Aus dem Labor: Obere MeObereichsgrenze von

Gluhkathoden-lonisations- Va kuummetern

W. Jitschin

Gluh katoden-lonisations-Vakuurnrneter zeichnen sich dadurch aus, daO sie einen weiten MeBbereich von vielen Zehner- potenzen besitzen und da8 ihr Aus- gangssignal (d. h. der lonenstrorn) in diesern Bereich nahezu proportional zurn Druck ist [l]. Mit steigendern Druck kornrnt jedoch die freie Weglange von Elektronen und lonen in die geornetri- sche GroOe der MeOrohre, so daR StoBe dieser Teilchen untereinander auftreten. Ein bei einern IonisationsprozeO freige- setztes Elektron kann ein weiteres Gas- teilchen ionisieren, wodurch die Ernp- findlichkeit der MeOrohre erhoht wird. Mit weiter steigendern Druck schlieOlich erreichen die Elektronen infolge der hau- figen StoOe rnit den Gasteilchen nicht rnehr genugend Energie fur einen lonisa- tionsprozen, so daO die Ernpfindlichkeit bis auf Null sinkt. Die obere MeObe- reichsgrenze ist erreicht, wenn ein deut- licher Abfall der Ernpfindlichkeit auftritt.

Zuverlassige quantitative Angaben uber das MeOverhalten von Gluhkatho- den-MeOrohren an der oberen MeObe- reichsgrenze finden sich leider kaurn in der Literatur oder in Datenblattern. Irn Labor fur Vakuurntechnik der Fachhoch- schule in GieBen wurden daher exern- plarisch einige kornmerziell erhaltliche MeOrohren unterschiedlichen Typs ge- gen ein Gasreibungsvakuurnrneter bzw. ein kapazitives Mernbranrnanorneter ka- libriert, als Testgas wurde Stickstoff ver- wendet. Die MeOrohren wurden rnit ubli- chen Betriebsgeraten betrieben, jedoch wurde zur genauen Messung des lonen- strorns ein separates Digita-Picoarnpe-' rerneter verwendet.

Tabelle 1: Vewendete MeOrohren und experirnentelle Bedingungen.

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anliegender Drusk Irnbar)

Abb. 1: Gernessene norrnierte Vakuurn- rneterkonstante gegen anliegenden Druck.

Die vermessenen MeOrohren und die experirnentellen Bedingungen sind in

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Trioden-MeRrohre Herstellerangaben:

Leybold, Typ E l 0 obere MeOgrenze: 1 mbar Emissionsstrom: 0,016 mA

Experimentelle Bedingungen: Einbau in Rohr NW32 Kathodenspannung: +8 V Anodenspannung: +47 V Ernissionsstrom: 0,016 mA

0.40 mbar' gemessene Vakuummeterkonstante CO:

Bayard-Alpert-MeRrohre 1 Herstellerangaben:

Leybold, Typ E21 1 obere MeOgrenze: 10-2 mbar Emissionsstrom: 0,l-2 mA

Experimentelle Bedingungen: Einbau in Rohr NW35 Kathodenspannung: +32 V Anodenspannung: +ZOO V Emissionsstrom: 0,15 mA oder 1,5 mA

3.6 mbar' gemessene Vakuummeterkonstante CO:

Bayard-Alpert-MeRrohre 2 Herstellerangaben:

Bakers, Typ IMR125 obere MeOgrenze: 10-2 mbar Np-aquivalent Emissionsstrom: 0,2-2 mA

Experimentelle Bedingungen: Einbau in Rohr NW35 Kathodenspannung: +32 V Anodenspannung: +ZOO V Emissionsstrom: 0.15 mA oder 1,5 mA

3,7 mbar' gemessene Vakuummeterkonstante CO:

Extraktor-MeErohre Herstellerangaben:

Leybold, Typ IE511 obere MeOgrenze: 5. 104 mbar Emissionsstrom: 0,5-2 mA

Experimentelle Bedingungen: Emissionsstrom: 1.42 mA

gemessene Vakuummeterkonstante CO: 6,l mbar'

Vakuum in Forschung und Praxis (1995) Nr. 1 S. 47-48 0 VCH Verlagsgesellschaft mbH, 13-69451 Weinheim. 1995 0947-076)(/95/0102-0047/$5.00 + .25/0 47

Tabelle 1 kurz beschrieben. Der Voll- standigkeit halber wurde auch die Extraktorrohre aufgefuhrt, an der keine eigenen Messungen durchgefuhrt wur- den, fur die aber Daten in der Literatur zu finden sind [2].

Zur Darstellung der Ergebnisse ist es gunstig, das Meherhaken einer Gluhka- thoden-MeOrohre rnit Hilfe der Vakuurn- rneterkonstanten C (auch Ernpfindlich- keit genannt) zu beschreiben, die ubli- cherweise durch folgende Beziehung definiert wird [3]:

I, = c . p . I-

rnit den GroOen

I,: lonenstrorn p: anliegender Druck I-: Ernissionsstrorn

Irn Experiment wurde die Vakuurnrne- terkonstante als Funktion des anliegen- den Drucks bestirnrnt. Ihr Wert irn linea- ren Bereich ist druckunabhangig und wurde rnit CO bezeichnet. Zur besseren Darstellung der MeOergebnisse wurde die norrnierte Vakuurnrneterkonstante, d.h. das Verhaltnis C/Co gegen den anliegenden Druck aufgetragen (Abb. 1).

Wie erwartet, unterscheiden sich die verschiedenen Typen von MeOrohren stark an ihrer oberen MeOgrenze. Uber- raschend ist die beobachtete starke

Abhangigkeit der Vakuurnmeterkon- stante vom Emissionsstrorn, die verrnut- lich auf Raurnladungseffekte zuruckzu- fuhren ist. Diese Abhangigkeit ist bei zuverlassigen Messungen in Nahe der oberen MeOgrenze unbedingt zu be- rucksichtigen.

[l] A. R. Filippelli, S. Dittmann, J. Vac. Sci.

[2] R. N. Peacock, N. T. Peacock, Vacuum

[3] Chr. Edelmann, Vakuurn in der Praxis 3,

Technol. A 9,2757 (1 991)

45,1055 (I 994)

290 (1991) mP

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