quellen von Ionisatoren und einer geeigneten Umschaltung zur Erreichung linearer Ablesungen innerhalb eines weiten Druckbereiches benutzen, jedoch hätte eine solche Einrichtung den Nachteil, daß zwei getrennte Quellen von Ionisatoren, also z. B. Radiumkörper, vorhanden sein müssen. Da die radioaktiven Materialien bei solchen Meßgeräten aber einen erheblichen Bruchteil der Gesamtkosten ausmachen, möchte man aus Kostengründen die Benutzung zweier Radiumkörper vermeiden.You can now have a double ionization chamber with two separate sources of Ionizers and suitable switching to achieve linear readings within one Use a wide pressure range, but such a device would have the disadvantage that two separate Sources of ionizers, e.g. B. radium bodies must be present. Since the radioactive Materials in such measuring devices make up a significant fraction of the total costs, one would like to avoid the use of two radium bodies for reasons of cost.

Die Erfindung bezweckt in erster Linie, ein Meßgerät nach Art des Alphatrons zu schaffen, welches innerhalb eines weiten Druckbereiches von Atmosphärendruck bis zu Drücken von ganz ungefähr 10—⁸ mm Hg linear anzeigt und nur eine einzige Quelle von Ionisatoren besitzt.The invention aims primarily to provide a measuring device on the type of Alphatrons which indicates linear within a wide pressure range from atmospheric pressure up to pressures of all about 10 mm Hg and ⁸ has only a single source of ionizers.

Dabei soll das Meßgerät eine kleine Ionisierungskammer innerhalb einer größeren enthalten, wobei die kleinere Kammer elektrisch von der größeren Kammer isoliert ist, um den Übertritt von positiven Ionen aus einer Kammer in die andere zu verhindern.The measuring device should contain a small ionization chamber within a larger one, wherein the smaller chamber is electrically isolated from the larger chamber for the crossover to prevent positive ions from moving from one chamber to the other.

Fig. ι ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung undFig. Ι is a schematic representation of an embodiment of the invention and

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teiles der Anordnung nach Fig. 1.FIG. 2 shows an enlarged illustration of part of the arrangement according to FIG. 1.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird eine erste Elektrode vorgesehen, welche eine verhältnismäßig große Ionisierungskammer umschließt, und innerhalb dieser größeren Kammer ist eine erste Sammelelektrode vorhanden. Zwischen die beiden Elektroden wird eine Spannung gelegt, derart, daß positive Ionen von der einen und negative Teilchen (Ionen und Elektronen) von der anderen der beiden Elektroden aufgenommen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Ionisator ein alpha-Strahler, z. B. Radium, welcher positive Ionen erzeugt. Die erste Elektrode, welche die Ionisierungskammer umschließt, liegt auf einem Potential V₁ und die zweite Elektrode auf einem Potential V₂, wobei F₂ negativ gegen V₁ ist, so daß die zweite Elektrode positive Ionen anzieht. Die Erfindung wird im folgenden unter der Voraussetzung der Benutzung eines solchen alpha-Strahlers und unter der Voraussetzung einer solchen Anordnung der Elektrode beschrieben, daß der positive Ionenstrom zur Druckmessung benutzt wird. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Voraussetzung beschränkt.In the arrangement according to the invention, a first electrode is provided which encloses a relatively large ionization chamber, and a first collecting electrode is present within this larger chamber. A voltage is applied between the two electrodes in such a way that positive ions are picked up by one of the electrodes and negative particles (ions and electrons) are picked up by the other of the two electrodes. In a preferred embodiment of the invention the ionizer is an alpha emitter, e.g. B. Radium, which generates positive ions. The first electrode, which encloses the ionization chamber, is at a potential V ₁ and the second electrode at a potential V ₂ , where F _{2 is} negative compared to V ₁ , so that the second electrode attracts positive ions. The invention is described below on the assumption that such an alpha emitter is used and on the assumption that the electrode is arranged in such a way that the positive ion current is used for pressure measurement. However, the invention is not limited to this requirement.

Das Meßgerät enthält auch noch eine dritte Elektrode, welche eine zweite Ionisierungskammer umschließt. Diese zweite Kammer ist verhältnismäßig klein gegenüber der ersten Kammer. Die zweite Kammer enthält ebenfalls eine Sammelelektrode, welche die vierte Elektrode des Meßgerätes darstellt. Die Ionisatorenquelle (z. B. Radium) ist so angebracht, daß die emittierten alpha-Teilchen sowohl die große wie die kleine Kammer durchlaufen. Bei ίο einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich das Radium innerhalb oder in der Nähe der kleinen Kammer und seine alpha-Teilchen durchsetzen die kleine Kammer, bevor sie in die große Kammer eintreten. Die alpha-Teilchen treten also durch die die kleine Kammer bildende Elektrode hindurch und durchlaufen anschließend die große Kammer.The measuring device also contains a third electrode which encloses a second ionization chamber. This second chamber is relatively small compared to the first chamber. The second chamber also contains a collecting electrode, which is the fourth electrode of the measuring device. the Ionizer source (e.g. radium) is mounted so that the alpha particles emitted are both the go through both large and small chambers. In ίο a preferred embodiment of the invention the radium is located inside or near the small chamber and its alpha particles traverse the small chamber before entering the large chamber. The alpha particles occur that is, through the electrode forming the small chamber and then pass through the large chamber.

Bei dieser Einrichtung dient der positive Ionenstrom dazu, den Druck innerhalb des Meßgerätes anzuzeigen. Die Elektrode, welche die kleinere Kammer bildet, ist für alpha-Teilchen durchlässig und wird auf ein Potential V₃ (vorzugsweise gleich V₁) gebracht, um die Wanderung positiver Ionen aus einer Kammer in die andere zu verhindern. Insbesondere muß der Übertritt positiver Ionen aus der größeren in die kleinere Kammer verhindert werden, wenn die kleinere Kammer zur Messung verhältnismäßig hoher Drücke benutzt wird.In this device, the positive ion current is used to display the pressure within the measuring device. The electrode which forms the smaller chamber is permeable to alpha particles and is brought to a potential V ₃ (preferably equal to V ₁ ) in order to prevent the migration of positive ions from one chamber into the other. In particular, the transfer of positive ions from the larger into the smaller chamber must be prevented if the smaller chamber is used to measure relatively high pressures.

In Fig. ι und 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt, welche sich insbesondere zur Benutzung mit einem Radiumpräparat eignet, welches als Ionisatorenquelle dient. Das Meßgerät besteht aus einem Gehäuse 10, welches so fest ausgeführt ist, daß es dem äußeren Überdruck bei seiner Evakuierung standhalten kann. Dieses Gehäuse 10 dient vorzugsweise als die eine Elektrode (mit dem Potential V₁) und umschließt die Ionisierungskammer 12. Innerhalb der Kammer 12 liegt eine Sammelelektrode 14, die auf einem Potential V₂, welches negativ gegenüber V₁ ist, gehalten werden kann und also positive Ionen anzieht. Eine weitere Elektrode 16, welche eine zweite Ionisierungskammer 20 umschließt, ist innerhalb der ersten Kammer 12 angeordnet und befindet sich auf einem Potential V₃, welches vorzugsweise gleich V₁ sein soll. Innerhalb der Ionisierungskammer 20 befindet sich eine weitere Sammelelektrode 18 für positive Ionen, die auf einem Potential V₁ gehalten wird, welches vorzugsweise gleich V₂ ist. Die Elektrode 16 besteht aus einer Mehrzahl von Bügeln, die ein Gitter bilden, das alpha-Teilchen hoher Geschwindigkeit hindurchtreten läßt, während es positive Ionen, die sich den Gitterstäben annähern, zurückstößt. Wie insbesondere in Fig. 2 dargestellt, wird der Boden der kleineren Ionisierungskammer 20 durch eine Platte 22 mit einem Radiumpräparat gebildet. Die Platte 22 liegt auf zwei leitenden Stützen 23 auf, die am Gehäuse 10 befestigt sind. Diese Radiumplatte 22 ist vorzugsweise so wie in der oben genannten Patentschrift ausgebildet, d. h. das Radium befindet sich im Gleichgewicht mit seinen unmittelbaren Zerfallsprodukten. A preferred embodiment is shown in FIGS. 1 and 2, which is particularly suitable for use with a radium preparation which serves as an ionizer source. The measuring device consists of a housing 10 which is made so solid that it can withstand the external overpressure during its evacuation. This housing 10 preferably serves as one electrode (with the potential V ₁ ) and encloses the ionization chamber 12. Inside the chamber 12 is a collecting electrode 14 which can be kept at a potential V ₂ , which is negative compared to V ₁ , and thus attracts positive ions. Another electrode 16, which encloses a second ionization chamber 20, is arranged inside the first chamber 12 and is at a potential V ₃ , which should preferably be equal to V ₁ . Within the ionization chamber 20 there is a further collecting electrode 18 for positive ions, which is kept at a potential V ₁ , which is preferably equal to V ₂ . Electrode 16 consists of a plurality of temples that form a grid that allows alpha particles to pass through at high speed while repelling positive ions approaching the bars of the grid. As shown in particular in FIG. 2, the bottom of the smaller ionization chamber 20 is formed by a plate 22 with a radium preparation. The plate 22 rests on two conductive supports 23 which are fastened to the housing 10. This radium plate 22 is preferably designed as in the above-mentioned patent, ie the radium is in equilibrium with its immediate decay products.

Die beiden Kollektorelektroden 14 und 18 zur Aufnahme positiver Ionen werden vorzugsweise von den Isolatoren 24 und 26 getragen und sind an die Leitungen 25 und 27 angeschlossen.The two collector electrodes 14 and 18 for Positive ion pickups are preferably carried by insulators 24 and 26 and are on lines 25 and 27 connected.

Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht die Schaltung zur Messung der positiven Ionenströme der beiden Elektroden 14 und 18 aus einem Verstärker, der im ganzen mit 30 bezeichnet ist. Dieser Verstärker enthält ein Meßinstrument 32, welches vorzugsweise in Druckeinheiten geeicht sein soll und welches den absoluten Druck innerhalb der Kammer 12 direkt anzeigt. Der Verstärker 30 ist vorzugsweise so ausgebildet, wie in der Zeitschrift Review of Scientific Instruments, Bd. 22, Heft 4, Jahrgang 1951, S. 236, von Moody beschrieben. Ferner soll der Verstärker vorzugsweise auf tiefe, mittlere und höhere Drücke umschaltbar sein. Zu diesem Zweck ist ein Widerstandsnetzwerk, bestehend aus den Widerständen R₁, R₂, R₃ und i?₄ und einer Anzahl von thermischen Relais r_v r₂ und r₃ vorhanden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hatten die Widerstände die folgenden Größen: As shown in FIG. 1, the circuit for measuring the positive ion currents of the two electrodes 14 and 18 consists of an amplifier which is designated as 30 as a whole. This amplifier contains a measuring instrument 32, which should preferably be calibrated in pressure units and which indicates the absolute pressure within the chamber 12 directly. The amplifier 30 is preferably designed as described by Moody in the journal Review of Scientific Instruments, Vol. 22, Issue 4, year 1951, p. 236. Furthermore, the amplifier should preferably be switchable to low, medium and higher pressures. For this purpose, a resistor network consisting of the resistors R ₁ , R ₂ , R ₃ and i? ₄ and a number of thermal relays r _v r ₂ and r ₃ available. In a preferred embodiment, the resistors were of the following sizes:

R₁= ι 000 Megohm R₂ = 10 000 R ₁ = ι 000 megohms R ₂ = 10,000

R₃ = 100 000
R_t ⁼ ι 000 R ₃ = 100,000
R _t ⁼ ι 000

Die Relais r_v r₂, r₃ sind an die Wählertasten B₁. B₂ und B₃ angeschlossen, so daß der gewünschte Meßbereich nach Wunsch gewählt werden kann. Außerdem ist eine Wählertaste B₀ vorgesehen, welche die Relais T₁ und r₃ schließen kann. Die hierzu nötige Schaltung ist in Fig. 1 fortgelassen. Das genannte Widerstandsnetzwerk dient als eine besonders vorteilhafte Einrichtung, um einem einzigen Verstärker die Spannungen zuzuführen, welche stark verschiedenen Ionisierungsströmen zu den beiden Kollektorelektroden entsprechen. Bei niedrigen Gasdrücken wird nur der Ionisierungsstrom des Kollektors 14 benutzt, während der Strom des Kollektors 18 über T₁ geerdet ist. Der Ionisierungsstrom des Kollektors 14 ist verhältnismäßig klein, und der hohe Widerstand R₃ dient als Eingangswiderstand des Verstärkers. Dieser Eingangswiderstand wird in einem Druckbereich von ι : 100 benutzt, z. B. von P₁ bis P₂. Für höhere Drücke, nämlich zwischen P.₂ und P₃ wird das Relais r₂ geschlossen und R₁ dient als Eingangswiderstand des Verstärkers. Auf diese Weise ist ein Bereich von vier Zehnerpotenzen verfügbar, da nämlich P₃ = ι o⁴ · P₁ ist. Wenn der lineare Bereich der großen Kammer 12 und seiner Kollektorelektrode 14 größer ist als dieser Druckbereich von vier Zehnerpotenzen, können zusätzliche kleinere Widerstände und zugehörige Relais (nicht dargestellt) parallel mit R₁ und r,₂ quer zum Eingang des Verstärkers gelegt werden. Bei noch höheren Gasdrücken zwischen P₃ und P₄ wird der Ionisierungsstrom des Kollektors 18 alleine benutzt und der vom Kollektor 14 aufgenommene Ionisierungsstrom durch das Relais r₃ geerdet. Die Relais T₁ und r₂ sind offen. Der Ionisierungsstrom des Kollektors 18The relays r _v r ₂ , r ₃ are connected to the selector buttons B ₁ . B ₂ and B ₃ connected so that the desired measuring range can be selected as desired. In addition, a selector button B _{0 is} provided, which can close the relays T ₁ and r _3. The circuit required for this is omitted in FIG. 1. Said resistor network serves as a particularly advantageous device for supplying a single amplifier with the voltages which correspond to widely different ionization currents to the two collector electrodes. At low gas pressures, only the ionization current of the collector 14 is used, while the current of the collector 18 is grounded via T _1. The ionization current of the collector 14 is relatively small, and the high resistance R ₃ serves as the input resistance of the amplifier. This input resistance is used in a pressure range of ι: 100, e.g. B. from P ₁ to P ₂ . For higher pressures, namely between P. ₂ and P ₃ , the relay r _{2 is} closed and R ₁ serves as the input resistance of the amplifier. In this way, a range of four powers of ten is available, since P ₃ = ι o ⁴ · P ₁ . If the linear area of the large chamber 12 and its collector electrode 14 is greater than this pressure range of four powers of ten, additional smaller resistors and associated relays (not shown) can be placed in parallel with R ₁ and r, ₂ across the input of the amplifier. At even higher gas pressures between P ₃ and P ₄ , the ionization current of the collector 18 is used alone and the ionization current picked up by the collector 14 is grounded by the relay r _3. The relays T ₁ and r ₂ are open. The ionization current of the collector 18

ist verhältnismäßig groß und der verhältnismäßig niedrige Widerstand R_t dient als Eingangswiderstand. is relatively large and the relatively low resistance R _t serves as an input resistance.

Da bei den hohen Drücken oberhalb P₄ der Ionisierungsstrom, der durch die Elektrode i8 aufgenommen wird, groß ist, muß man, um zu bequemen Abmessungen der Kammer 20 zu kommen, den Eingangs widerstand, über welchen die Elektrode i8 geerdet ist, nicht zu hoch wählen. Dies wird durchSince, at the high pressures above P _4, the ionization current that is absorbed by the electrode i8 is large, in order to achieve comfortable dimensions for the chamber 20, the input resistance via which the electrode i8 is grounded is not too high Select. This is going through

ίο die Benutzung des Widerstandes i?₄ erreicht, wobei die Widerstände i?₃ und R₂ als Spannungsteiler dienen und die ganze Schaltung einen genügend niedrigen Geamteingangswiderstand hat.ίο the use of the resistor i? ₄ reached, the resistances i? ₃ and R ₂ serve as voltage dividers and the whole circuit has a sufficiently low overall input resistance.

Die beschriebene Anordnung besitzt eine Reihe von Vorteilen. Erstens ist die Anzahl der Schaltelemente, die am Verstärkereingang liegen, sehr klein, so daß der Kriechweg einen hohen Widerstand aufweist. Zweitens ist die Parallelkapazität niedrig, so daß Druckschwankungen schnell angezeigt werden können. Drittens kann man thermische Relais verwenden, so daß keine magnetischen Streufelder den Verstärkungsvorgang beeinflussen. Die Isolatoren 24 und 26 sind gemäß Fig. 2 vorzugsweise mit Schutzringen 40 und mit weiteren Isolatoren 42 versehen, so daß der Kriechstrom sehr gering ausfällt. Diese Schutzringe 40 sind vorzugsweise mit einer Leitung 44 verbunden, welche sich etwa auf demselben Potential befindet, wie die Leitungen 25 und 27, nämlich auf V₂ und F₄. Der Schutzring 40 dient also als Abschirmung der beiden Leitungen 25 und 27 gegen das positive Potential des-Gehäuses 10.The arrangement described has a number of advantages. First, the number of switching elements that are connected to the amplifier input is very small, so that the leakage path has a high resistance. Second, the parallel capacity is low so that pressure fluctuations can be displayed quickly. Third, thermal relays can be used so that no stray magnetic fields affect the amplification process. According to FIG. 2, the insulators 24 and 26 are preferably provided with protective rings 40 and with further insulators 42, so that the leakage current is very low. These protective rings 40 are preferably connected to a line 44 which is approximately at the same potential as the lines 25 and 27, namely at V ₂ and F ₄ . The protective ring 40 thus serves as a shield for the two lines 25 and 27 against the positive potential of the housing 10.

Die Leitungen V₁ und V₃ sind vorzugsweise unmittelbar geerdet, um die Berührungsgefahr auszuschalten und Meßfehler bei zufälliger Erdung der Kammer io-zu vermeiden. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Radiumplatte 22 so angeordnet, daß die von ihr ausgehenden alpha-Teilchen die kleine Ionisierungskammer durchsetzen, welche von den Gitterstäben 16 umschlossen wird. Die älpha-Teilchen fliegen zwischen den Gitterstäben 16 hindurch und treten dann in die große Ionisierungskammer 12 ein. Zur Messung hoher Drücke werden die positiven Ionen, die innerhalb der Kammer 20 gebildet werden, von der Elektrode 18 gesammelt. Die geringen Abmessungen der Kammer 20 ergeben eine lineare Anzeige des Meßgerätes bei hohen Drücken, da die Abmessungen dieser Kammer kleiner sind, als die mittlere Restreichweite der alpha-Teilchen, und zwar selbst bei Drücken von der Größenordnung von 1000 mm Hg. Um diese Linearität zu wahren, wird der Abstand der alpha-Teilchenquelle von dem entferntesten Punkt der Ionisierungskammer 20 vorzugsweise unterhalb 0,25 cm gehalten. Die Tatsache, daß die Elektrode 16 sich auf dem Potential V_s befindet, verhindert das Einströmen von positiven, außerhalb der Kammer 20 gebildeten Ionen in diese Kammer 20, so daß die Linearität der Druckmessung nicht gestört wird.The lines V ₁ and V ₃ are preferably directly earthed in order to eliminate the risk of contact and to avoid measurement errors in the event of accidental earthing of the chamber. As shown in FIG. 2, the radium plate 22 is arranged in such a way that the alpha particles emanating from it pass through the small ionization chamber which is enclosed by the lattice bars 16. The älpha particles fly through between the bars 16 and then enter the large ionization chamber 12. To measure high pressures, the positive ions that are formed within the chamber 20 are collected by the electrode 18. The small dimensions of the chamber 20 result in a linear display of the measuring device at high pressures, since the dimensions of this chamber are smaller than the mean remaining range of the alpha particles, even at pressures of the order of magnitude of 1000 mm Hg true, the distance of the alpha particle source from the most distant point of the ionization chamber 20 is preferably kept below 0.25 cm. The fact that the electrode 16 is at the potential V _s prevents positive ions formed outside the chamber 20 from flowing into this chamber 20, so that the linearity of the pressure measurement is not disturbed.

Wenn der Druck unter 10 mm Hg sinkt, wird die Kollektorelektrode 14 der großen Ionisierungskammer 12 zur Sammlung der positiven Ionen benutzt, welche in dieser großen Kammer durch die zwischen den Gitterstäben 16 eingestrahlten alpha-Teilchen erzeugt werden. .When the pressure drops below 10 mm Hg, the collector electrode 14 becomes the large ionization chamber 12 is used to collect the positive ions that are in this large chamber through the alpha particles irradiated between the bars 16 are generated. .

Beim Betrieb des Meßgerätes nach Fig. 1 wird dieses mittels eines geeigneten Gewindes 28 an ein Vakuumsystem angeschlossen. Wenn in diesem Atmosphärendruck herrscht, wird die Wählertaste 2?₃ gedrückt, so daß nur der vom Kollektor 18 aufgenommene positive Ionenstrom den Verstärker erreicht. Wenn der Druck etwa unter 10 mm Hg gesunken ist, werden die Wählertasten B₁ und B, betätigt, so daß nur der vom Kollektor 14 aufgenommene Ionenstrom den Verstärker erreicht. Da dann beide Relais T₁ und r₂ geschlossen sind, können jedoch verhältnismäßig hohe Ionisierungsströme abgelesen werden. Wenn der Druck etwa unter 0,1 mm Hg absinkt, wird die Wählertaste B₂ ausgeklinkt, so daß sehr kleine Ionisierungsströme entsprechend den niedrigen Drücken abgelesen werden können. Zur Kontrolle der Nullstellung wird die Wählertaste B₀ betätigt, so daß sich die Relais T₁ und r₃ schließen und keine positiven Ionenströme in den Verstärker gelangen.When operating the measuring device according to FIG. 1, it is connected to a vacuum system by means of a suitable thread 28. If there is atmospheric pressure in this, the selector button 2? _{3 is} pressed so that only the positive ion current picked up by the collector 18 reaches the amplifier. When the pressure has dropped below about 10 mm Hg, the selector buttons B ₁ and B are actuated so that only the ion current picked up by the collector 14 reaches the amplifier. Since both relays T ₁ and r _{2 are then} closed, however, relatively high ionization currents can be read. When the pressure drops below about 0.1 mm Hg, the selector button B _{2 is} disengaged so that very small ionization currents can be read corresponding to the low pressures. To check the zero position, the selector button B _{0 is} pressed so that the relays T ₁ and r ₃ close and no positive ion currents get into the amplifier.

Die beschriebene Ausführungsform kann innerhalb des Erfindungsgedankens noch in vielfacher Weise abgewandelt werden. So kann z. B. die kleine Kammer 20 außerhalb der großen Kammer 12 in einem am Gehäuse 10 befestigten zweiten ,90 Gehäuse angebracht werden. Man kann auch das Gehäuse 10 länger und enger als in Fig. 1 dargestellt ausbilden und die kleine Ionisierungskammer an der Stirnfläche dieses langen Gehäuses anbringen. Die kleine Kammer liegt dann also an einem Ende der großen Kammer. Ferner braucht die Radiumplatte 22 nicht so angebracht zu werden, daß sie eine Wand der kleinen Kammer bildet. Jedoch müssen die alpha-Teilchen der Radiumplatte stets zuerst die kleine Kammer durchlaufen, bevor sie in die größere eintreten. Die Radiumplatte kann auch die beiden Ionisierungskammern voneinander trennen, so daß die Strahlung der einen Plattenseite in die eine Kammer und diejenige der anderen Plattenseite in die andere Kammer eintritt. Diese Anordnung ist aber nicht so vorteilhaft, weil Radiumplatten mit gleicher Emissionsfähigkeit auf beiden Seiten schwierig herzustellen sind. Auch das Gitter 16, welches die kleine Ionisierungskammer umschließt, kann- verschiedene Formen annehmen. Es kann z. B. ein Drahtnetz sein, sofern die alpha-Teilchen seine Maschen durchsetzen können. Die Gitterelektrode 16 kann auch auf einem positiven Potential gegenüber dem Gehäuse 10 liegen. Auch das Gehäuse 10 kann in Form eines Gitters ausgeführt werden, wenn man dieses innerhalb eines weiteren vakuumdichten Gehäuses anbringt.The embodiment described can be used within the inventive concept can still be modified in many ways. So z. B. the small chamber 20 outside the large chamber 12 in a second, 90 attached to the housing 10 Housing to be attached. The housing 10 can also be longer and narrower than shown in FIG. 1 form and attach the small ionization chamber to the face of this long housing. The small chamber is then at one end of the large chamber. Furthermore, the Radium plate 22 does not need to be attached to form a wall of the small chamber. However, the alpha particles of the radium plate must always first pass through the small chamber, before entering the larger one. The radium plate can also use the two ionization chambers separate from each other, so that the radiation from one side of the plate into the one chamber and the one the other side of the plate enters the other chamber. But this is not the case advantageous because radium plates with the same emissivity on both sides are difficult to manufacture are. The grid 16, which encloses the small ionization chamber, can also be different Take shape. It can e.g. B. be a wire mesh, provided the alpha particles are his Can enforce meshes. The grid electrode 16 can also be opposed to a positive potential the housing 10 lie. The housing 10 can also be designed in the form of a grid, if this is attached inside a further vacuum-tight housing.

An Stelle von Radium als Ionisierungsquelle kann man zahlreiche andere Stoffe, nämlich beta-Strahler (z. B. Strontium 90) oder gamma-Strahler (z. B. einen Radiumstrahler mit Filter) verwenden. Gamma-Strahler sind jedoch am wenigsten empfehlenswert, da ihre Ionisationsfähigkeit am kleinsten ist und sie eine gewisse gesundheitliche Gefährdung darstellen. Wenn man an Stelle derInstead of radium as an ionization source, one can use numerous other substances, namely beta emitters (e.g. Strontium 90) or gamma emitters (e.g. a radium emitter with filter). However, gamma emitters are the least recommended, as their ionization capacity is the most important smallest and they pose a certain health risk. If you replace the

alpha-Teilchen einen anderen Ionisator verwendet, sind gewisse Abänderungen der Schaltung nötig. Zum Beispiel sind für diie Benutzung eines beta-Strahlers die Eingangswiderstände anders zu wählen, da beta-Strahler schwächer ionisieren als alpha-Strahler.alpha-particles uses a different ionizer, certain changes to the circuit are necessary. For example, when using a beta emitter, the input resistances must be selected differently, because beta emitters ionize less than alpha emitters.

An Stelle der beschriebenen Benutzung des positiven Ionenstromes zur Anzeige des Druckes kann man auch die negativen Ionen benutzen, wenn man ίο die Polarität der Spannungen geeignet umkehrt und den Verstärker anders bemißt.Instead of using the positive ion current to display the pressure as described, the negative ions can also be used if one appropriately reverses the polarity of the voltages and measures the amplifier differently.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: i. Einrichtung zur Messung von Gasdrücken unter Verwendung einer Ionisierungskammer, einer Sammelelektrode, die sich auf einem vom Potential der Ionisierungskammer abweichenden Potential befindet und innerhalb der Ionisierungskammer angeordnet ist, sowie unter Verwendung eines radioaktiven Strahlers, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite kleinere mit der ersten Ionisierungskammer (12) kommunizierende Ionisierungskammer (20) mit einer in ihr angeordneten zweiten Sammelelektrode (18) vorhanden ist, die sich auf einem von der zweiten Ionisierungskammer abweichenden Potential befindet, und daß der radioaktive Strahler (22) so angeordnet ist, daß er in beide Ionisierungskammern einstrahlt.i. Device for measuring gas pressures using an ionization chamber, a collecting electrode which is at a different potential from the ionization chamber Potential is located and is arranged within the ionization chamber, as well as below Use of a radioactive emitter, characterized in that a second smaller with the first ionization chamber (12) communicating with the ionization chamber (20) a second collecting electrode (18) arranged in it is present, which is located on is a different from the second ionization potential potential, and that the radioactive emitter (22) is arranged so that it radiates into both ionization chambers. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Abmessung der kleinen Ionisierungskammer (20) kleiner ist als die Restreichweite der vom Strahler ausgesandten Partikel beim höchsten noch zu messenden Druck.2. Device according to claim 1, characterized in that the middle dimension the small ionization chamber (20) is smaller than the remaining range of the emitted by the emitter Particles at the highest pressure still to be measured. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinere Ionisierungskammer (20) innerhalb der größeren Ionisierungskammer (12) ganz oder teilweise durch ein Gitter (16) umschlossen ist, das die vom radioaktiven Strahler (22) ausgesandten Partikel hindurchtreten läßt, aber sich auf einem solchen Potential befindet, daß keine positiven Ionen aus der größeren Kammer in die kleinere Kammer eintreten können.3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the smaller ionization chamber (20) completely or partially within the larger ionization chamber (12) is enclosed by a grid (16), which is emitted by the radioactive emitter (22) Particles can pass through, but is at such a potential that none positive ions from the larger chamber can enter the smaller chamber. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Sammelelektroden ein Widerstandsnetzwerk (R₁ bis i?₄) angeschlossen ist, welches einem Verstärker (30) Spannungen entsprechend den Ionenströmen zu den Sammelelektroden (14, 18) zuführt, und daß dieses Netzwerk so ausgebildet ist, daß bei niedrigerrt Gasdruck der verhältnismäßig kleine Ionenstrom der erten Sammelelektrode (14) eine Spannung an einem verhältnismäßig hohen Eingangswiderstand (R₃) des Verstärkers erzeugt, während bei hohem Gasdruck der verhältnismäßig starke Ionenstrom der zweiten Sammelelektrode (18) eine Spannung an einem verhältnismäßig niedrigen Eingangswiderstand (i?₄) erzeugt, und daß ein Spannungsteiler (R_s, R₂) zwischen dem niedrigen Eingangswiderstand und dem Verstärker liegt und ein Teil (R₃) dieses Spannungsteilers durch den hohen Eingangswiderstand (R₃) gebildet wird.4. Device according to claim 1 or one of the following claims, characterized in that a resistor network (R ₁ to i? ₄ ) is connected to the collecting electrodes, which provides an amplifier (30) with voltages corresponding to the ion currents to the collecting electrodes (14, 18) supplies, and that this network is designed so that at low gas pressure the relatively small ion current of the first collector electrode (14) generates a voltage at a relatively high input resistance (R ₃ ) of the amplifier, while at high gas pressure the relatively strong ion current of the second collector electrode (18) generates a voltage at a relatively low input resistance (i? ₄ ), and that a voltage divider (R _s , R ₂ ) is located between the low input resistance and the amplifier and a part (R ₃ ) of this voltage divider through the high input resistance ( R ₃ ) is formed. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 509 522 6.5S © 509 522 6.5S