Mehrkathoden-Gasentladungsvorrichtung. 1?ie. vorI gende Erfindung bezieht sich atzf ei'ii 1ü# rkathoden-Gasentladungsvorrich- trm - v Typus, wie er in dem schweizeri schen Patent Nr. 284601 vom 17. Mai 1950 be schrieben ist.
Anordnungen von der im erwähnten Patent beschriebenen Art enthalten im allgemeinen eine Mehrzahl von Glimmkathoden, welche in einer Reihe aufgebaut und elektrisch zu zwei Gruppen verbunden sind, wobei die Kathoden der beiden Gruppen alternierend angeordnet sind. und wobei eine gemeinsame Anode vor- lianden ist.
Die bisherigen Anordnungen sind von unsymmetrischer Bauart in bezug auf die Anode und besitzen beispielsweise zwei Teile verschiedener Wirksamkeit als CTli_rnment- ladeelemente, indem eine Entladung, welche zwischen irgendeiner Kathode und der Anode stattfindet, sich in der Nähe eines Endteils, und zwar einem Teil grösserer Wirksamkeit der Kathode, konzentriert, wodurch ein Ge biet von hoher Ionisationsdichte entsteht. Der Teil hoher Wirksamkeit jeder Kathode ist einem. Teil kleiner Wirksamkeit der nächst folgenden Kathode der Reihe benachbart.
Auf diese Weise ist ein Vorzugsweg geschaffen, derart, dass, wenn Signalimpulse den zwei Gruppen von Kathoden zugeführt werden, die Entladung von Kathode zu Kathode in einer vorgeschriebenen Richtung entlang der Reihe fortschreitet. Die unsymmetrische Anordnung der Kathoden benötigt einen bestimmten Spannungsunterschied, welcher das Fort- schreiten der Entladung von einer Kathode zur nächstfolgenden oder vorhergehenden her vorruft. Der Unterschied wird als Zählbereich bezeichnet.
Diese Kathoden sind nun erfahrungsge mäss der Verschmutzung unterworfen, welche die Wirksamkeit derselben als Glimmentlade- , elemente reduzieren. In Mehrkathodeneinrich- tungen von der beschriebenen Art reduzieren solche Verschmutzungen den Zählbereich, ändern die Arbeitscharakteristik der Katho den und vermögen die Lebenszeit der Ein richtung wesentlich zu verkürzen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beseitigen.
Die erfindungsgemässe Mehrkathoden-Gas- entladungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mehrzahl von Hilfselektroden vorgesehen sind, von denen jede zwischen zwei benachbarten Kathoden angeordnet ist, wobei eine Entladung zwischen der Anode und irgendeiner Kathode zu einer benachbar ten Kathode durch eine gewisse Spannungs änderung zwischen den zwei Kathodengrup pen übergesteuert wird.
In den beiliegenden Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen standes dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der wesentlichen Elemente und Verbindung der selben in einer Glimmentladevorrichtung, wel che auch eine Möglichkeit zeigt, in welcher die Vorrichtung betätigt werden kann, Fig. 2 eine Seitenansicht einer Ausfüh rungsform einer Mehrkathoden-Gasentla.dungs- vorriehtung, wobei ein Teil des Gefässes weg gebrochen ist, Fig. 3 einen Schnitt.
nach der Linie 3-3 in Fig. 2, wobei gewisse Kathoden weggelassen sind, um Einzelheiten zu zeigen, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer der Kathoden und einer benachbarten Hilfs elektrode und Fig. 5 eine schematische Darstellung einer andern Verwendungsart der in Fig. 2 dar gestellten Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt die wesentlichen Teile und die gegenseitige Beziehung derselben in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zum Zwecke der Einfachheit der Darstellung ist. die Einrichtung zweistufig gezeigt, welche vier zusammenwirkende Kathoden enthält, obwohl, wie ohne weiteres ersichtlich sein wird, eine grössere Anzahl von Stufen ver wendet werden kann. Die Einrichtung weist ein Umhüllungsgefäss 10 auf, in welchem eine ionisierbare Atmosphäre, z. B. ein seltenes Gas oder eine 31ischung von seltenen Gasen, vorhanden ist.
Aufgebaut in einer Reihe sind innerhalb des Gefässes zwei Gruppen von Cxlühkathoden A2, A.1 und B1 und Bs vor gesehen, wobei die Kathoden jeder Gruppe, wie dargestellt, elektrisch durch eine Verbin dung 1-1 oder 12 verbunden sind. An einem Ende der Reihe der Kathoden A und B ist. eine Startglimmkathode 13 eingebaut, deren Funktion später beschrieben werden soll. Gegenüber sämtlichen Kathoden befindet sich eine gemeinsame Anode 14.
Eine Mehrzahl von Hilfselektroden 15 ist in Verbindung mit den Kathoden vorgesehen, wobei jede dieser Hilfselektroden sich zwischen einem Katho denpaar befindet und mit einer Kathode des betreffenden Paares verbunden ist, wie in der Figur gezeigt. Es sei erwähnt, dass die Ver bindung zwischen Kathoden und Hilfselek troden innerhalb oder ausserhalb des Vakuum gefässes durchgeführt sein kann.
Die A-Kathoden sind in bezug auf die B-Kathoden mittels einer Spannungsquelle 16 negativ vorgespannt,, und die Anode ist, mit Hilfe der Spannungsquelle 18 positiv vorge spannt in bezug auf sämtliche Kathoden. 19 ist ein Anodenwiderstand. Von der Quelle 17 werden negative Impulse zwischen die zwei Gruppen von Kathoden geleitet. Eine nicht dargestellte Stromquelle steht über den Wider stand 20 mit der Startkathode 13 in Verbin dung, um dieser einen starken negativen Im puls zuzuführen.
Beim Betrieb der Anordnung wird der Startkathode 13 ein negativer Impuls zuge führt, wobei zwischen dieser Kathode und der Anode 11 eine Entladung erzeugt wird. Wird dann den B-Kathoden ein negativer Impuls der Quelle 17 zugeführt, so wird die Kathode B1 und die mit ihr verbundene Hilfselektrode 15 negativ vorgespannt in bezug auf die Ka thode 13.
Wegen des negativen Potentials der Hilfselektrode, die mit der Kathode B1 ver bunden ist, werden positive Ionen von der Entladung zwischen der Kathode 13 und der Anode 14 in die Nachbarschaft der Kathode B1 gezogen, wodurch die Entladung vom Raum zwischen der Kathode 13 und der Anode 1-4 übergeführt wird zum Raum zwi schen der Kathode B1 und der Anode 1.4. Wenn der zugeführte negative Impuls von der Quelle 17 aufhört, ist die Kathode A2 stärker negativ in bezug auf die Anode 14 als die Anode B1,
und folglich wechselt die Entladung von der Kathode Bi zur Kathode A2. Ein nächster negativer Impuls, welcher den B-Kathoden von der Quelle 17 zugeführt wird, bringt die Entladung von der Kathode 112 zur Kathode B3, und beim Aufhören dieses Impulses ver schiebt sieh die Entladung dieses Impulses zur Kathode A.1.
Die Entladung schreitet also in Abhängig keit der von der Quelle 17 kommenden lm pulse längs der Kathodenreibe fort., indem sie für jeden Impuls um zwei Kathoden weiter geht. Wenn ein Impuls den B-Kathoden 7uge- führt wird, Zieht die Hilfselektrode, welche mit der B=Kathode verbunden ist, die der jenigen A-Kathode, an welcher die Entladung stattfindet, am nächsten liegt,
positive Ionen aus der Entladung an und erleichtert dabei die Zündung im Anoden-Kathodenraum der- jenigen B-Kathode, welche der A-Kathode folgt, bei der eine Entladung stattfindet. Da die mit der A-Kathode, an welcher die Ent- ladung stattfindet, verbundene Hilfselektrode sich auf gleichem Potential befindet wie diese Kathode, wird der Fluss von positiven Ionen \-on. der Entladung gegen die näehstvorher- gc,hende B-Kathode wesentlich gehemmt.
Da- lier erzeugen die Hilfselektroden eine Vor zugsrichtung, in welcher die Entladung längs (ler Reilie von Kathoden in dieser vorgeschrie benen Richtung fortschreitet.
Einzelne Belastungskreise, welche schema tisch durch die Widerstände 21 dargestellt sind, können für jede der Kathoden vorge sehen werden. Es kann daher eine Entladung Voll der Startkathode 13 aus zu irgendeiner (ler A-Kathoden übermittelt werden durch die Anwendung einer entsprechenden Zahl von Impulsen der Quelle 17, so dass die mit dieser Kathode verbundene Belastung betätigt wird.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 2 ist das Umhüllungsgefäss 10 an einem Sockel \? 1 befestigt, welcher Anschlussstiften 22 auf weist. Die Kathoden und Hilfselektroden sind kreisförmig in einer Reihe aufgebaut (Fug. 3) und koaxial zur Anode 14 angeordnet, welche beispielsweise zylinderförmig ausgebildet ist und aus schwer schmelzbarem Metallblech, z. B. Molybdän, besteht.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, besitzt jede der A- und B-Kathoden einen rinnenförmigen Teil 23 von schwer schmelz barem Metall, z. B. Molybdän oder Tantal, und erstreckt sieh radial in bezug auf die Anode. Ausserdem weisen die Kathoden einen Träger 24 auf, der beispielsweise aus Nickel besteht. Die Hilfselektroden 15 können, wie -nis FiG. 4 ersichtlich ist, umgekehrte L-för- rni@,e Drähte sein, die aus inaktivem Material, z. ,B. aus Nickel, bestehen, wobei die Elek trode radial gerichtet ist in bezug auf die Anode.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist jede Hilfs elektrode zwischen zwei benachbarten Katho den angeordnet. Da die Hilfselektroden aus Nickel bestehen, welches Element sehr kleine (dimmentladungsströme ergibt, und die Hilfs elektroden von den Hohlkathoden mit ihrer grossen Zonenkonzentration entfernt angeord- net sind, ist der von den Hilfselektroden ausgehende Strom unerheblich. Ferner ver mindert der Abstand zwischen den Hilfselek troden und den Kathoden das Aufsprühen von Materialverunreinigungen auf die Katho den seitens der Hilfselektroden. Auch die Startkathode 13 kann rinnenförmig ausgebil det sein und in bezug auf die Anode 14 radial gerichtet sein.
Die Träger 24 für die A-Katho- den sind an einem metallischen Ring 11'ange- schlossen, welcher mit einem Anschlussstift 22 mittels des Verbindungsleiters 27 verbunden ist. Entsprechend sind die Träger der B- Kathoden an einem Metallring 12 und dieser mit einem der Stifte 22 verbunden. Die Hilfs elektroden 15 sind in zwei Gruppen mit Me tallringen 25 und 26 verbunden, wobei die Hilfselektroden abwechslungsweise mit dem einen oder andern Ring verbunden sind. Die Ringe 25 und 26 sind ebenfalls mit je einem Anschlussstift 22 verbunden.
Bei einem Ausführungsbeispiel besitzen die von dem U-Profil gebildeten Rinnen der Ka thoden eine Weite von 0,51 mm, eine Tiefe von 2,4 mm und eine Länge von 2,4 mm. Die Hilfselektroden sind aus Nickeldraht von 0,38 mm Durchmesser gebildet. Der Kathoden- Anoden-Abstand beträgt 1,0 mm und der Kathoden-Hilfselektroden-Abstand 0,8 mm. Wenn als Füllgas im Gefäss 10 Neon mit einem Druck von 35 bis 40 mm Quecksilber vorhanden ist, so beträgt die Zündspannung ungefähr 180 Volt und die Brennspanntung ist bei einem Strom von 5-m-Ampere ungefähr 110 Volt.
Die B-Kathoden können mittels der Spannungsquelle 16 (Fug. 1) ungefähr 20 Volt positiv vorgespannt sein in bezug auf die A- Kathoden. Das Vorwärtsschreiten der Ent ladung kann mittels negativer Impulse von ungefähr 60 Volt Spitzenspannung durchge führt werden.
Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ein richtungen arbeiten natürlich, wenn sie an die in Fig. 1 angegebene Schaltung angeschlossen sind, in der eben beschriebenen Weise. Die Stromentladungen gehen von den der Anode benachbarten Enden der Kathoden aus sowie von dem dicht an der Anode gelegenen offe- nen Oberteil jeder Kathodenrinne. Die Entla dung schreitet von einer glimmenden Kathode zur nächsten fort, wenn diese nächste Kathode und die zwischen beiden liegende Hilfselek trode gegen die glimmende Kathode ein höhe res negatives Potential besitzen.
Sobald diese Bedingung erfüllt ist, zieht die Hilfselektrode, insbesondere der vertikale, dicht an der Anode 14 gelegene Teil der Hilfselektrode 15, posi tive Ionen aus dem Bereich der glimmenden Kathode in den Bereich der nächsten Kathode, wodurch ein Entladungsvorgang an dieser nächsten Kathode eingeleitet wird. Es können Frequenzen bis ungefähr 1500 Perioden pro Sekunde angewendet werden.
Die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Einrich tung ist speziell geeignet für den Gebrauch als Impulszähler. Es sei erwähnt, dass, obwohl in der gezeigten speziellen Konstruktion die Kathoden und Hilfselektroden in Gruppen innerhalb des Gefässes verbunden sind, ein zelne Einführungsverbindungen für die Elek troden doch vorgesehen werden können, wobei z. B. besondere Belastungskreise mit den il- Kathoden verbunden werden können und selektives Schalten durchführbar ist, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben.
Die Kathoden und Ililfselektroden können elektrisch auch in solcher Weise verbunden sein, dass das Vorwärtsschreiten der Entla dung in der einen oder andern Richtung längs der Reihe von Kathoden eintritt. Eine für diesen Zweck geeignete Einrichtung ist in Fig. 5 gezeigt. Die A- und B-Kathoden sind gruppenweise mittels der Leiter 11 und 12 verbunden, von denen jeder mit je einem Paar von Kontakten 1 und 2 des Zweipolschalters 28 verbunden ist. Die Hilfselektroden 15 sind ebenfalls in zwei Gruppen verbunden mittels der Leiter 25 und 26, von denen jeder mit einem Kontakt 3 oder 4 des Schalters 28 ver bunden ist.
Ein zweiter Schalter 29 ist zwi schen den A- und B-Kathoden und dem nega tiven Pol der Spannungsquelle 18 angeordnet. Die Startkathode 13 ist mit diesem Pol über einen Seriewiderstand 30 verbunden, wobei die beiden Enden desselben zum Ausgangs- oder Anzeigeklemmenpaar 31 führen. Die Arbeitsweise und die Prinzipien der Fortbewegung der Entladung von Kathode zu Kathode sind ähnlich denjenigen, welche in Verbindung mit Fig. 1 diskutiert wurden. Die Richtung des Fortschreitens wird be stimmt durch die relativen Vorspannungen der zwei Gruppen der Hilfselektroden. Dies sei mittels einer Betrachtung eines Beispiels erläutert.
Es sei angenommen, dass die Ent ladung an der Kathode .14 stattfindet, dass der Schalter 28 in der gezeigten Stellung sei und dass ein Impuls zugeführt werde mittels der Impulsquelle 17. Ein solcher Impuls macht sämtliche B-Kathoden und sämtliche Hilfs elektroden 15, welche mittels des Leiters 25 mit der linken Klemme 1 verbunden sind, negativer. Bei Zuführung des Irrpulses befin det sieh die links von der A,1-Kathode befind liche Hilfselektrode auf dem gleichen Poten tial wie diese Kathode und somit ist das Flie ssen von positiven Ionen von der Entladung gegen die Kathode B.# gehemmt.
Die Hilfselek trode, welche rechts von der Kathode .1.1 liegt und dieser benachbart ist, wird negativ vor gespannt in bezug auf diese Kathode und zieht somit positive Ionen von der Entladung gegen die Kathode B5. Infolgedessen wird die Entladung bei Zuführung des Impulses wei tergeführt von der Kathode A" zu der nächst folgenden Kathode B5 und bei Aufhören des Impulses zü der Kathode A6;.
Es sei nun angenommen, dass der Schalter 28 betätigt wird, angenommen, dass die Kreise über den Kontakt 2 geschlossen. sind, und dass die Ent ladung an der Kathode -11 stattfindet und ein Impuls durch die Impulsquelle 17 gegeben wird. Wie im oben diskutierten Fall macht der Impuls alle B-Kathoden negativ. Jedoch wird der Impuls nun denjenigen IIilfselek- troden zugeführt, welche durch den Leiter 26 mit dem rechten Kontakt. 2 des Schalters 28 verbunden sind.
Bei Zuführung des Impulses liegt die Hilfselektrode, welche rechts von der Kathode A,1 ist, auf dem gleichen Potential wie diese Kathode, wobei die Hilfselektrode, welche links von dieser Kathode sich befindet, negativ ist in bezug auf diese. Daher ver schiebt sieh die Entladung in Abhängigkeit des Impulses von der Kathode A4 zur Kathode B;; und bei Aufhören des Impulses zur Kathode A..
Es ist offensichtlich, dass Impulsgruppen algebraisch addiert werden können, wobei die Endstellung der Entladung die Differenz der Impulszahl in den zwei Gruppen angibt. Wenn immer die Entladung zur Kathode 13 übergeht, wird ein Impuls erzeugt über den Widerstand 30, welcher verwendet werden k-illii, um z. B. einen Anzeiger zu betätigen, @velcher mit den Klemmen 31 verbunden ist. Natürlich können einzelne Belastungskreise mit den B=Kathoden gekoppelt werden, wie dies in Verbindung mit Fig. 1 diskutiert wurde.
Die Entladung kann in die Ausgangsstel lung gebracht werden, das heisst der Kathode 7 3 zugeführt werden durch Öffnen des Schal ters \?9, wodurch die A- und B-Kathoden von der Spannungsquelle 18 getrennt werden. Anderseits kann die Entladung in die Aus- g'angsstellung gebracht werden durch Anwen dung- eines grossen negativen Impulses zur Kathode 13, auf eine Weise, wie das in Fig. 1 erläutert wurde.