ВАКУУМНАЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ТРУБКА Российский патент 2015 года по МПК H01H33/66 

2

Изобретение касается вакуумной электронно-лучевой трубки, у которой имеется корпус, который включает в себя две расположенные и выполненные симметрично относительно некоторой средней плоскости области корпуса из изолирующего материала, причем каждая из двух этих областей корпуса из изолирующего материала включает в себя несколько частей корпуса из изолирующего материала, и при этом между каждыми соседними частями корпуса из изолирующего материала, а также между частями корпуса из изолирующего материала и каждыми соседними другими частями корпуса расположены распространяющиеся внутрь вакуумной электронно-лучевой трубки экранирующие элементы.

Такого рода вакуумная электронно-лучевая трубка известна, например, из DE 29 763 B4. У описанной там вакуумной электронно-лучевой трубки имеется корпус, который включает в себя две области корпуса из изолирующего материала, расположенные и выполненные по существу симметрично относительно некоторой средней плоскости. Каждая из двух этих областей корпуса из изолирующего материала включает в себя несколько частей корпуса из изолирующего материала в виде двух керамических цилиндров каждая, причем между соседними частями корпуса из изолирующего материала и между частями корпуса из изолирующего материала и другими частями корпуса вакуумной электронно-лучевой трубки расположены распространяющиеся внутрь вакуумной электронно-лучевой трубки экранирующие элементы в виде крышечных частей. При этом экранирующие элементы предусмотрены по существу для того, чтобы экранировать части корпуса из изолирующего материала в виде керамических цилиндров от металлических паров, возникающих при процессе переключения контактной системы вакуумной электронно-лучевой трубки, чтобы поддерживать изолирующие свойства частей корпуса из изолирующего материала.

Задачей настоящего изобретения является выполнить вакуумную электронно-лучевую трубку вышеназванного рода с улучшенными диэлектрическими свойствами при одновременно материалосберегающей конструкции.

В соответствии с изобретением у вакуумной электронно-лучевой трубки вышеназванного рода это решается за счет того, что геометрические размеры экранирующих элементов определяются в зависимости от прикладываемого напряжения и возможной критической силы поля между соседними экранами.

Благодаря определению геометрических размеров в зависимости от прикладываемого напряжения и возможной критической силы поля между соседними экранами при минимальном необходимом расходе материала достигаются необходимые диэлектрические свойства, без выбора слишком больших размеров экранирующих элементов, с одной стороны. С другой стороны, одновременно обеспечивается, что диэлектрические свойства удовлетворяют требованиям прикладываемого к вакуумной электронно-лучевой трубке напряжения, без возникновения перекрытия или тому подобного между отдельными экранирующими элементами вакуумной электронно-лучевой трубки. Геометрические размеры в смысле настоящего изобретения представляют собой, например, расстояние между соседними экранирующими элементами, расстояние от экранирующего элемента в его осевой протяженности до части корпуса из изолирующего материала или радиус кривизны изогнуто выполненного на конце экранирующего элемента.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения экранирующие элементы, расположенные на наиболее удаленных от контактной системы вакуумной электронно-лучевой трубки частях корпуса из изолирующего материала, находятся на расстоянии s от части корпуса из изолирующего материала и на расстоянии d_s друг от друга на своих концах, имеющих радиус R кривизны, при этом s, d_s и R в соответствии с

относятся к максимальной разности напряжений ΔU_max на наиболее удаленно расположенной части корпуса из изолирующего материала и критической силе поля, при этом критическая сила поля получается из расчетов поля вакуумной электронно-лучевой трубки, а максимальная разность ΔU_max напряжений получается из

где α - коэффициент связи из расчетов поля,

а ε_r - диэлектрическая постоянная части корпуса из изолирующего материала,

в зависимости от количества частей корпуса из изолирующего материала.

Такого рода исполнение экранирующих элементов, наиболее удаленно расположенных от контактной системы вакуумной электронно-лучевой трубки, получилось в ряде экспериментов и расчетов как оптимальная геометрическая конфигурация расстояний между экранирующими элементами и от экранирующих элементов до керамики, а также исполнения радиусов кривизны, потому что устанавливающееся в осевом направлении вдоль вакуумной электронно-лучевой трубки электрическое распределение потенциала и вместе с тем диэлектрическая прочность, которая зависит как от геометрии трубки, так и от емкостных связей с внешними условиями, такими как, например, потенциал земли или заземленный корпус распределительного устройства, в котором расположена вакуумная электронно-лучевая трубка, при этом расположенные на одном конце вакуумной электронно-лучевой трубки части корпуса из изолирующего материала и установленные на них экранирующие элементы обладают наибольшей разностью потенциала. Причем коэффициент связи α указывает, как устанавливается напряжение по вакуумной электронно-лучевой трубке или, соответственно, в частности, какая доля выпадает на находящиеся наиболее близко к контактной системе части корпуса из изолирующего материала.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения для экранирования точки тройного соединения каждый экранирующий элемент в области места своего соединения с частью корпуса из изолирующего материала распространяется на расстоянии δ от этой части корпуса из изолирующего материала радиально внутрь вакуумной электронно-лучевой трубки, при этом δ получается в соответствии с отношениями

и

где ε_r - диэлектрическая постоянная части корпуса из изолирующего материала,

L_S - долевая длина экрана,

L_K - длина части корпуса из изолирующего материала.

При таком исполнении в области места соединения экранирующего элемента с частью корпуса из изолирующего материала получается оптимальная настройка электрического поля в точке тройного соединения. Тройное соединение в смысле настоящего изобретения представляет собой при этом каждую область соединения вакуумной электронно-лучевой трубки, в которой части корпуса из изолирующего материала, экранирующие элементы и вакуум граничат друг с другом.

Изобретение поясняется подробнее на одном из примеров осуществления со ссылкой на прилагаемый чертеж, на единственной фигуре которого показан один из примеров осуществления предлагаемой изобретением вакуумной электронно-лучевой трубки.

На фигуре показана вакуумная электронно-лучевая трубка 1, включающая в себя контактную систему из неподвижного контакта 2, снабженного контактным болтом 3 неподвижного контакта, и подвижного контакта 4 и контактного болта 5 подвижного контакта. Контактный болт 3 неподвижного контакта вакуумоплотно выведен из вакуумной электронно-лучевой трубки через металлическую часть корпуса, имеющую форму крышечной части 6, для подсоединения к токоведущим частям не изображенного на фигуре распределительного устройства, так же как и контактный болт 5 подвижного контакта посредством сильфона 7 вакуумоплотно и подвижно выведен из вакуумной электронно-лучевой трубки 1 через другую металлическую часть 8 корпуса, имеющую форму второй крышечной части. Контактная система, снабженная подвижным контактом 4 и неподвижным контактом 2, предусмотрена для включения или, соответственно, прерывания тока, направляемого через вакуумную электронно-лучевую трубку, при этом через контактный болт 5 подвижного контакта может передаваться приводное движение не изображенного на фигуре привода для включения или, соответственно, размыкания контактной системы. Вакуумная электронно-лучевая трубка включает в себя первую область 9 корпуса из изолирующего материала и вторую область 10 корпуса из изолирующего материала, при этом первая область 9 корпуса из изолирующего материала состоит из частей 11, 12 и 13 корпуса из изолирующего материала в виде керамических цилиндров, а вторая область 10 корпуса из изолирующего материала из частей 14, 15 и 16 корпуса из изолирующего материала также в виде керамических цилиндров, и между первой областью 9 корпуса из изолирующего материала и второй областью 10 корпуса из изолирующего материала расположена другая металлическая часть корпуса в виде металлической камеры 17. Относительно средней плоскости S вакуумная электронно-лучевая трубка 1 выполнена по существу симметрично в отношении своего корпуса. Между каждыми двумя соседними частями корпуса из изолирующего материала, а также между металлическими частями 6 и 8 корпуса и соседними с каждой из них частями корпуса из изолирующего материала расположены экранирующие элементы 18-25, которые распространяются внутрь вакуумной электронно-лучевой трубки. Экранирующие элементы 18-25 выполнены таким образом, что их геометрические размеры определяются в зависимости от прикладываемого напряжения и возможной критической силы поля между соседними экранами, как поясняется подробнее ниже.

У разомкнутой контактной системы, как изображено на фигуре, с удаленными друг от друга неподвижным и подвижным контактами по вакуумной электронно-лучевой трубке устанавливается распределение потенциала, которое зависит как от геометрии вакуумной электронно-лучевой трубки, так и от емкостных связей с внешними условиями, такими как, например, потенциал земли или заземленный корпус не изображенного на фигуре распределительного устройства. Это распределение потенциала является определяющим для диэлектрической прочности вакуумной электронно-лучевой трубки. Это распределение потенциала дает, таким образом, также различные разности потенциалов между соседними экранирующими элементами, при этом наибольшей разностью потенциала обладают экранирующие элементы на соответственно наиболее удаленно расположенной части корпуса из изолирующего материала.

Из имитационного моделирования и расчетов поля для экранирующих элементов, расположенных наиболее близко к контактной системе, взаимосвязь с прикладываемым в совокупности напряжением получается следующая:

U_S=α·U,

где α является коэффициентом связи, который получается из расчетов поля, который, например, для вакуумной электронно-лучевой трубки, включающей в себя четыре части корпуса из изолирующего материала, в зависимости от внешних условий может принимать значение, равное 0,3.

Для разности потенциалов между n-м и (n-1)-м экранирующим элементом (n=2,3,…N) эмпирически получается приблизительно следующее отношение:

так что максимальное напряжение на экранирующем элементе (n=N), расположенном наиболее удаленно от контактной системы, равно:

Например, у вакуумной электронно-лучевой трубки, включающей в себя четыре части корпуса из изолирующего материала, с коэффициентом связи α=0,3, получается максимальная разность напряжений ΔU_max=0,4·U.

Другими словами, максимальная разность напряжений, которая получается на части корпуса из изолирующего материала, расположенной наиболее удаленно от контактной системы, и вместе с тем между расположенными на ней экранирующими элементами, составляет примерно 40% от в совокупности прилагаемого к вакуумной электронно-лучевой трубке напряжения при разомкнутой контактной системе, у вакуумной электронно-лучевой трубки, включающей в себя четыре части корпуса из изолирующего материала и имеющей коэффициент связи α=0,3, полученный из внешних условий.

Эта максимальная разность напряжений, а также полученная из расчетов поля критическая сила поля, которая зависит от материала и поверхности и принимает характерные значения от 20 кВ до 50 кВ на мм, при определении геометрических размеров экранирующих элементов на наиболее удаленно расположенной части корпуса из изолирующего материала должна учитываться таким образом, чтобы между радиусом R кривизны закругленных концов экранирующих элементов, расстоянием s от экранирующего элемента до части корпуса из изолирующего материала, а также расстоянием d_s между концами соседних экранирующих элементов выполнялось следующее отношение:

Причем ε_r представляет собой диэлектрическую постоянную части корпуса из изолирующего материала.

Кроме того, в области так называемой точки тройного соединения, т.е. места соединения, в котором часть корпуса из изолирующего материала, металлическая часть корпуса или, соответственно, экранирующий элемент и вакуум граничат друг с другом, должно соблюдаться минимальное расстояние δ, на котором экранирующий элемент распространяется радиально от части корпуса из изолирующего материала, причем для расстояния δ должны выполняться следующие отношения:

и

Здесь L_S представляет собой длину экрана, с которой экранирующий элемент распространяется в осевом направлении вакуумной электронно-лучевой трубки, а L_K длину части корпуса из изолирующего материала, как показано на чертеже в примере осуществления фиг. 1 с помощью экранирующего элемента 19 и керамики 11. В области экранирующих элементов, наиболее близко расположенных к контактной системе из неподвижного контакта 2 и подвижного контакта 4, в примере осуществления фиг. 1 экранирующих элементов 20 и 21, в соответствии с приведенным выше отношением устанавливающиеся разности потенциала значительно ниже, так что требования к расстояниям между экранирующими элементами 20 и 21 ниже, и обеспечивается возможность перекрытия в осевом направлении между этими экранирующими элементами 20 и 21, чтобы как можно более эффективно экранировать геометрическое затенение части 13 корпуса из изолирующего материала от запыления металлическим паром, возникающим в процессе переключения при размыкании контактной системы из неподвижного контакта 2 и подвижного контакта 4, чтобы поддерживать изолирующее свойство части 13 корпуса из изолирующего материала.

СПЕЦИФИКАЦИЯ ПОЗИЦИЙ

1 Вакуумная электронно-лучевая трубка

2 Неподвижный контакт

3 Контактный болт неподвижного контакта

4 Подвижный контакт

5 Контактный болт подвижного контакта

6 Металлическая крышечная часть

7 Сильфон

8 Металлическая крышечная часть

9 Первая область корпуса из изолирующего материала

10 Вторая область корпуса из изолирующего материала

11-16 Части корпуса из изолирующего материала

17 Металлическая часть корпуса

18-25 Экранирующие элементы

S Средняя плоскость

Вакуумная электронно-лучевая трубка (1) имеет корпус с двумя расположенными и выполненными симметрично относительно средней плоскости (S) областями (9, 10) корпуса из изолирующего материала. Каждая из этих областей (9, 10) включает части (11-16) корпуса из изолирующего материала. Между каждыми соседними частями корпуса, а также между частями корпуса и каждыми соседними другими частями (6, 8, 17) корпуса расположены распространяющиеся внутрь трубки экранирующие элементы (18-25), геометрические размеры которых определяются в зависимости от прикладываемого напряжения и возможной критической силы поля между соседними экранами в соответствии с приведенными соотношениями. Технический результат - повышение диэлектрических свойств при одновременно материалосберегающей конструкции трубки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Вакуумная электронно-лучевая трубка (1), у которой имеется корпус, который включает в себя две расположенные и выполненные симметрично относительно средней плоскости (S) области (9, 10) корпуса из изолирующего материала, причем каждая из двух этих областей (9, 10) корпуса из изолирующего материала включает в себя несколько частей (11, 12, 13, 14, 15, 16) корпуса из изолирующего материала, и причем между каждыми соседними частями корпуса из изолирующего материала, а также между частями корпуса из изолирующего материала и каждыми соседними другими частями (б, 8, 17) корпуса расположены распространяющиеся внутрь вакуумной электронно-лучевой трубки экранирующие элементы (18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25), геометрические размеры экранирующих элементов (18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25) определяются в зависимости от прикладываемого напряжения и возможной критической силы поля между соседними экранами,
отличающаяся тем, что экранирующие элементы (18, 19, 24, 25), расположенные на наиболее удаленных от контактной системы (2, 4) вакуумной электронно-лучевой трубки (1) частях (11, 12, 13, 14, 15, 16) корпуса из изолирующего материала, находятся на расстоянии s от части (11, 12, 13, 14, 15, 16) корпуса из изолирующего материала и на расстоянии d_s друг от друга на своих концах, имеющих радиус R кривизны, при этом s, d_s и R в соответствии с

относятся к максимальной разности напряжений ΔU_max на наиболее удаленно расположенной части корпуса из изолирующего материала и критической силе поля, при этом критическая сила поля получается из расчетов поля вакуумной электронно-лучевой трубки (1), а максимальная разность ΔU_max напряжений получается из

где α - коэффициент связи из расчетов поля,
а ε_r - диэлектрическая постоянная части корпуса из изолирующего материала, в зависимости от количества частей корпуса из изолирующего материала.

2. Вакуумная электронно-лучевая трубка по п. 1, отличающаяся тем, что для экранирования точки тройного соединения каждый экранирующий элемент (18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25) проходит в области места своего соединения с частью (11, 12, 13, 14, 15, 16) корпуса из изолирующего материала на расстоянии 8 от этой части (11, 12, 13, 14, 15, 16) корпуса из изолирующего материала радиально внутрь вакуумной электронно-лучевой трубки (1), при этом 8 получается в соответствии с отношениями

где ε_r - диэлектрическая постоянная части (11, 12, 13, 14, 15, 16) корпуса из изолирующего материала,
L_s - долевая длина экрана,
L_K - длина части корпуса из изолирующего материала.