Inverses Doppel-Magnetronmanometer für längeren Betrieb

Totaldruckmessgerät mit zwei Kathoden

Kaltkathoden-Ionisationsmanometer sind als Totaldruckmessgeräte zur Druckmessung im Vakuumbereich schon lange bekannt und werden heute bei Industrieanlagen und bei bestimmten Anlagen des wissenschaftlichen Gerätebaus benutzt. Ein großer Nachteil der sonst scheinbar unzerstörbaren Geräte ist jedoch, dass durch den Betrieb in stark kohlenwasserstoffhaltiger Atmosphäre die Druckanzeige gefälscht und das Messgerät schließlich unbrauchbar wird. Deswegen entwickelten die Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und das Steinbeis-Transferzentrum Vakuumphysik und –technik im Rahmen einer Dissertation ein Kaltkathoden-Ionisationsmanometer, das eine deutlich verlängerte Lebensdauer hat.

Inverses Doppel-Manometer vom inversen Magnetrontyp

Als Lebensdauer eines Messgerätes bezeichnet man die Betriebszeit, während der durch Elektrodenverschmutzung unvermeidlich auftretende Messfehler einen bestimmten Maximalwert nicht überschreiten. Experimentellen Untersuchungen zufolge kann eine Vielzahl kommerziell erhältlicher Kaltkathoden- Messgeräte im Dauerbetrieb maximal 1000 Stunden bei hohen Drücken betrieben werden, danach sind die Messköpfe derart kontaminiert, dass keine verlässliche Druckanzeige mehr möglich ist.

Die Messzelle der üblichen Kaltkathoden-Ionisationsmanometer enthält zwei Elektroden, Kathode und Anode, zwischen denen eine hohe Gleichspannung liegt. Unter dem Einfluss dieser Gleichspannung und einem von einem Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feld bildet sich zwischen den Elektroden eine Gasentladung aus, deren Stromstärke dem Druck annähernd proportional ist und zur Druckanzeige dient. Das offene Ende der Messzelle wird mit der Vakuumkammer, in der man den Druck messen will, verbunden.

Im Rahmen einer an der Otto-von-Guericke- Universität Magdeburg durchgeführten und vom Steinbeis-Transferzentrum fachlich betreuten Dissertation wurde ein inverses Doppel- Magnetronmanometer entwickelt, bei dem in einem einseitig geschlossenen, zylindrischen Gehäuse zwei trommelähnliche Kathoden (K1, K2) hintereinander angeordnet wurden. Durch beide Kathoden verläuft eine konzentrisch angeordnete, stabförmige Anode (A). Beide Entladungszellen werden von einem Magnetfeld durchsetzt, welches durch einen auf dem Gehäuse (G) sitzenden Ringmagneten (M) erzeugt wird. Zwischen beiden Kathoden und der gemeinsamen Anode brennen Gasentladungen. Der Vorteil der Messröhre mit zwei getrennten Entladungsstrecken ist, dass nur die Gasentladung zwischen Kathode K1 und Anode zur Druckmessung dient, während die Gasentladung zwischen der Anode und der Kathode K2, die dem Vakuumraum am nächsten liegt und durch die das Gas vom Vakuumraum zur Kathode K1 strömen muss, nur die in die Messröhre eintretende Kohlenwasserstoffe entweder krackt oder polymerisiert. Dadurch wird erreicht, dass in die zu Messzwecken benutzte Entladungsstrecke nur noch ein geringer Teil der Kohlenwasserstoffdämpfe gelangt. Infolgedessen wird die Lebensdauer der Messröhre gegenüber denjenigen herkömmlicher Messröhren ungefähr um den Faktor 3-4 verlängert.

Die elektrische Schaltung zur Hochspannungserzeugung und Entladungsstrommessung (als Druckanzeige) entspricht völlig der eines normalen Kaltkathoden-Ionisationsmanometers. Der mechanische Aufbau der Messröhre ist unwesentlich aufwendiger als der eines normalen Kaltkathoden-Ionisationsmanometers. Die nicht zu Messzwecken benutzte Kathode kann leicht demontiert, gereinigt und wieder eingebaut werden, sodass die Messröhre vom Benutzer mehrfach regeneriert werden kann. Das weltweit patentrechtlich geschützte Messgerät hat einen Messbereich von ~ 10-10 mbar bis zu ca. 10-3 mbar und ist insbesondere für den Industrieeinsatz geeignet.

Zuletzt geändert am 18. Juni, 2009 von ajr(admin)