HU196530B

HU196530B - Cold-cathode magnetic field vacuum gauge tube /penning vacuum gauge tube/

Info

Publication number: HU196530B
Application number: HU472086A
Authority: HU
Inventors: Andras Siposs
Original assignee: Tungsram Reszvenytarsasag
Priority date: 1986-11-17
Filing date: 1986-11-17
Publication date: 1988-11-28
Also published as: DE3712874A1; HUT45169A; CH673062A5

Abstract

The invention relates to a Penning-type vacuum meter, i.e. a vacuum meter having a cold cathode and a magnetic field, which is composed of a cylindrical cathode body (1) of steel, a soft iron disc (2) which is welded on and provided with a bore, a soft iron cartridge (4) soldered into a glass bead (3), a tungsten anode rod (5) clamped into the cartridge (4), a soft iron plug (6) provided with the gas-conducting bores (14), a lower and an upper soft iron support ring (7, 8), and a cylindrical permanent magnet (9). These elements surround the discharge space (10). The essence of the Penning-type vacuum meter according to the invention consists in that given a value of 0.05-0.08 T for the magnetic induction in the discharge space (10) the distance between an end plate (12), facing the discharge space (10), of the anode-carrying cartridge (4), which is situated in the bore (11) of the soft iron disc (2), and an edge (13) of the discharge space (10) is defined by the formula t >/= a(0.5 + 0.03b> where a denotes the diameter of the bore (11) of the soft iron disc (2), and b denotes the diameter of the anode-carrying cartridge (4). <IMAGE>

Description

A találmány tárgya hidegkatódos mágneses terű vákuummérőcső (Penning vákummérócső), mely hengeres katód testből, hozzáhegesztett furatos lágyvas tárcsából, üveggyöngybe forrasztott lágyvas anódtartó patronból, az anódtartó patronba befogott volfrám anódbotból, gázbeeresztő furatokkal ellátott lágyvas dugóból, alsó ill. felső lágyvas tartógyűrűből, valamint hengeres permanens mágnesből áll, mely elemek kisülöteret fognak közre.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a cold cathode magnetic field vacuum measuring tube (Penning vacuum measuring tube) consisting of a cylindrical cathode body, a welded borehole soft disk, a soft anode holder cartridge soldered to a glass bead, a tungsten anode rod holder, consists of an upper soft-ring support ring and a cylindrical permanent magnet, which elements form a discharge chamber.

•A nagyvákuum értéktartományban, 1 Pa - IO^-5 Pa nyomáshatárok között, nyomásmérésre kiválóan alkalmas a hidegkatódos, mágnesterú ionizációs vákuummérócsó, a Pennir\g vákuummérócsó. Ennek a csőtípusnak az ismertetése megtalálható J. H. Leck: Pressure Measurement in Vacuum Systems című könyvében a 113. oldalon.• In the high vacuum range, from 1 Pa to IO ^-5 Pa, the cold-cathode magnetized ionization vacuum gauge, the Pennir \ g vacuum gauge, is ideal for pressure measurement. A description of this tube type can be found in JH Leck's "Pressure Measurement in Vacuum Systems" on page 113.

Ismeretes, hogy a fenti nyomástartományban létrehozott gázkisülésben az átfolyó áram a ráadott feszültségtől, a gáz összetételétől és nyomásától függ. Ha a kisülési teret mágnesmezőbe helyezzük, akkor a mágneses mezó hatására a gázkisülésben az elektronok a kátédból az anód felé haladva spirál (ciklois) pályára kényszerülnek. Ennek következtében nagyon kis gázsürúség (nagy vákuum) mellett is elég nagyszámú ionizáló ütközés jön létre.It is known that in a gas discharge produced in the above pressure range, the flow rate depends on the applied voltage, gas composition and pressure. When the discharge field is placed in a magnetic field, the magnetic field causes the electrons in the gas discharge to travel in a helical (cyclo) path from the tub to the anode. As a result, even at very low gas densities (high vacuum), quite a large number of ionizing collisions occur.

Lényegében ezt az effektust hasznosítja a találmány tárgyát képező ún. Penning féle vákuummérócsó. Ha ebben a csőben a mágnesmezőt és a gázösszetételt konstans értéken tartjuk, akkor a létrejövő kisülési áram mértéke a nyomásnak (vákuumnak) függvénye. A kisülési áramot mikroamper-mérőre vezetve, megfelelő hitelesítés után az ampermérőn közvetlenül a nyomás (vákuum) értéket olvashatjuk le.Essentially, this effect is utilized by the so-called "field" of the present invention. Penning vacuum gauge. If the magnetic field and the gas composition in this tube are kept constant, the amount of discharge current generated is a function of pressure (vacuum). By directing the discharge current to the micro-ammeter, after proper calibration, the pressure (vacuum) value can be read directly on the ammeter.

Az eredetileg mágnespofák közé helyezett üveg vákuummérőcsövet időközben továbbfejlesztették, és a korszerű Penning vákuumraéröcsó gyakorlatilag kizárólag fém elemekből áll. Ilyen mérőcsövek ismertetése megtalálható például a Balzers AG. Liechtenstein, cég katalóguséban. Ezek a robusztus és üzembiztos mérőcsövek túlnyomó részben fémből készülnek, a mérőkamra és a csatlakozóperem rozsdamentes acélból. A mérőkamrát körülvevő permanens mágnes állítja elő a mágnesmezöt. A mérőcső táplálása néhány kV egyenfeszültséggel történik.Originally placed between the jaws, the glass vacuum gauge tube has since been upgraded, and the state-of-the-art Penning vacuum gauge consists almost exclusively of metal elements. Such measuring tubes are described, for example, in Balzers AG. Liechtenstein, in company catalog. These robust and reliable measuring tubes are predominantly made of metal, the measuring chamber and the connection flange are made of stainless steel. The permanent magnet surrounding the measuring chamber generates the magnetic field. The measuring tube is powered by a few kV dc.

Ezeknek a mérőcsöveknek számos előnye van a fűtött katódos ionizációs vákuummérő csövekkel szemben. A mérés gyors, a kezelhetőség könnyű, érzékenysége nagyobb, jól tűri a túlterheléseket, még a levegő betöréseket is.These measuring tubes have several advantages over heated cathodic ionization vacuum measuring tubes. The measurement is fast, the handling is easy, its sensitivity is higher, it can tolerate overloads, even airborne breakouts.

Minden előnyös tulajdonsága mellett is hátránya, azonban, hogy a kijelzés nem mindig egyértelmű, mert a nyomás-áram jelleggörbe nem monoton, ugrások, hiszterézisek fordulhatnak elő. Emiatt alkalmazási területe leszűkült, és ezek a hátrányok korlátozzák felhasználását az automatikus vezérlésben.It has all its disadvantages, but the display is not always clear, because the pressure-current curve is not monotonous, jumps, hysteresis can occur. As a result, its field of application has been narrowed and these disadvantages limit its use in automatic control.

A találmány kidolgozásakor feladatul tűztük ki, hogy megoldást találjunk fenti hátrányok kiküszöbölésére. Vizsgálataink során arra a felismerésre jutottunk, hogy a karakterisztika monotonná tehető és a hiszterézisek megszüntethetők, ha a csőben bizonyos konstrukciós változtatásokat hajtunk végre. Találmányunk azon a felismerésen alapul, hogy fenti hátrányok megszüntetésében döntő szerepe van az anódbevezetó patron helyzetének és a kisülőtérben fennálló mágneses indukció értékének.It is an object of the present invention to provide a solution to the above drawbacks. During our investigations we have found that the characteristic can be made monotonous and the hysteresis can be eliminated by making certain structural changes in the tube. The present invention is based on the recognition that the position of the anode lead cartridge and the magnetic induction value in the discharge chamber play a crucial role in overcoming the above drawbacks.

Találmányunk lényege az a meglepő felismerés, hogy döntő szerepe van annak, hogy a lágyvás anódtartó patron vége és a kisülótér széle között mekkora a távolság. Ha a patron vége beleér a kisülötérbe, akkor a jelleggörbében ugrás és hisiterézis van, a mérőcső érzékenysége kisebb a megfelelőnél. Lényegében ugyanez a helyzet éli fenn akkor is, ha a patron vége benn van ugyan a furatban, de helyzete nem éri el az általunk felismert minimális mélységet. Éppen ennek a helyzetnek pontos felismerése képezi találmányi megoldásunk egyik jellemzőjét.The essence of the present invention is the surprising recognition that the distance between the end of the soft anode holder cartridge and the edge of the discharge chamber plays a decisive role. If the end of the cartridge fits into the discharge chamber, then there is a jump and hysteresis in the characteristic curve, the sensitivity of the measuring tube being lower than the correct one. Essentially, the same situation applies when the end of the cartridge is inside the hole, but its position does not reach the minimum depth we recognize. Precise recognition of this situation is one of the features of our invention.

Azt is felismertük, hogy a mágneses indukciónak is van egy olyan optimális értéktartománya, mely alatt a mérőcsö érzékenysége kisebb a szükségesnél, felette az érzékenység jó, de ugrás és hiszterézis lép fel a jelleggörbében.We have also discovered that magnetic induction also has an optimum range of values below which the sensitivity of the measuring tube is less than necessary, good sensitivity, but hopping and hysteresis in the characteristic curve.

Összefoglalva, találmányunk tárgya hidegkatódos mágneses terű vákuummérócsó (Penning vákuummérőcső), mely acél hengeres katódtestből, hozzá hegesztett furatos lágyvas tárcsából, üveggyöngybe forrasztott lagyvas anódtartó patronból, a patronba befogott volfrám anódbotból, gázbeeresztő furatokkal ellátott lágyvas dugóból, alsó ill. felső lágyvas tartógyűrűkból és hengeres permanens mágnesből áll, melyek közrefogják a kisülöteret.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a cold cathode magnetic field vacuum gauge (Penning vacuum gauge tube) consisting of a steel cylindrical cathode body, a welded borehole soft disk, a glass bead soldered anode holder cartridge, a tungsten anode rod provided in a cartridge, It consists of a soft upper support ring and a cylindrical permanent magnet that surrounds the discharge chamber.

A találmány szerinti vákuummérócsövet az jellemzi, hogy a kisülőtérben a mágneses indukció értéke 0,05 - 0,08 Τ (T = tesla) és a lágyvas tárcsa furatában levő lágyvas anódtartó patron kisülótér felőli vége és a kisülőtér széle közötti t távolságot az alábbi képlet határozza meg: t £ a(0,5 + 0,03 b), ahol a egyenlő a furat átmérőjével, b pedig a lágyvas anódtartó patron átmérője.The vacuum measuring tube of the present invention is characterized in that the magnetic induction in the discharge chamber is between 0.05 and 0.08 Τ (T = tesla) and the distance t from the discharge end of the soft anode holder in the soft disk bore to the edge of the discharge meg: t £ a (0.5 + 0.03 b), where a is the diameter of the bore and b is the diameter of the soft anode holder cartridge.

A találmányi felismerés és megoldás jobb megértésének elősegítésére, leírásunkhoz rajzmellékletet csatolunk, melyhez kapcsolódva a megoldást az alábbiakban részletesen ismertetjük.In order to facilitate a better understanding of the invention and the invention, a description is attached hereto, which is described in more detail below.

A rajzmelléklet az alábbi ábrákat tartalmazza:The appendix contains the following figures:

ábra: a vákuummérócsó hosszmetszeti vázlata,longitudinal sectional view of the vacuum gauge,

2. ábra: a mérőcső kitört része,Figure 2: broken part of the measuring tube,

3. ábra: a jelleggörbe és a patronhelyzet összefüggésének bemutatása, ábra: a jelleggörbe és a mágneses indukció összefüggésének diagramja.Figure 3 shows the relationship between the characteristic curve and the position of the cartridge, Figure 3 shows the relationship between the characteristic curve and the magnetic induction.

Az 1 ábrán szemléltetjük a találmány szerinti vákuummérőcső felépítését. A cső az 1 acél hengeres katódtestből, a hozzáhegesztett 2 lágyvas tárcsából, 3 üveggyöngybe forrasztott 4 lágyvas anódtartó patronból, 5 volfrám anódbotból, 6 lágyvas dugóból, az ebben levő 14 gázbeeresztő furatokból, az alsó és felső 7, 8 lágyvas tartógyűrüből, továbbá 9 hengeres permanens mágnesből áll, melyek 10 kisülőteret veszik körül.Figure 1 illustrates the construction of a vacuum measuring tube according to the invention. The tube is made of a steel cylindrical cathode body 1, a welded soft disc 2, a soft anode holder 4 soldered into a glass bead 3, a tungsten anode stick 5, a soft plug 6, gas inlets 14, a lower and a consists of permanent magnets that surround 10 discharge areas.

A 2 ábrán az 1 ábra szerinti vákuummérőcsönek az a kitört része látható, mely találmányunk lényegét szemlélteti. Felismertük ugyanis, hogy a vákuumméröcső tökéletes, nagyérzékenységű, jelleggörbe-ugrás és hiszterézis nélküli működésének egyik feltétele, hogy a 11 furatban a 4 lágy vas anódtartó patron meghatározott helyzetben legyen, mégpedig a 12 a patron kisülótér felőli véglapja, és a 13 kisülótér széle között optimális távolságnak kell lenni, melynek értéke, t S a(0,5 + 0,03 b), ahol .a a 11 furat átmérője, b a 4 lágyvas anódtartó patron átmérője.Fig. 2 shows an exploded portion of the vacuum gauges of Fig. 1 illustrating the essence of the invention. It has been discovered that one of the prerequisites for the perfect operation of the vacuum gauge, without the characteristic curve jump and hysteresis, is that the soft iron anode holder cartridge 4 in the bore 11 is optimally positioned between the cartridge end face 12 and the discharge edge 13. should be a distance whose value, t S a (0.5 + 0.03 b), where .aa is the diameter of the 11 holes, b is the diameter of the 4 soft anode holder cartridges.

A 3 ábra a jelleggörbe és a patronhelyzet összefüggését szemlélteti arra az esetben, amikor az indukció 0,05 - 0,08 T (T = tesla) között van. Az abszcissza a valódi nyomást, az ordináta a méröcsó által mutatott nyomásértéket mutatja. A d vonal szemlélteti az ideális jelleggörbét, .a' görbe azt az esetet mutatja, amikor t = 0, b görbe azt az esetet, amikor t értékét a 0 < t< a(0,5 + 0,03 b) egyenlőtlenség határozza meg, végül c görbe azt az esetet mutatja, amikor t értéke megfelel az igénypontban meghatározott mennyiségnek, azaz t Z a(0,5 + 0,03 b)-nek.Figure 3 illustrates the relationship between the characteristic curve and the cartridge position when the induction is between 0.05 and 0.08 T (T = tesla). The abscissa shows the real pressure, the ordinate shows the pressure indicated by the dipstick. The line d represents the ideal curve, the curve a shows the case where t = 0, the curve b the case where the value of t is determined by the inequality 0 <t <a (0.5 + 0.03 b). , finally, curve c shows the case when t is equal to the amount defined in the claim, i.e. t Z a (0.5 + 0.03 b).

A 4 ábra a jelleggörbe és a mágneses indukció összefüggését szemlélteti arra az esetre vonatkozóan, amikor t értéke megfelel az igénypontnak. A koordináták ugyanazok, mint a 3 ábránál. A d egyenes a 3 ábrához hasonlóan az ideális jelleggörbét mutatja. Az .a görbe a 0,05 T-nél kisebb indukció, b görbe a 0,08-nál nagyobb indukció, a c görbe pedig a találmány szerinti indukció esetét szemlélteti.Figure 4 illustrates the relationship between the characteristic curve and the magnetic induction in the case where t is in accordance with the claim. The coordinates are the same as in Figure 3. Line d, as in Fig. 3, represents the ideal curve. Curve .a represents the induction less than 0.05 T, curve b the induction greater than 0.08, and curve c illustrates the induction of the present invention.

Mint 3 és 4 ábrákból is megállapítható, a találmány szerinti vákuumméröcső kijelzése egyértelmű, nyomás-áram jelleggörbéje monoton, . ugrások-hiszterézisek nincsenek, érzékenysége jó, mindezek eredményeként automatikus vezérlésekben is megbízhatóan alkal15 mázható.As can be seen from Figures 3 and 4, the vacuum gauge of the present invention is unambiguous and has a monotonic pressure-flow characteristic. there are no jump hysteresis, its sensitivity is good, as a result it can be reliably applied in automatic controls.

Claims

Patent Claim Point

Vacuum gauge with a 20-cathode magnetic field (Penning vacuum gauge) consisting of a steel cylindrical cathode body (1), a welded bore (11), a soft disk (2), a glass bead (3), a soldered anode holder (4), a cartridge (5) consisting of a soft plug (6) with gas inlet holes (14), a lower and upper soft holding ring (7, 8) and a permanent magnet (9) cylindrical which encircle the discharge chamber (10), characterized in that the discharge chamber (10) ) the magnetic induction value between 0.05 and 0.08 Τ (T = tesla) and the discharge end face (12) of the soft anode support cartridge (4) in the bore (11) of the soft disc (2) and the discharge edge (13) The distance t is defined by the following formula: t> a (0.5 + 0.03 b), where, a = diameter of the bore (11), b = diameter of the soft anode holder cartridge (4).