196530. lajstromszámú szabadalom • Hidegkatódos mágneses terű vákuummérőcső Penning vákuummérőcső
3 196530 4 A találmány tárgya hidegkatódos mágneses terű vákuummérócsö (Penning vákummérócső), mely hengeres katódtestból, hozzáhegesztett furatos lágyvas tárcsából, üveggyöngybe forrasztott lágyvas anódtartó patronból, az anódtartó patronba befogott volfrám anódbotból, gázbeeresztő furatokkal ellátott lágyvas dugóból, alsó ill. felső lágyvas tartógyűrűböl, valamint hengeres permanens mágnesből áll, mely elemek kisülőteret fognak közre. •A nagyvákuum értéktartományban, 1 Pa - 10"5 Pa nyomáshatárok között, nyomásmérésre kiválóan alkalmas a hidegkatódos, mágnesterű ionizációs vákuummérőcső, a Penning vákuummérócsö. Ennek a csőtípusnak az ismertetése megtalálható J. H. Leck: Pressure Measurement in Vacuum Systems cimű könyvében a 113. oldalon. 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 mező hatására a gázkisülésben az elektronok a katódból az anód felé haladva spirál (ciklois) pályára kényszerülnek. Ennek következtében nagyon kis gázsűrűség (nagy vákuum) mellett is elég nagyszámú ionizáló ütközés jön létre. Lényegében ezt az effektust hasznosítja a találmány tárgyát képező ún. Penning féle vákuummérócsö. 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-méröre vezetve, megfelelő hitelesítés után az ampermérőn közvetlenül a nyomás (vákuum) értéket olvashatjuk le. Az eredetileg mágnespofák közé helyezett üveg vákuumméröcsövet időközben továbbfejlesztették, és a korszerű Penning vákuumraéröcsö gyakorlatilag kizárólag fém elemekből áll. Ilyen mérőcsövek ismertetése megtalálható például a Balzers AG. Liechtenstein, cég katalógusában. Ezek a robusztus és üzembiztos mérócsövek túlnyomó részben fémből készülnek, a mérőkamra és a csatlakozóperem rozsdamentes acélból. A mérökamrát körülvevő permanens mágnes állítja elő a mágnesmezőt. A mérőcsó táplálása néhány kV egyenfeszültséggel történik. 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. 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 felhasználásét az automatikus vezérlésben. 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 megszüntethetek, 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 kisülótérben fennálló mágneses indukció értékének. Találmányunk lényege az a meglepő felismerés, hogy döntő szerepe van annak, hogy a lágyv'as anódtartó patron vége és a kisülőtér széle között mekkora a távolság. Ha a patron vége beleér a kisülötérbe, akkor a jelleggörbében ugrás és hisiterézis van, a mérőcsó érzékenysége kisebb a megfelelőnél. Lényegében ugyanez a helyzet áll 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. Azt is felismertük, hogy a mágneses indukciónak is van egy olyan optimális értéktartománya, mely alatt a mérőcsó érzékenysége kisebb a szükségesnél, felette az érzékenység jó, de ugrás és hiszterézis lép fel a jelleggörbében. Összefoglalva, találmányunk tárgya hidegkatódos mágneses terű vákuummérócsö (Penning vákuummérócsö), mely acél hengeres katódtestból, hozzá hegesztett furatos lágyvas tárcsából, üveggyöngybe forrasztott lagyvas anódtartó patronból, a patronba befogott volfrám anódbotból, gázbeeresztő furatokkal ellátott lágyvas dugóból, alsó ill. felső lágyvas tartógyűrűkből és hengeres permanens mágnesből áll, melyek közrefogják a kisülóteret. A találmány szerinti vákuumméröcsövet az jellemzi, hogy a kisülőtérben a mágneses indukció értéke 0,05 - 0,08 T (T = tesla) és a lágyvas tárcsa furatában levő lágyvas anódtartó patron kisülötér felőli vége és a kisülótér 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. A találmányi felismerés és megoldás jobb megértésének elősegítésére, leírásunkhoz rajzmellékletet csatolunk, melyhez kapcsolódva a megoldást az alábbiakban részletesen ismertetjük. A rajzmelléklet az alábbi ábrákat tartalmazza: 1 ábra: a vákuummérócsö hosszmetszeti vázlata, 2. ábra: a mérőcsó kitört része, 3. ábra: a jelleggörbe és a patronhelyzet összefüggésének bemutatása, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
