DE1013896B

DE1013896B - Vorrichtung zum Ermitteln sehr niedriger Gasdruecke

Info

Publication number: DE1013896B
Application number: DEN9057A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Groendijk
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1953-06-15
Filing date: 1954-06-12
Publication date: 1957-08-14
Also published as: NL179125B; FR1102353A; NL92807C; US2829337A

Description

DEUTSCHES

Um sehr niedrige Gasdrücke zu messen, verwendet man vielfach ein aus einer Elektronen emittierenden Kathode, einer gitterförmigen Elektrode und einer plattenförmigen Elektrode bestehendes Elektrodensystem, das in einem Behälter untergebracht ist, in dem der Druck gemessen werden soll. Die gitterförmige Elektrode hat hierbei ein bestimmtes positives Potential gegenüber der Kathode und beschleunigt die Elektronen derart, daß diese die Gasatmosphäre zu ionisieren vermögen. Die plattenförmige Elektrode hat ein negatives Potential und dient als Kollektor für die gebildeten Ionen. Die Zahl der gebildeten Ionen und infolgedessen auch der im Kreis der plattenförmigen Elektrode fließende Strom ist innerhalb bestimmter Grenzen dem Gasdruck proportional, so daß letzterer durch Messung des Stromes ermittelbar ist.

Da bei sehr niedrigen Gasdrücken Nebenerscheinungen auftreten, wodurch der lineare Zusammenhang zwischen Gasdruck und Plattenstrom verlorengeht, ist vorgeschlagen worden, diese Vorrichtung in dem Sinne zu ändern, daß die Kollektorelektrode mit einem sehr kleinen Querschnitt ausgebildet wird. So ist man zu einer Vorrichtung gelangt, bei der die schraubenförmig gewundene, gitterförmige Elektrode einen zylindrischen Raum umschließt, in dessen Achse etwa sich ein drahtförmiger Kollektor befindet. Die Kathode ist außerhalb dieses Raumes angeordnet und erstreckt sich auch annähernd parallel zu seiner Achse. Die emittierten Elektronen fliegen durch die Maschen des Gitters zum Raum. Abgesehen von der unmittelbaren Nähe der Kollektorelektrode kann angenommen werden, daß der genannte Raum, in dem die Ionisation erfolgt, ein Äquipotentialraum ist. Mit dieser Vorrichtung sind Gasdrücke von annähernd 10—^I0 mm Quecksilbersäule ermittelbar. Eine genaue Messung ist aber ziemlich schwierig durchführbar, da die zu messenden Ströme äußerst klein sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Vorrichtung zum Ermitteln
sehr niedriger Gasdrücke

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 15. Juni 1953

Hendrik Groendijk, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

Erfindung enthält die Zuleitung zur Kollektorelektrode eine hohe Impedanz, und es ist eine vierte Elektrode vorhanden, die derart gegenüber der Kathode angeordnet ist, daß die Kollektorelektrode eine Verteilungssteuerung auf den Strom zur gitterförmigen Elektrode und zur vierten Elektrode ausübt, und es sind weiter Mittel vorgesehen, um wenigstens einen dieser Ströme zu messen.

Die Kollektorelektrode erhält infolge der hohen Impedanz eine vom Gasdruck abhängige Spannung, wodurch sie eine Ablenksteuerung auf den Elektrodenstrom ausüben kann.

Die vierte Elektrode ist zweckmäßig innerhalb des von der gitterförmigen Elektrode umschlossenen Raumes angeordnet, und die Kollektorelektrode bewirkt eine Verteilungssteuerumg des Elektronenstroms zwischen der vierten Elektrode und der gitterförmigen

zum Ermitteln von sehr niedrigen Gasdrücken, bei 40 Elektrode. Eine dieser Elektroden oder beide können der eine Ionisation der Gasmoleküle in dem Raum über einen Widerstand mit dem positiven. Pol einer erfolgt, in dem der Gasdruck ermittelt wird¹; diese
Vorrichtung besitzt eine Elektronen emittierende

Kathode, eine zweckmäßig gitterförmige Elektrode, Stromquelle verbunden werden, und zum Messen kann man entweder das Potential von einer dieser Elektroden oder den Potentialunterschied zwischen den

die ein positives Potential in bezug auf die Kathode 45 Elektroden ermitteln, während der Kollektorelektrode hat, sowie eine Kollektorelektrode mit negativem eine negative Spannung erteilt wird. Potential in bezug auf die Kathode. Die Erfindung Der Kollektor kann zu diesem Zweck über einen

zielt auf eine derartige Vorrichtung ab·, daß mit ein- hohen Widerstand mit einem Punkt negativen Potenfachen Mitteln eine genaue Messung möglich ist. tials verbunden sein. Hierbei mißt man den Platten-

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß 50 strom oder den Gitterstrom und leitet daraus das

die Kollektorelektrode einen ablenkenden Einfluß auf den Elektronenstrom ausübt, der hinreichend ist, um ziemlich geringe Änderung des Potentials der Kollektorelektrode erkennbar zu machen. Gemäß der Potential des Kollektors ab·. Vorzugsweise schaltet man aber zwischen den Kollektor und einen Punkt konstanten Potentials einen Kondensator, der derart aufgeladen oder an eine solche Spannung angelegt

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wird, daß der Kollektor .negativ ist. In diesem Falle wird¹ die Änderung des- auftretenden Plattenstroms oder Gitterstroms gemessen, die ebenfalls ein Maß für die Gasdichte bildet.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es günstig, daß die Kpllektorelektrodfe aus einem einzigen !Leiter besteht, dessen Querabmessung, wenigstens senkrecht zur Hauptrichtung des Elektronenstroms, klein in bezug auf defl -"Querschnitt des Elektronenbündels ist, so daß diese Elektrode im wesentlichen nur eine ablenkende Wirkung darauf ausübt.

Bei einer günstigen Ausbildung umschließt die gitterförmiige Elektrode- einen Ionisationsraum, in dem die Kollektorelektrode und zweckmäßig auch die genannte vierte Elektrode untergebracht sind. Letztere kann auch außerhalb des Jonisationsra-um.es angeordnet sein. Die Kathode ist-.außerhalb des Raumes angeordnet, und zwar an der von der vierten Elektrode abgewandten Seite der_Kpllektorelektrode.

Die Erfindung wird an Hand von Fig. 1 der Zeich.-nung beispielsweise näher erläutert.

K stellt die drahtförmige Kathode, C die ebenfalls drahtförtniige KollektoFelektrodie, G ein Gitter und P eine Platte dar. Die von der Kathode K ausgesandten Elektronen ionisieren das Gas rings um den Kollektor C. Dieser liegt über. einen hohen Widerstand an einem Punkt, der ein negatives Potential gegenüber der Kathode hat. Das Ganze ist in einem Teil des Behälters untergebracht, . in dem der Gasdruck gemessen wird. Infolge des Ionenstroms zum Kollektor erreicht letzterer eine Spannung, die in dem Maße weniger negativ ist, wie der Drude der Gasatmosphäre höher liegt. Der Kollektor übt eine ablenkende Wirkung auf den von der Kathode zum Gitter und zur Platte wandernden Elektronenstrom aus, die um so kleiner ist, je weniger das Potential des Kollektors negativ ist. Diese letztgenannten Elektroden liegen ebenfalls über höhe Widerstände an Punkten mit geeignet gewählten positiven Potentialen. Die Stromverteilung über das Gitter und die Platte bildet ein Maß für den Druck der Gasatmosphäre und¹ kann unter Zuhilfenahme des zwischen diesen Elektroden liegenden Gerätes A gemessen werden.

Es ist auch möglich, zwei miteinander verbundene Platten beiderseits - der Ebene der Kathode und des Kollektors anzuordnen. In diesem Fall wächst der Plattenstrom, wenn das negative Potential des Kollektors in absolutem Wert ansteigt. Die Fig. 2 und 3 zeigen ein praktisches · Ausführungsbeispiel. Das Gitter G ist hierbei schraubenförmig gewunden und umschließt einen zylindrischen Ionisationsraum, längs dessen Achse der drahtförmige Kollektor C angeordnet ist. Die PlatteP"ist ebenfalls in diesem Raum untergebracht, und zwar an der von der Kathode abgewandten Kollektorseite. Die Platte wird auch bed dieser Aufstellung um so mehr Elektronen auffangen, je niedriger die negative Spannung des Kollektors ist. Das Meßgerät, z. B. ein Mikroamperemeter, kann wieder zwischen dem Gitter und der Platte angeschlossen werden, und die beiden Elektroden ebenso wie der Kollektor sind über Widerstände, deren Werte in bezug auf den Widerstand des Meßgerätes hoch sind,· mit Punkten konstanten Potentials verbunden. Vorzugsweise wird zwischen dem Gitter und der Platte ein Spannungsteilerwiderstand angeschlossen, dessen Gleitkontakt mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle verbunden ist. Dies hat den Vorteil, daß der Übergangswiderstand des beweglichen Kontaktes keinen Einfluß auf die Anzeige des Meßgerätes hat.

Die Vorrichtung ist besonders geeignet für eine Messung, bei der der Kollektor über einen Kondensator an einen Punkt festen Potentials, z. B. an Erde, gelegt ist und Mittel vorgesehen sind, um den Kondensator derart aufzuladen, daß der Kollektor ein negatives Potential in bezug auf die Kathode erhält. Da der Kollektor die positiven Ionen auffängt, wird dessen Potential allmählich in absolutem Wert abnehmen. Die Geschwindigkeit, mit der dies erfolgt, bildet ein Maß für den Ionisationsgrad und mithin auch für den Gasdruck in dem vom Gitter umschlossenen Raum. Diese Geschwindigkeit kann gemessen werden. Zweckmäßig mißt man hierbei die Zeit, in der der Kollektor, nachdem der Kondensator aufgeladen oder nachdem die Spannung der untersten Elektrode des Kondensators um einen bestimmten Betrag abgefallen ist, wieder sein ursprüngliches negatives Potential erhält, während die Spannungen am Gitter und an der Platte konstant gehalten werden. Der Zeitpunkt, in dem dies erfolgt, ist mit dem Mikroamperemeter ermittelbar.

Statt dessen kann man auch, nachdem der Kondensator aufgeladen worden ist, den Gleitkontakt auf dem Spannungsteiler zwischen Gitter und Platte mit einer derartigen Geschwindigkeit verstellen, daß die Ablesung des Mikroamperemeters konstant bleibt. Die Geschwindigkeit, mit der der Gleitkontakt bewegt wird, ist durch die Höhe des Vakuums bedingt.

Es zeigte sich, daß der das. Mikroamperemeteir durchfließende Strom sehr unempfindlich gegen Änderungen der Plattenspannung ist, so daß letztere nicht mit großer Genauigkeit konstant gehalten zu werden braucht. Indem die Heizfadenenden mit einem geerdeten Schirm umgeben werden, kann man den Strom auch im wesentlichen unabhängig von der Heizspannung halten.

Bei einer bestimmten Ausbildung betrug der Ionenstrom bei einem Elektronenstrom von 1 mA annähernd 10— ⁿ A. Bei einem Wert der Kapazität von 10 pF stieg die Kollektorspannung um 1 Volt je Sekunde an. Dies läßt sich mit dem Spannungsteiler leicht ausgleichen.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Ermitteln sehr niedriger Gasdrücke, bei der eine Ionisation der Gasmoleküle im Raum erfolgt, in dem der Gasdruck ermittelt wird, und die eine Elektronen emittierende Kathode, eine zweckmäßig gitter förmige Elektrode, die ein positives Potential gegenüber der Kathode hat, und eine Kollektorelektrode für die gebildeten Ionen mit einem negativen Potential in bezug auf die Kathode besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung zur Kollektorelektrode eine hohe Impedanz enthält und daß eine vierte, derart gegenüber der Kathode angeordnete Elektrode vorhanden ist, daß die Kollektorelektrode eine Verteilungssteuerung auf den Strom zur gitterförmigen Elektrode und zur vierten Elektrode ausübt, und daß weiter Mittel vorgesehen sind, um wenigstens einen dieser Ströme zu messen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gitterförmige Elektrode einen Raum umschließt, in dem der Kollektor untergebracht ist, derart, daß dieser die Verteilung des Elektronenstroms über das Gitter und die Platte steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querabmessung der KoI-

lektorelektrode klein in bezug auf den Querschnitt des Elektronenbündels ist, so* daß sie auf letzteres im wesentlichen nur eine ablenkende Wirkung ausübt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode ein einziger Draht mit kleinem Querschnitt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gitterförmige Elektrode einen Ionisationsraum umschließt, in dem die Kollektorelektrode untergebracht ist, und die Kathode außerhalb dieses Raumes und die vierte Elektrode innerhalb dieses Raumes an der von der Kathode abgewandten Kollektorseite angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor, das Gitter und die Platte über hohe Impe-

danzen mit den Spannungsquellen verbunden sind und zwischen Gitter und Platte ein Meßgerät angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gitter und Platte ein Spannungsteilerwiderstand angeschlossen ist, dessen Gleitkontakt mit einem Punkt positiven Potentials verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode über einen Kondensator an einem Punkt konstanten Potentials liegt und Mittel vorgesehen sind, um den Kollektor negativ gegenüber der Kathode zu machen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 644 418;
USA.-Patentsehriften Nr. 2 334 356, 2 639 397.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen