Verfahren zur Überwachung des Druckes in Vakuumentladungsgefässen. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Überwachung des Gas- oder Dampfdruckes in Vakuumentladungsgefässen.
Es sind bereits Überwachungsanordnun gen bekannt, bei denen zwischen einer Hilfs anode und der Kathode des zu überwachen- .den Gefässes eine mit konstanter Stromstärke betriebene Hilfsentladung erzeugt wird und ausserhalb des Kernes der Hilfsentladung eine Messelektrode angeordnet ist, zu der eine von dem zu überwachenden Druck abhängige Menge Ladungsteilchen aus dem Kern der Entladung diffundiert,
die den über die Mess- elektrode fliessenden Steuerstrom eines An- zeigegerätes entsprechend beeinflusst. Weiter hin ist es bekannt, bei derartigen Anordnun- gen v,r der Hilfsanode eine Blende anzu bringen, welche verhindert, dass eine die Wir kung .der Überwachungsanordnung störende, sogenannte wandernde Zwischenkathode ent steht, indem sie die Zwischenkathode in Form einer sogenannten Striktionskathode fixiert,
und zwar in ihrer Öffnung. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird nun ebenfalls zwischen einer Hilfsanode und der Kathode des zu überwachenden Ge fässes eine Hilfsentladung erzeugt und vor der Anode eine Blende angeordnet.
Eine be sondere Messelektrode ist jedoch nicht vorhan den, sondern die Hilfsanode selbst bildet,die Messelektrode. Ausserdem wird die Hilfs- entladung nicht mit konstantem Strom be trieben, sondern erfindungsgemäss mit Strom stärken, bei denen durch Eintreten einer Ionenverarmung in dem durch ,
die Blende abgetrennten Raum die Stromstärke der Ent ladung mit wachsender Spannung einem von dem zu überwachenden Gas- oder Dampf druck abhängigen .Sättigungswert zustrebt. Dieser wird mittels einer in den Hilfsanoden kreis eingeschalteten Vorrichtung erkennbar gemacht.
Diese kann eine Anzeigevorrich- tung oder auch .eine @Sohaltvorrichtung sein, die bei Abweichungen des Sättigungswertes der Entladestromstärke von einem vor bestimmten Sollwert Schaltungen auslöst, zum Beispiel eine Vakuumpumpe einschaltet oder eine Einrichtung zur Nachfüllung von Edelgas betätibo-t. Anzeige- und SchaItvorrich- tung können auch gleichzeitig vorhanden sein.
Der Sättigungswert der Stromstärke und .seine Abhängigkeit von dem Gas- oder Dampfdruck kommen auf folgende Weise zustande.
In der Blendenöffnung entsteht eine soge- nanute Striktionskathode, für welche der Elektronenstrom in Richtung Kathode- Anode und der positive IonenGtrom in der entgegengesetzten Richtung, nämlich Anode Kathode, in einer festen Beziehung zuein ander stehen, und zwar verhalten sich diese Ströme umgekehrt wie die Quadratwurzel aus dem Verhältnis von Elektronenmasse zur Masse der positiven Ionen.
Da von einer be- stimmten Stromstärke ;an der Raum in der Umgebung der Hilfsanode sich auf einem sehr viel höheren Vakuum befindet als das eigentliche Vakuumgefäss, welches die Ka thode enthält, so wird der Strom :durch :die Blende durch :die Zahl neutraler Gasteilchen begrenzt, welche aus dem Entladungsraum, der die Kathode enthält, in den durch die Anodenblende abgegrenzten Teil des Ent ladungsraumes mit der Hilfsanode hinein diffundieren.
Diese Anzahl Teilchen ist offenbar abhängig von dem Gas- oder Dampfdruck vor der Blende in Richtung nach der Kathode. Hieraus ergibt sich der erfindungsgemäss ausgenutzte Zusammenhang zwischen dem -Gas- oder Dampfdruck und dem Sättigungswert der Stromstärke.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vakuumüberwachungseinrichtung zur Aus- führung des Verfahrens gemäss der Erfin dung, Fig.2 .die Stromspannungskennlinien, in welchen der Sättigungswert erkennbar isst,
und Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer Vakuumüberwachungseinrichtung zur Aus- führung des Verfahrens gemäss der Erfin- dung. In Fsg. 1 ist 1 das eigentliche Vakuum entladungsgefäss, z.
B. ein Quecksilber dampfgleichrichter, dessen Gas- oder Dampf druck überwacht werden soll. 2 ist die Ka thode, und 3 sind :die Anoden, welche mit Anodenschutzrohren 4 umgeben und mittels der Isolatoren 5 eingeführt sind. 6 ist der Wecbselstromtransformator, an den die Ano den 3 angeschlossen sind. Zur Überwaehung des Gas- oder Dampfdruckes ist .in das Ge fäss 1 ein Rohrstutzen 7 eingesetzt.
Dieser enthält eine Anode 8, der eine Blende 9 vor gesetzt ist. Die Anode 8 ist an eine Gleich spannungsquelle 10 angeschlossen, durch welche eine Hilfsentladung zwischen der Hilfsanode 8 und der Hauptkathode 2 auf rechterhalten wird. Diese zeigt die aus der Fig.2 ersichtliche Stromspannungskennlinie 11.
Mit zunehmender Spannung wächst ,die Entladun",lis,stromstärke und nähert.sich einem @Sättiguugswert, der ungefähr gleich !dem Wert I" ist. Dieser Stromwert I" ergibt sich aus dem Schnittpunkt zwischen einer Wider standsgeraden 18 und der Kennlinie 11 und soll als derjenige Stromwert aalgesehen wer den, :
bei welchem der Gas- oder Dampfdruck den gewünschten Wert aufweist. Die Be deutung der Widerstandsgeraden 18 ergibt sich im einzelnen aus der Fig. 2. In dieser ist horizontal die .Stromstärke, vertikal die Spannung aufgetragen. Der Schnittpunkt der Geraden. 18 mit der Spannungsachse E be deutet die Spannung der Stromquelle, welche über den hmschen Widerstand des greises die Hilfsentladung zwischen der Hilfsanode B und :der Kathode 2 speist.
Mit zunehmender Stromstärke J subtrahiert sich von .dieser bei J = 0 vorhandenen Spannung zwischen der Kathode 2 und der Anode 8 der proportional mit J anwachsende Ohmsche Spannungs abfall. Für .die Entladung bleibt infolge dessen bei andern Stromstärken J eine Rest spannung übrig, die sich ergibt aus der Spa.n- nun:g der Stromquelle 10 (Fig. 1) minus der Ohmschen Spannungsabfälle in dem Strom kreis.
Diese mit zunehmender Stromstärke J für die Entladung zwischen der Kathode. 2 und der Anode 8 übrigbleibende Spannung wird durch die gerade Linie 1,8 dargestellt. Der Schnitt dieser geraden Linie 18 mit der Charakteristik für die Entladung zwischen den Elektroden 2 und 8 ergibt dann die mög liche. Entladungsstromstärke.
Bei zunehmen dem Gas- oder Dampfdruck, das heisst bei sich verschlechterndem Vakuum, verläuft die Stromspannungskennlinie nach der Kurve 12, das heisst der Anstieg der Stromspannungs- kennl.inie verschiebt sich zu höheren Strom werten I'.. Umgekehrt nimmt bei einem nied rigen Gas- oder Dampfdruck, das heisst bei einem höheren Vakuum, die Stromspan- nungskennlinie einen Verlauf entsprechend der Kurve 13,
das heisst der Anstieg der Stromspannungskennlinie erfolgt bei einem Werte 1"o. Aus den in der Fig. 2 dargestell ten Kurven ergibt sich also, dass die Strom spannungskennlinie einen sehr steilen An- stieg aufweist, so dass der Strom mit zu nehmender Spannung noch langsam wächst, aber einem Sättigungswerte zustrebt.
Als steuernder Stromwert für das Anzeigeinstru ment wird zweckmässig derjenige Strom wert genommen, .der sich aus dem Schnitt- punkt der Stromspannungskennlinien mit der Widerstandsgeraden ergibt.
Zur Anzeige dieser Änderung des Strom wertes I" ist in den Anodenstromkreis ein .L#Tessinstrument 14 eingeschaltet, welches bei geeigneter Eichung eine direkte Ablesung des Gasdruckes ermöglicht. Ausserdem kann man in dem Anodenstromkreis noch die Er regerwicklung einer Schalteinrichtung 15 vorsehen, welche einen Stromkreis zum Ein- und Ausschalten der Vakuumpumpe, zum Betätigen einer Edelga.sfüllvorrichtung usw. steuert.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 3 unter scheidet sich von derjenigen gemäss Fi:g. 1 ,da durch, dass in Reihe mit der Hilfsanode 8 eine Drosselspule 16 geschaltet ist. Zwischen der Anode 8 und der Blende 9 bezw. über die Drosselspule 16 treten dann, sobald der Strom über die Anode 8 durch die Blende 9 und nicht mehr durch den Widerstand 17 begrenzt wird, hochfrequente Schwingungen auf.
Dies ist der Fall, wenn der Schnittpunkt .der Widerstandsgeraden 18 auf dem steil an steigenden Ast der Stromspannungskenn- linien 13, 11, 12 liegt, wie dies aus Fig. 2 erkennbar ist.
Wählt man die Abmessungen und Strom stärken so, dass derartige hochfrequente Schwingungen entstehen, so kann man parallel zu der Drosselspule 16 bezw. zu der Anode 8 und der Kathode 9 eine Glimm- röhre 19 oder irgend eine andere Glimm strecke einschalten, welche durch die hoch- frequenten Schwingungen ionisiert und in folgedessen stromdurchlässig wird. In Reihe mit der Glimmröhre 19 liegt ein Konden sator 20.
Diese Glimmröhre 19 dient dazu, einen an ihren Klemmen 21 befindlichen Hilfsstromkreis zu schliessen, welcher die ge- wünschten !Schaltungen auslöst, sobald der Gas- oder Dampfdruck im Innern des Haupt entladungsgefässes einen bestimmten Wert unterschreitet.
Auch bei dieser Ausführung kann selbst verständlich, ein 1VIessinstrument in den Ano denstromkreis eingeschaltet werden.
Procedure for monitoring the pressure in vacuum discharge vessels. The invention relates to a method for monitoring the gas or vapor pressure in vacuum discharge vessels.
Monitoring arrangements are already known in which an auxiliary discharge operated with constant current is generated between an auxiliary anode and the cathode of the vessel to be monitored, and a measuring electrode is arranged outside the core of the auxiliary discharge, to which one of the pressure to be monitored dependent amount of charge particles diffused from the core of the discharge,
which accordingly influences the control current of a display device flowing through the measuring electrode. Furthermore, it is known to attach a screen to the auxiliary anode in such arrangements, which prevents a so-called wandering intermediate cathode, which interferes with the monitoring arrangement, from arising by fixing the intermediate cathode in the form of a so-called stricture cathode ,
namely in their opening. In the method according to the invention, an auxiliary discharge is now also generated between an auxiliary anode and the cathode of the vessel to be monitored, and a screen is arranged in front of the anode.
However, a special measuring electrode is not available, but the auxiliary anode itself forms the measuring electrode. In addition, the auxiliary discharge is not operated with a constant current, but instead, according to the invention, is strengthened with current, in which the occurrence of ion depletion in the
the aperture separated space, the current strength of the discharge with increasing voltage, a saturation value dependent on the gas or vapor pressure to be monitored strives. This is made recognizable by means of a device connected to the auxiliary anode circuit.
This can be a display device or a hold device that triggers switching if the saturation value of the discharge current strength deviates from a certain setpoint value, for example switching on a vacuum pump or actuating a device for refilling noble gas. The display and switching device can also be present at the same time.
The saturation value of the current intensity and its dependence on the gas or vapor pressure come about in the following way.
In the aperture there is a so-called restriction cathode, for which the electron flow in the direction of the cathode-anode and the positive ion flow in the opposite direction, namely the anode-cathode, are in a fixed relationship to one another, namely the opposite of the square root from the ratio of electron mass to the mass of positive ions.
Since there is a certain current strength in the space in the vicinity of the auxiliary anode is at a much higher vacuum than the actual vacuum vessel which contains the cathode, the current is: through: the aperture through: the number of neutral gas particles limited, which diffuse from the discharge space containing the cathode into the part of the discharge space with the auxiliary anode delimited by the anode screen.
This number of particles is obviously dependent on the gas or vapor pressure in front of the diaphragm in the direction of the cathode. This results in the relationship used according to the invention between the gas or vapor pressure and the saturation value of the current intensity.
The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Fig. 1 shows an embodiment of a vacuum monitoring device for performing the method according to the invention, Fig. 2. The current-voltage characteristics in which the saturation value is recognizable,
and FIG. 3 shows a second embodiment of a vacuum monitoring device for carrying out the method according to the invention. In Fsg. 1 is 1 the actual vacuum discharge vessel, e.g.
B. a mercury steam rectifier whose gas or vapor pressure is to be monitored. 2 is the cathode, and 3 are: the anodes, which are surrounded by anode protection tubes 4 and inserted by means of the insulators 5. 6 is the AC transformer to which the anodes 3 are connected. To monitor the gas or vapor pressure, a pipe socket 7 is inserted into the vessel 1.
This contains an anode 8, which is a diaphragm 9 set in front. The anode 8 is connected to a DC voltage source 10, through which an auxiliary discharge between the auxiliary anode 8 and the main cathode 2 is maintained on the right. This shows the current-voltage characteristic curve 11 shown in FIG.
With increasing voltage, the discharge increases, the current intensity and approaches a saturation value which is approximately equal to the value I. This current value I "results from the intersection between a resistance straight line 18 and the characteristic curve 11 and should be seen as the current value who:
at which the gas or vapor pressure has the desired value. The meaning of the resistance line 18 results in detail from FIG. 2. In this, the current strength is plotted horizontally and the voltage is plotted vertically. The intersection of the straight lines. 18 with the voltage axis E be the voltage of the power source, which feeds the auxiliary discharge between the auxiliary anode B and the cathode 2 via the resistance of the old man.
As the current J increases, the ohmic voltage drop, which increases proportionally with J, is subtracted from this voltage between the cathode 2 and the anode 8 at J = 0. For .the discharge there remains a residual voltage at other currents J, which results from the spa.n- now: g of the current source 10 (Fig. 1) minus the ohmic voltage drops in the circuit.
This with increasing current J for the discharge between the cathode. 2 and the anode 8 remaining voltage is represented by the straight line 1,8. The intersection of this straight line 18 with the characteristic for the discharge between the electrodes 2 and 8 then results in the possible union. Discharge current.
If the gas or vapor pressure increases, i.e. if the vacuum deteriorates, the current-voltage characteristic curve follows curve 12, i.e. the increase in the current-voltage characteristic line shifts to higher current values I '. Conversely, if the gas is low, it increases - or vapor pressure, i.e. at a higher vacuum, the current-voltage characteristic curve corresponds to curve 13,
that is, the increase in the current-voltage characteristic occurs at a value of 1 "o. The curves shown in FIG. 2 show that the current-voltage characteristic has a very steep increase, so that the current is even slower with increasing voltage grows, but strives towards saturation values.
The current value taken as the controlling current value for the display instrument is expediently that which results from the intersection of the current-voltage characteristics with the straight line resistance.
To display this change in the current value I ", a .L # Tessinstrument 14 is switched on in the anode circuit, which, with suitable calibration, enables a direct reading of the gas pressure. In addition, the excitation winding of a switching device 15 can be provided in the anode circuit to switch the vacuum pump on and off, to operate a noble gas filling device etc. controls.
The embodiment according to FIG. 3 differs from that according to FIG. 1, because a choke coil 16 is connected in series with the auxiliary anode 8. Between the anode 8 and the diaphragm 9 respectively. Via the choke coil 16, as soon as the current via the anode 8 is limited by the diaphragm 9 and no longer by the resistor 17, high-frequency oscillations occur.
This is the case when the intersection of the resistance straight line 18 lies on the steeply rising branch of the current-voltage characteristics 13, 11, 12, as can be seen from FIG.
If you choose the dimensions and current strength so that such high-frequency vibrations arise, you can bezw in parallel to the choke coil 16. To the anode 8 and the cathode 9, switch on a glow tube 19 or any other glow path which is ionized by the high-frequency vibrations and consequently becomes current-permeable. In series with the glow tube 19 is a capacitor 20.
This glow tube 19 serves to close an auxiliary circuit located at its terminals 21 which triggers the desired switching as soon as the gas or vapor pressure inside the main discharge vessel falls below a certain value.
With this version, too, a 1V measuring instrument can of course be switched into the anode circuit.