Устройство стабилизации фокусировки электронного луча в электронно-лучевой установке Советский патент 1983 года по МПК H01J37/305 

/а Изобретение относится к электротермии, в частности к электроннолучевой плавке металлов. Известно устройство управления фокусировкой электронного луча, в котором в зонах наибольшего диаметра луча устанавливают металлическую рамку из тугоплавкого материала с малой теплоемкостью. При дефокусировке луча электроны попадают на рамку и нагревают ее, причем в рамку встроены термоэлементы. Меняя ток магнитной линзы до тех пор, пока термо-ЭДС не станет минимальной, можно сфокусировать электронный луч Процесс слежения автоматический ij Недостаток данного устройства за ключается в том, что необходимо вно сить дополнительный конструктивный элемент - ргшку в конструкцию электронно-лучевой установки (ЭЛУ), что снижает надежность ЭЛУ, при этом размер фокального пятна не ста билизируется при размерах фокального пятна меньших, чем размер рамки. Известно также устройство стабилизации фокусировки электронного луча 3 ЭЛУ, содержащее, делитель уск ря-ющего напряжения, блок управления фокусировкой, соединенный с фокусирующей катушкой, функциональный блок извлечения корня четвертой сте пени из величины ускоряющего напряже ния, вход которого соединен с выходом делителя ускоряющего напряжения Однако известное устройство, ком пенсируя влияние изменения ускоряющего напряжения, не учитывает воздействия изменения тока луча на раз мер фокального пятна электронного луча и тока утечки луча на лучепровод. Это приводдит к уме гьшени1о КПД электронно-лучевой пушки и не позволяет точно выдерживать технологические режимы ведения плавки, так как при изменении размеров фокального пятна изменяется удельная мощность луча, скорость испарения легколетучих компонентов сплавов и температура поверхности нагреваемого металла. Целью изобретения является улучшение стабилизации фокусировки элек тронного луча при нестабильности ус коряквдего напряжения и тока луча. Указанная цель достигается тем, что в устройство стабилизации фокусировкй-электронного луча в электрон но-лучевой установке, содержащее делитель ускоряющего напряжения, блок управлейия фокусировкой, соединенный с фокусирующей катушкой, блок извле,чения корня четвертой степени из величины ускоряющего напряжения, вход которого соединен с выходом делителя ускоряющего напряжения, дополнительно введены блок извл ечения квадратного корня из величины тока луча, блок деления, первый вход кото- рого соединен с выходом блока извлечения квадратного корня из величины тока луча, второй вход - с выходом блока извлечения корня четвертой степени из величины ускоряюще|го напряжения, а выход - с входом блока управления фокусировкой Зависимость размеров фокального пятна от ускоряющего напряжения, тока электронного луча и индикации фокусирующей катушки определяется по следующей Формуле; В- 8,3 . 10 -.riS (1) Го 1 ilUo где В - магнитная индукция Вб/м ; радиус электронного луча,М; ток электронного луча,А; Ll(j - ускоряющее напряжение, В. Из приведенной зависимости (1). видно, что для стабилизации размеров электронного луча радиуса Гд необходимо изменять индукцию фокусирующей катушки пропорционально лГи . где k - коэффициент пропорциональ,вости. На чертеже представлена блоксхема устройства стабилизации фокусировки электронного луча в электронно-лучевой установке. Устройство содержит делитель 1 . ускоряющего напряжения, блок 2 для извлечения корня квадратного из ве- ., личины тока электронного луча, блок 3 извлечения корня четвертой степени из величины ускоряющего напряжения, блок 4 деления, блок 5 управления фокусировкой и фокусирующую катушку . 6. Блок 4 деления своим первым вхо-., дом связан с выходом блока 2 извлечения квадратного корня из величины тока луча, вторым входом - с выходом блока 3 извлечения корня четвертой степени из величины ускоряющего-напряжения, а на выходе - с входом блока 5 управления фокусировкой, связанным с фокусирующей катушкой 6.. Устройство работает следут им об-; разом. . На входы блока 4 деления поступает значение корня квещратного из величины тока электронного луча, вычисленного функциональным блоком 2; и значение корня четвертой степени из величины ускоряющего напряжения, вычисленного блоком 3. Блок 4 производит операцию деления и на выходе вьэдает управляющий сигнал, крторый поступает на вход блока 5 управления, Фокусирующей системой, пропускающий через фокусирующую катушку 6 такой ток, что изменение индукции фокуси;- рующей катушки компенсирует диетабилизирующие факторы, влияющие на изменение ускоряющего напряжения и тока луча, а диаметр электронного луча остается постоянным.

Использование предлагаемого устройства стабилизации фокусировки луча в ЭЛУ по сравнению с базовым объектом (установка плавильно-заливочная 32.0.058-00.000.000) обеспечивает автоматическую стабилизацию диаметра фокального пятна электронного луча с точностью 3% при изменении тока электронного луча от О до номинального значения и ускоряющего напряжения в пределах 10-15% от номинального значения.

Стабилизация диаметра электронного луча автоматически устраняет утечку электронного луча на лучевод при смене режима работы ЭЛУ, что уменьшает нагрев лучевода и увеличивает КПД ЭЛУ и стабильность ее работы.

Автоматическая стабилизация диаметра фокального пятна с точностью 3% обеспечивает сокращение времени плавки на 10% к приводит к уменьшению испарения легколетучих компонен;тов сплавов на 7%.

УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ ФОКУСИРОВКИ ЭЛЕКТРОННОГО ЛУЧА В ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ УСТАНОВКЕ, содержащее делитель ускоряющего напряжения, блок управления фокусировкой, соединенный с фокусирующей катушкой, блок извлечения корня четвертой степени из величины ускоряющего напряжения, вход которого соединен с выходом делителя ускорягацего напряжения, о тлич.ающееся тем, что, с целью улучшения стабилизации фокусировки электронного луча при нестабильности ускоряющего напряжения и тока луча, в устройство введены блок извлечения квадратного корня из величины тока луча и блок деления, первый вход которого соединен с выходом блока извлечения квадратного корня из величины тока луча, второй вход - с выходом блока извлечения I корня четвертой степени из величины ускоряющего напряжения, а выход - с (/) входом блока управления фокусировкой.