189555. lajstromszámú szabadalom • Vákuumkamrás megszakító vákuumjelzővel
1 189 555 2 A találmány tárgya vákuum-kamrás megszakító vákuumjelzővel, amely vákuulfi-kamrát, a vákuum-kamrában elhelyezett álló és mozgatható megszakító érintkezőket, továbbá szintén a vákuumkamrában elhelyezett, a kamra falának védelmére kiképezett, villamosán vezető árnyékoló elemeket és a vákuüm-kamra két végén elhelyezett zárólapokat tartalmaz és az egyik megszakító érintkező egy külső feszültségforrással, a másik megszakító érintkező a terheléssel van összekapcsolva és a vákuumjelzésre kiképezett árammérővel van ellátva. A belső árnyékoló elem adott esetben a hidegkatódos magnetron ionizátor egy részét képezi. Vákuum-kamrás megszakítóknak többféle változata ismeretes. Általában azonban úgy vannak kialakítva, hogy két egymástól független megszakító érintkezőpár van egy üreges, szigetelő kamraként kiképezett villamosán vezető zárólapon rögzítetten elhelyezve. A másik megszakító érintkező a kamra másik végében elhelyezett zárólapon van mozgathatóan elhelyezve. Vákuum-kamrás megszakítóknál alapvető követelmény, hogy a két megszakító érintkező közötti teret vákuum képezze, valamint az, hogy a mozgatható megszakító érintkező a kamra végében lévő zárólaphoz megfelelően rugózóan legyen elhelyezve. Általánosságban azt lehet mondani, hogy kielégítő működéshez a kamra belsejében a nyomás 1,3 • 10-2 Pa (10 4 Torr) vagy annál kisebb értéken van tartva. így azután a megszakításkor keletkező ív a vákuum hatására szét akar szóródni, vagyis az egységnyi távolságra jutó átütési szilárdság ezen berendezéseknél az egyéb ismert berendezésekhez képest lényegesen nagyobb lesz. Ezek a vákuum-kamrás megszakítók egy sor előnyös tulajdonsággal rendelkeznek. Ezek közül elsőként a gyors árammegszakítási képességet kell kiemelnünk. További előny, hogy mivel az átütési szilárdság nagy, az érintkezők egymáshoz viszonylag közel helyezhetők el. Mivel a megszakításkor gyakran képződik fémgőz, az esetek zömében fémgőzárnyékoló elemek is el vannak helyezve a szigetelő kamrában általában koaxiálisán, hogy ezeknek a segítségével megakadályozzák azt, hogy a fémgőz a kamra falára rakódjon és ott esetleg egy összefüggő réteget képezve a kamrát vezetővé tegye. Ezek a fémgőzök ezen túlmenően megtámadhatják a villamosán vezető zárólapok és a hengeres szigetelő kamra közötti vákuumtömitést is. Az US 2 892 921 számú, a 3 163 734 számú, a 4 224 550 számú valamint a 4 002 867 számú szabadalmi leírásokban a fentiekhez hasonló megszakítók vannak ismertetve. A vákuum-kamrás megszakítók megfelelő működésének előfeltétele, hogy a megszakító érintkezők között abban a tartományban, ahol a megszakítás történik, megfelelő vákuum legyen. Abban az esetben azonbán, ha a vákuum-kamrás megszakítóban valamilyen ok következtében szivárgás jön létre és a gáz nyomása a megszakítók között aktív térben megnő, például 1,3 - 10“1 Pa (10 3 Torr) értékűre, a megszakító működése komolyan veszélyeztetve van, sőt esetenként már nem is működik. Ez azt jelenti, hogy gyakorlatilag mindig szükség lenne arra, hogy a megszakító érintkezők közötti vákuumot folyamatosan lehessen mérni. Ennek egyik ismert módja, amelyet az US 3 983 345 számú szabadalmi leírás is ismertet, az átütési feszültség mérése. Egy másik ismert megoldás az olajszintmérés segítségével méri a vákuumot. Ilyet ismertet az US 3 626 125 számú szabadalmi leírás. A két fenti módszert alkalmazó megszakítók azonban rendkívül drágák, nagy a helyfoglalásuk, bonyolult a működésűk. Szintén ismert mérési elv a vákuum kimutatására a hidegkatódos mérési eljárás, amely ráadásul viszonylag egyszerűen megvalósítható és alkalmazható vákuum kimutatására. Ezen mérési elvet alkalmazó szabadalmi leírások például az US 4 000 457 számú, a 3 582 710 számú, valamint a 3 581 195 számú leírások. Az egyenáramú hidegkatódos mérési elv viszonylag széles körben ismert. Ez az elv az elektronoknak a hideg katódból történő spontán kiszakadásán és ezeknek az elektronoknak a mágneses és villamos tér hatására végbemenő mozgásának mérésén alapul. A mágneses tér hatása abban nyilvánul meg, hogy az elektronokat viszonylag hosszú ideig tartja az elektródák közötti térben. Tapasztalatok szerint 10+10 elektron/cm3 ± 1 nagyságrend azoknak az elektronoknak a száma, amely ionos mérésnél az így létrejött elektronfelhőben jelen van. Ha azonban ebben a tartományban gáz is jelen van, az elektronok egy-egy gázmolekulával összeütköznek, ennek hatására a gázmolekula elektront ad le és ily módon fenntartja az elektronfelhőt. A gázmolekulák pedig az elektronokkal való ütközés során töltésre tesznek szert. A töltéssel rendelkező gázmolekulák az elektrosztatikus tér polaritásának megfelelően valamelyik elektróda irányába fognak vándorolni és az elektródából elektront vesznek fel. Az elektróda felületén megjelenő gázion az elektródából felvett elektron hatására semleges lesz. így tulajdonképpen létrejön egy áram is, hiszen az elektronok mozgása a villamos áram. Ha most ebbe az áramkörbe sorosan egy megfelelően skálázott ampermérőt iktatunk, ki tudjuk mutatni az elektródák közötti térben a gáz sűrűségét. Ezt az elvet szokás alkalmazni egyenáramú megszakítóknál. Ilyen eljárást ismertetnek az US 3 263 162 és a 3 403 297 számú szabadalmi leírások. Ebben az esetben a vákuum-kamrás megszakítón egy árnyékoló elem van elhelyezve és ez van az egyik fő érintkezővel összekapcsolva, ezáltal valósítva meg a hidegkatódos magnetront. Ezen megoldás azáltal valósítható meg, hogy a legtöbb árnyékoló elem tartalmaz egy középső gyűrű álakú részt is, amely a szigetelő ház tengelye mentén abból kiemelkedik. Ennek a megoldásnak az a hátránya, hogy az elektronfelhő az egyik fő megszakító érintkező közelében alakul ki és így az elektródák között, illetőleg az elektróda és az árnyékolás között az átütés veszélye megnő. További hátránya a fenti megoldásnak, hogy mivel a mágnes a szigetelő kamra körül van elhelyezve, a létrejövő mágneses térerő sűrűsége nem kielégítő nagyságú. A fő érintkező közelé5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
