DE1648463C

DE1648463C - Vacuum gauge

Info

Publication number: DE1648463C
Authority: DE
Inventors: John Doble Eastborne Chapman Thomas Horsham Cleaver John Stuart Hassocks Sussex Thorne Peter Neville Bowden Cheshire Buckingham, (Großbritannien)
Original assignee: Edwards High Vacuum International Ltd
Current assignee: Edwards High Vacuum International Ltd
Publication date: 1971-10-07

Description

1 21 2

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vakuummeter Die Erfindung Ist nachstehend an Hand der Zeich-The invention relates to a vacuum gauge. The invention is described below with reference to the drawing

mit einer Elektronen aussendenden Fadenkathode, nung näher erläutert. Es zeigtwith a filament cathode that emits electrons, explained in more detail. It shows

einer als Kollektor für die Elektronen dienenden F i g. 1 einen Querschnitt durch die verschiedenen Anode und einer als Ionenkollektor dienenden Elek- Elektroden eines Trioden-Vakuummeters nach dera F i g serving as a collector for the electrons. 1 shows a cross section through the various Anode and an electrode serving as an ion collector of a triode vacuum gauge according to the

trode, 5 Erfindung,trode, 5 invention,

Bekanntlich haben die üblichen Vakuummeter F i g. ?, einen weiteren durch die Achse der i-aden-As is known, the usual vacuum gauges F i g. ?, another through the axis of the i-aden-

nach Bayard-Alpert eine obere Druckgrenze von un- kathode gehenden Querschnitt der F.ntladungs-According to Bayard-Alpert, an upper pressure limit of the non-cathode cross-section of the discharge

gefähr 10-s Torr. Inzwischen hat sich in jüngerer elemente des Vakuummeters nach F ι g, 1 undabout 10-s Torr. In the meantime, elements of the vacuum meter according to F ι g, 1 and

Zeit auch ergeben, daß durch gewisse Änderungen in F i g. 3 in auseinandergezogener Darstellung eineTime also show that by certain changes in F i g. 3 an exploded view

der Geometrie des Gerätes die obere Grenze bis xo bevorzugte Elektrodenanordnung in einer abgewan-the geometry of the device the upper limit to xo preferred electrode arrangement in a modified

etwa 1 Torr erweitert werden kann. Bei einer der- delten Ausführungsform ähnlich der in Fi g. 1 und 2about 1 Torr can be expanded. In a der- delten embodiment similar to that in Fi g. 1 and 2

artigen Ausführung befindet sich eine Elektronen gezeigten,like execution there is an electron shown,

aussendende Fadenkathode zwischen zwei parallel F i g. 1 zeigt eine Elektronen aussendende Faden-emitting filament cathode between two parallel F i g. 1 shows a thread emitting electrons

und in geringem Abstand voneinander angeordneten kathode 1, die so angeordnet ist, daß sie axial inand closely spaced cathode 1, which is arranged so that they are axially in

Elektroden, von denen die eine als Elektronenkollek- 15 dem durch ein Paar paralleler lonenkollektoren 2Electrodes, one of which is used as an electron collector by a pair of parallel ion collectors 2

ior-Anode und die andere als Ionenkollektor dient. und ein Paar paralleler, als Elektronenkollektorior anode and the other serves as an ion collector. and a pair of parallel, as an electron collector

Da Elektronen sich geradlinig und senkrecht zur dienender Anoden 3 begrenzten Raum verläuft. JedeSince electrons run in a straight line and perpendicular to the serving anodes 3 limited space. Every

Ebene der EtektronenkoUektor-Anode bewegen, der Anoden 3 hat die Form eines L-förmigen StreifensMove the plane of the EtektronenkoUektor-anode, the anode 3 has the shape of an L-shaped strip

werden jedoch Ionen gebildet, die auf ihrem Weg und beide sind an einer Lochplatte 4 befestigt, diehowever, ions are formed on their way and both are attached to a perforated plate 4, the

sum Ionenkollektor auf die Fadenkathode treffen ao sich durch den genannten Raum zu den Enden dessum ion collector on the thread cathode meet ao through the space mentioned to the ends of the

können, da sie sich im wesentlichen rechtwinklig Aufbaus erstreckt, die in F i g. 1 nicht geschnittencan, since it extends substantially at a right angle structure, which is shown in FIG. 1 not cut

zum Ionenkollektor bewegen. Durch dieses Ionen- dargestellt sind. Die lonenkollektoren 2 sind durch move to the ion collector. Through this ion- are represented. The ion collectors 2 are through

Bombardement wird der Faden beschädigt, insbeson- einen Draht bzw. Streifen 5 elektrisch verbunden,The thread is damaged by bombardment, in particular a wire or strip 5 is electrically connected,

dere wenn er einen Überzug von bei niedriger Tem- Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt nach Linie A-A which if he has a coating of at low temperature Fig. 2 shows a longitudinal section along line AA

peratur emittierendem Material aufweist, und es er- 35 der F i g. 1 zur weiteren Erläuterung der dort sche-having temperature-emitting material, and it he 35 of FIG. 1 for further explanation of the

gibt sich außerdem ein frühzeitiges Abweichen von matisch gezeigten Elektrodenanordnung. Der Auf-there is also an early deviation from the matically shown electrode arrangement. The up

der Linearität der Druck-Strom-Charakteristiken des bau wird teilweise von einem Ann 9 über einen BoI-the linearity of the pressure-flow characteristics of the building is partly determined by an Ann 9 via a BoI

Vakuummeters : ii Drücken der Größenordnung von zen 7 und eine Anzahl keramischer Isolatoren 8 ab-Vacuum meter: ii pressures on the order of zen 7 and a number of ceramic insulators 8 from

1 Torr. gestützt und zum andern Teil von einem ähnlichen,1 torr. supported and on the other hand by a similar,

Um die Linearität eines Vakuummeters bis zu der- 30 nur in F i g. 1 gezeigten, zweiten Arm 6 über einenIn order to determine the linearity of a vacuum gauge up to the 30 only in FIG. 1 shown, second arm 6 via a

art hohen Drücken zu erstrecken sind die folgenden gleichartigen Bolzen 10. Die Bolzen 7 und 10 lagerntype high pressures are the following bolts 10 of the same type. Bolts 7 and 10 are supported

Bedingungen einzuhalten: eine als Grundplatte dienende Lochplatte 11 sowieConditions to be met: a perforated plate 11 serving as a base plate as well as

a) Die Geometrie bzw. geometrische Anordnung die beiden lonenkollektoren 2. Das weitere Elekmuß derart sein, daß die Elektronenwege sich trodenpaar, nämlich die Anoden 3 sowie die Fadenmit dem Druck nicht wesentlich ändern. 35 kathode 1 sind an der Platte 4 bzw. einer Konsole 12a) The geometry or geometric arrangement of the two ion collectors 2. The further element must be such that the electron paths trode pair, namely the anodes 3 and the Fadenmit the pressure does not change significantly. 35 cathode 1 are on the plate 4 or a bracket 12

b) Die Empfindlichkeit des Gerätes muß klein sein, jeweils über Bolzen 13 und ^"mische Abstandverglichen mit dem reziproken Wert des hoch- ^hf^lter \* &*&«■ J*^e Anoden 3 sind mit der Lochsten zu messenden Druckes. Dies wird durch P]^atte,.⁴ _u verschweißt. Die Fadenkathode 1 wird Verringerung des Abstandes zwischen der räumlich durch einen zur Konsole 12 gehorenden Fadenkathode und dem Elektronenkollektor be- *° gefederten Endteil 15 gespannt, mit dem der Faden 1 ,yirtt verschweißt ist. Die Arme 6 und 9 dienen gleich-b) The sensitivity of the instrument must be small, by bolts 13, respectively, and ^ "mix Abstandverglichen by the reciprocal value of the ^high-h f ^lter \ * & * &" ■ J * ^e anodes 3 are provided with the Lochsten pressure to be measured. This is ^atte by P]. ⁴ _& welded. the filament cathode 1 is tensioned reducing the distance between the spatially sawn by a gehorenden to the console 12 filament cathode and the electron collector * ° sprung end portion 15, with which the yarn 1, yirtt welded. The arms 6 and 9 serve the same

\γλτ u H i₄ OJ-* j · zeitig als elektrische Zuleitungen zur Fadenkathode 1, ^C) f^ea i^neii^Ol t TS τ ^anßf^or?^nct »«"· und zwar über an die jeweilige Konsole 12 angedaß d.e Wirksamkeit der lonenaufnahme über _{schweißte Winkelstücke} J_{6 un}§ ₁₇. Dj₆ als Elekd.e ganze Druckmessung konstant bleibt. Da die _{tronensammler} Wenden Anoden 3 werden über Wahrscheinlichkeit ein Ion aufzunehmen, mit _{einen ffl}. _def ^^4 verschweißten Draht 18 dem Druck wachst, muß die geometrische An- _{f konstantem Pot}^_{ntial ge}„_alten und die Ionenordnung des Gera es eine Aufnahme aller posi- _{kollektoren 2 über einen D} ⁸ _{raht 19}. Die Grundplatte t.ven Ionen ermöglichen. Praktisch bedeutet _n , _{übef Drähte 20 det Die} ^iden Ame 6\ γλτ u H i ₄ OJ- * j · timely as electrical leads to the filament cathode 1, ^C) f ^e ai ^ne ii ^O lt TS τ ^an ßf ^or ? ^nct """· and via the respective bracket 12 angedaß de effectiveness of lonenaufnahme over _{welded elbows} J _{6 un} § ₁₇ Dj remains. ₆ as Elekd.e whole pressure measurement constant. Since the _{tronensammler} Contact anodes 3 are to take on probability an ion with _{a ffl.} _def ^^ 4 welded wire 18 is growing pressure to the geometrical arrangement must _{constant f} ^ _Pot _{ntial ge} _"a soldering and the order of the ion Gera it is a recording of all the positive _{collectors 2 via a D} ⁸ _{raht 19th} The base plate allows t.ven ions. In practice, _n _{means over wires 20 det the} ^ iden Ame 6

ί™ Sf ΐ^Γ Ρ™,! Λ Γ ^ß ^" ^m ' ^ΐη 5° ™d ^{9 enden in} einer nicht gezeigten Lagerplatteί ™ Sf ΐ ^Γ Ρ ™ ,! Λ Γ ^ß ^ " ^m 'ΐη 5 ° ™ d ^{9 end in} ^{a bearing plate,} not shown

bezug auf d!e Fadenkathode. _{aU9 QIm>
wekhe die erfor}2_erli*_hen Anschluß-with respect to the thread cathode. _{AU9 QIn> wekhe the erfor} 2 _erli * _hen Connection

Zu diesem Zweck kennzeichnet sich ein Vakuum- klemmen aufweist.For this purpose it is characterized by vacuum clamping.

meter der eingangs genannten Art nach der Erfindung Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2meter of the type mentioned according to the invention. In the embodiment according to FIGS. 1 and 2

dadurch, daß ein Paar paralleler Anoden als Elek- sind die folgenden relativen Abstände verwendet. Dieby using a pair of parallel anodes as electrodes, the following relative distances are used. the

troncnknllektor und ein Paar paralleler Elektroden 55 Anoden 3 haben einen gegenseitigen Abstand vonTroncnllektor and a pair of parallel electrodes 55 anodes 3 have a mutual distance of

als Ionenkollektor vorgesehen sind, und daß die bei- 3,2 mm, die Ionenkollektoren 2 haben einen gegen-are provided as an ion collector, and that the 3.2 mm, the ion collectors 2 have an opposite

den Paare rechtwinklig zueinander angeordnet sind seitigen Abstand von 2,5 mm und der Spalt zwischenthe pairs are arranged at right angles to each other, a lateral distance of 2.5 mm and the gap between

Vorzugsweise weist dabei die Fadenkathode die benachbarten Ionen· und Elektronenkolfektoren beForm eines geraden, symmetrisch durch den kasten- trägt jeweils 0,25 mm. Die lonenkollektoren 2 wer» artigen Bereich sich erstreckenden Drahtes auf. Ba den auf Erdpotential gehalten, obwohl sie durch dieThe filament cathode preferably has the adjacent ion and electron colectors in the form of a straight line, symmetrically through the box, each 0.25 mm. The ion collectors 2 who » like area extending wire. Ba den held at ground potential, although it was through the

Mit einer derartigen Anordnung nach der Erfln- keramischen Zwischenstücke 8 von der GrundplatteWith such an arrangement according to the invention, ceramic spacers 8 from the base plate

dung ergibt sich der Vorteil, daß ein loneu-Bombar- 11 isoliert sind, und der Ionenstrom wird durch Ver-This has the advantage that a loneu bombar is insulated, and the ion current is

dement der Fadenkathode praktisch vermieden oder Stärkung des von dem Draht 19 geführten Stroms ge·dement of the filament cathode practically avoided or strengthening of the current carried by the wire 19 ge ·

mindestens sehr wesentlich herabgesetzt wird. messen. Die Fadenkathode 1 kann auf 35 Vott ge-is at least very substantially reduced. measure up. The filament cathode 1 can be set to 35 Vott

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Br- «a halten werden und die Anoden 3 auf 250 Vott. WMhflndung wird ala Fadenkathode eine Platin-Rhodium- rend vorstehend eine zweckmäßige Anordnung beLegierung mit einem überzug aus einem Oxyd einer schrieben wurde, ist die wesentliche, für die relativen •altenen Erde von geringer Austrittearbeit verwendet. Elektroden-Dimensionen und die relativen Spannun-According to a preferred embodiment, the Br- «a will hold and the anodes 3 to 250 Vott. WMhflndung is ala thread cathode a platinum-rhodium- rend above a suitable arrangement be alloy with a coating of an oxide one was written, is the essential, for the relative • Old earth of low work function used. Electrode dimensions and the relative voltage

Claims

I 64Θ 463 I 64Θ 463

against the decisive requirement that these within the also-these difficulties can thereby be

An electrostatic field, so that a thread made of a platinum IQ% -

should result in such a way that rhodium alloy with a coating of; one

b) the ions against the ion collector instead of against 9 ^x V ^d * ™. rare earth, especially one

the filament cathode is moved and ^δ Y «num oxide is used. This combination

... η »ti ι τ υ π ·. Ζ- ο results in a cathode of little Ausnttsarbe't on

^{b) d} f _k ^P ° H, f H ^ f ° ^nen i κ ¹⁰ '^ ¹ %? 1 " ^6Γ " ^ underlay with a high melting point. By

w.rkuug on the free passage of the electrical _the ■ work function enabled low work

ES kt _a i ^ ^{adenkathode to the} electron _arm 1emi4rature ensures that the evaporation KoueKior exhausts. _The thread support is kept sufficiently small. For a vacuum meter with the above-mentioned geometrical distances and electrode types compared with previously used cathodes, a life potential that is many times longer can be achieved in order to achieve a satisfactory working duration of the system. It is further established by, wherein a heating current for the cathode 1, the use of a noble metal alloy, a thread of approximately 2 amperes that does not burn out for the required burn-out is created. In addition, control of constant electron emission currents is the cathode of the risk of x · poisoning «less was needed. From the above values exposed than others commonly used it follows that the ratio of the voltages on the incoming cathodes.

Anodes and the cathode is about 7: 1. While a device according to the invention, as shown by this relationship with slightly different ao on the basis of FIGS. 1 and 2 has been described, as geometrical arrangements can change should it have proven extremely useful, is given below at fü. any particular arrangement close to its opti- hand of Fig. 3 which is a preferred embodiment value can be kept. If it does not show an exploded view, the heating current of the cathode filament can be described as a further possible embodiment. Basically at least double the desired 35 columnar is shown in FIG. 3 the same elements as the 2 Ampfcre increase in order to obtain the same modulation previously described embodiment, with that of the electron emission current. If the filament cathode with 1 ', the ion collectors with 2', the ratio is changed too much, the anodes with 3 ', the perforated disc, which finally carries the electron stream completely under the anodes with 4', the base plate with 11 ' and will break even if the current through the 30 ceramic spacers indicated by 14 'cathode is increased to a value at which they are. The ion collectors 2 'are, however, burned out flat, formed compared to the cranked shapes of the spacer 14' compared to the spacer is linear compared to the spacer 14 'compared to the spacer is linear , from the tension on the cathode thread is reached. The device also has to hang. The reason for this is that a Bombardie tensioning of the thread 1 'has two flat end plates 21 and the anodes with electrons of relatively high a single S-shaped tension spring 22 which keeps the energy content of the X-ray thread aligned during operation. For leads that hit the ion collector and a spring 22 \ Λ cause high working temperatures from the release of photoelectrons. This 40 holding nickel alloy is used, which both makes the effect noticeable at pressures below 10 «Torr required electrical working currents. However, it can be switched off when the bake-out temperatures have grown, which the vacuum meter is to be assigned to by lowering the anode voltage to 50 volts and applying the vacuum device to which the voltage on the cathode thread is lowered to 7 volts. A white. In this way, the voltage ratio is retained, the other additional feature of the embodiment, so leave the field distribution unchanged according to FIG. 3 are for expansion compensation, and it appears that the device is provided when pressed into resilient washers 23 which operate linearly for each of the order of 10 "Torr. Of the four ceramic columns
These voltages are particularly suitable because with a vacuum meter of the type described, despite an anode potential below 50 volts, the sensitivity of the device decreases rapidly from case to case, despite an anode potential below 50 volts. Produced at slightly, which is fundamental to 50 volts to the anode is the sensitivity reliable and repeatable pressure Stromdes device but still 30 ⁰ / o is from that in characteristics. It maintains a baking, 250VoIt while the potential / o of the originally as required is about 450 ⁰ C and a degassing sprünglichen value only 2O °. The pressure range of the vacuum described - that a loss of geometric accuracy in meters is therefore between approximately 1 and 10 «Torr. To be taken when purchasing. The invention such high pressures are subject to the z. Zt therefore creates a robust, precise and, in its yellowier, cathode of destruction if it is easily reproducible in the metrical conditions of the presence of, for example, water vapor or 60 device.

Working oxygen. As a result, the "". "-." "." ^ Ι-ι · -.

generation of high-pressure vacuum gauges in general patent claims,

on their use te inert or inactive atmo- 1. Vacuum gauge with an electron

spheres limited. Ba is therefore desirable, a transmitting filament cathode, one as a collector for Ur

To create a cathode, the oxidizing or other it the electron serving anode and one as

withstands harmful atmospheres without an electrode serving as an emission ion collector

loss by changing the coating or characterized in that a pair of parallel

Damage to the thread base due to oxidation. Anodes (3) as electron collectors and! a couple

pifalleler Elektroden (2) ils Ienenkdilektor vw* gesehen slfuf und daß die beiden Paare recht' winklig zueinander angeordnet sind,pifalleler electrodes (2) ils Ienenkdilektor vw * seen slfuf and that the two couples are right are arranged at an angle to each other,

2. Vorrichtung naefi Anspruch 1. dadurch ge* kennzeichnet, daß die Fadenkathode (1) syrane- ι triseh durch den von den ionenkollektor^Elektroden (2) und den EUktrödenköliektor*Anoden (S) begrenzten Bereich verlauft.2. Device naefi claim 1. characterized ge * indicates that the thread cathode (1) syrane- ι triseh through the anodes of the ion collector ^ electrodes (2) and the ectrodenköliektor * anodes (S) limited area.

1 vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, atf durch gekennzeichnet, daß die Fadenkathode (1) einen Draht au» einer Platln-Rhodlum^Legierung aufweist, mit einem überzug aus einen Oxyd einer seitetieft Erde von geringerer Austrittsarbelt.1 apparatus of claim 1 or 2, by atf in that the filament cathode (1) a wire au »a Platln-Rhodlum ^ alloy has, with a coating of an oxide of an earth seitetieft of lesser Austrittsarbelt.

4. Vorrichtung n«li einem der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß die Faden* kathode (1) mit einer Einrichtung (ti; 12) tarn Spannen versehen Ut,4. Device n «li one of claims 1 to S, characterized in that the thread * cathode (1) with a device (ti; 12) camouflaged clamping provided Ut,

5.5. Verrichtung naöh Anspruch 4, dadurch ge» kefittisekhnet, daß die Einrichtung tarn Spannen eine S-förmige Peder (21) 1st.Performed according to claim 4, characterized in that the device, camouflaged as tension, is an S-shaped peder (21).

6. Verrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da0 für die Elektfonenkdllektor'Anoden von einer Loch' Scheibe(4) hochstehende Metallstreifen^) ver- «sendet sind, wobei die Lochscheibe zwischen den tonenkotlektor-ElektriSden (2) und paraltel ta diesen angeordnet ist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that upstanding metal strips ^) are sent for the Elektfonenkdllektor'Anodes from a hole 'disc (4), the perforated disc between the Tonenkotlektor-ElektriSden (2) and parallel ta this is arranged.

Mlerxu 1 Blatt ZeichnungenMlerxu 1 sheet of drawings