Устройство для измерения давления в кинескопе Советский патент 1984 года по МПК H01J9/42 

Изобретение относится к электротехническим измерениям и может быть использовано для измерения вакуума в кинескопах в процессе их изготовления и эксплуатации.

Известно устройство для измерения давления в отпаянных электровакуумных приборах, содержащее источники напряжения накала, управляющего элекрода, смещения катода, запоминаюnpie усилители, блок управления. В этом устройстве измеряется разность ионного и фонового токов при определенном электронном токе, задаваемом блоком управления. Эта величина пропорциональна давлению остаточных газов m .

Однако кинескопы с истощенным катодом могут не обеспечить необходимого электронного тока, тогда из вестное устройство оказывается неработоспособным. Кроме того, необходимость ручного переключения напряжения на управляющем электроде, существенно снижает его быстродействиеЧ

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения давления в кинескопе, содержащее источник напряжения накала, соединенный с клеммами для- подключения накала кинескопа, источник напряжения модулятора и ускоряющего напряжения, соединенный с клеммами для подключения ускоряющего электрода, резистор, первый вывод которого соединен с обшей шиной, а второй соединен с клеммой для подключения ускоряющего электрода, резистор, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй соединен с клеммой для подключения модулятора, усилитель тока первый вход которого соединен с клеммой для подключения кинескопа, а второй - с общей шиной, ииндикатор 2

Недостаток данного устройства обусловлен зависимостью его работы о.т температуры. Кроме того, устройство требует ручного управления и расчета значения вакзот а, в связи с чем его быстродействие оказьшается низким.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерений.

Поставленная цель .достигается тем, что в устройство, содержащее

источник напряжения иакала, соеди.ненный с клеммами для подключения накала кинескопа, источник напряжения модулятора, ускоряющего напряжения, соединенный с клеммами для подключения ускоряющего электрода, резистор, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй соединен с клеммой для подключения модулятора, усилитель тока, первый вход которого соединен с клеммой дл подключения анода кинескопа, э второй - с общей шинойJ и индикатор, введены первый и второй ключи,, генератор импульсов, логический инвертор, первый и вт.орой элементы выборки и хранения, дифференциальный усилитель, перемножитель, источник опорйрго напряжения, преобразователи напряжение - частота и ток - частота, счетчик и дифференциатор, причем выход источника напряжения модулятора через первьй ключ соединен с клеммой для подключения модулятора кинескопа, управляющий вход первого ключа соединен с управляющим входом второго элемента выборки и хранения и выходом логического инвертора, вход которого соединен с выходом генератора импульсов и с управляющим входом первого элемента выборки и хранения, входы первого и второго элементов выборки и хранения соединены с выходом усилителя тока, а выходы подключены к неинвертирующему и инвертирующему входам дифференциального усилителя,- выход которого подключен к первому входу перемножителя, к второму входу которого подключен выход источника опорного напряжения, выход перемножителя соединен с входом преобразователя напряжение частота, выход которого соединен с выходами дифференциатора и второго ключа, управляющий вход которого содинен с выходом преобразователя токчастота, первый вход которого соединен с клеммой для подключения катода кинескопа, а второй соединен с общей шиной, вьгход второго ключа соединен с входом счетчика, управлякмций вход которого соединен с выходом дифференциатора, а вьгход подключен к входу индикатора.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 (q ) - эп$оры токов и

напряжений в характерных точках устройства.

Устройство для измерения давления в кинескопе содержит 1-6 для подключения электродов кинескопа, источник 7 ускоряющего напряжения, источник 8 напряжения накала, резистор 9, источник 10 напряжения модулятора, первый ключ 11, вход которого соединен с выходом источника 10, а выход соединен с клеммой 4 и первым выводом резистора 9. Генератор 12 импульсов подключен к входу логического инвертора 13 и управляющему входу первого элемента 14 выборки и хранения. Входы первого 14 и второго 15 элементов выборки и хранения соединены с выходом усилителя 16 тока, первый вход которого подключен к клемме 6 анода кинескопа а второй соединен с общей шиной. Выходы первого 14 и второго 15 элементов выборки и хранения связаны с входами дифференциального усилителя 17, выходом подключенного к перному входу перемножителя 18, второй вход которого соединен с выходом источника 19 опорного напряжения. Выход перемножителя 19 через преобразователь 20 напряжение - частота и выход преобразователя 21 ток частота соединены с входами второго ключа 22, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя 16 тока, а выход - с. входом счетчика 23 Управляющий вход счетчика 23 подключен к выходу дифференциатора 24, а выход счетчика 23 связан с входом индикатора 25.

Устройство для измерения давления в кинескопе работает следующим образом.

Источники 7 и 8 .напряжений подают на кинескоп номинальное напряжение накала и ускоряющее напряжение около 300-500 В соответственно. Катодный ток протекает по входной цепи преобразователя 21 ток - частота Коллектором положительных ионов является анод кинескопа, подключенный к клемме 6. Данный режим обеспечивает максимальную точность измерения вакуума.

Генератор 12 импульсов, форма которых представлена на фиг. 2 , вырабатывает прямоугольные импульсы, подаваемые на управляющий вход элемента 14 выборки и хранения и через

логический инвертор 13 - на первый ключ 11 и управляющий вход второго элемента 15 выборки и хранения. В течение импульса на выходе инвертора 13 имеется логический О, ключ 11 заперт, модулятор кинескопа через резистор 9 соединен с общей шиной, т„е, напряжение модулятор - катод равно нулю.

Образующийся при этом ток остаточных газов (ионный ток ) и ток утечки D и протекают по цепи анода через клемму 6 на вход усилителя 16 Напряжение с выхода последнего., пропорциональное сумме токов 3/+3ит, поступает на вход первого элемента 14 выборки и хранения и запоминается в нем (фиг. 2S).

В паузе между импульсами, на выходе инвертора 13 имеется логичес- кая -Ч, ключ 11 отпирается, на модулятор кинескопа с источника 10 подается отрицательное запирающее напряжение.

Значение запирающего напряжения источника 10 должно устанавливаться исходя из условия несущественности остаточного электронного тока в сравнении с током утечки кинескопа. С другой стороны, это значение не должно превьшать напряжения пробоя участка модулятор - катод кинескопа В указанном режиме ионизация и ионный ток отсутствуют, во входной цепи усилителя тока протекает лишь ,ток утечки кинескопа. Пропорциональное ему напряжение подается на второй элемент 15 выборки и хранения, на управляющем входе которого логическая 1, разрешающая запоминание (фиг. 2Ь).

Таким образом, -потенциалы на выходах элементов 14 и 15 выборки и хранения пропорциональны суммарному току и току утечки соответственно. Их разность,образующаяся на вьрсоде дифференциального усилителя 17, пропорциональна ионному току (фиг. 22). Поступая на первый вход перемножителя 18, указанное значение умножается нэ коэффициент (манометрическая постоянная), зависящий от конструктивных параметров кинескопа, значение которого находится экспериментально и отображается в виде определенного опорного напряжения источника 19. Сигнал с перемножителя, прошедший преобразователь напряжение частота,представляет собой прямоугольные импульсы (фиг. 2в) со скважностью, равной 2, длительност которых обратно пропорциональна ве личине. . Этот сигиал поступае на управляющий вход ключа 22, на сигнальный вход которого подается юшульсное напряж:ение с выхода преобразователя 21 ток - частота. Последнее пропорционально электронному току катода (фиг. 2в.). Таким образом, на выходе ключа 22, управляемого сигналом фиг. 2 с преобразователя 20, имеются пачки импульсов, ограниченные по длитель ности фронтом и срезом импульсов фиг. 2а с частотой заполнения, про порциональной току катода 3g . Количество импульсов в пачке пе ресчитывается счетчиком 23, сбрасы ваемьм 8 исходное состояние отрица тельными импульсами с выхода дифференциатора 24 (фиг. 2,). Заметим что число импульсов, накопленных в счетчике, прямо пропорционально произведению иоиного тока на манометрический коэффициент и обратно Пропорционально электронному току катода, т.е. отображаемое на (цифровом) Индикаторе значение равно Р.К.. Полученная образом величи на Р является мерой давления остаточных rai3OB, т.е. вакуума кинескопа. При правильно выбранных значениях опорного напряжения источника 19, коэффициентов передачи усилителя 16, перемножителя 18 и преобразователя 21 показания индикатора представляются в мм рт.ст. Таким образом, в предложенном устройстве реализуется прямой отсчет давления остаточных газов в кинескопе. 69 По сравнению с устройством прототипом, выбранньм в качестве базового объекта, предлагаемое устройство имеет повьшенную точность измерения давления за счет исключения из его состава элементов, вносящих существенные погрешности логарифматоров на диодах и др. Типичная погрешность элементов, входящих в предложенное устройство с учетом температурного дрейфа, собранных на серийных операционных усилителях около 1%, т.е. приблизительно на порядок лучше,чем диодного логарифматора. В целом точность предложенного устройства превьшает точность базового объекта не менее, чем втрое. Кроме того, реализация прямого цифрового отсчета существенно снижает вероятность субъективных ошибок оператора и повьшает быстродействие устройства. Устройство работает в актоматическом циклическом режиме, производя измерение суммарного тока, тока утечки и электронного тока, их сравнение в соответствии с соотношением (1) и вьщает результат в Ц1 ровом виде, не требующий дополнителЬного пересчета Время измерения складывается из периода следования импульсов генератора 12 и времени отображения накопленных в счетчике 23 импульсов (цифровым) индикатором 25 и составляет около 300-600 мс. Время измерения устройством-прототипом ограничивается, в частности, необходимостью ручного управления режимом кинескопа. С учетом времени успокоения указателя аналогового индикатора и времени, необходимого для расчета конечного результата с учетом манометрической постоянной, оно составляет 2-3 мин, т.е. быстродействие предложенного устройства более, чем на порядок превышает таковое базового объекта.

УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В КИНЕСКОПЕ, содержащее источник напряжения канала, соединенный с клеммами для подключения накала кинескопа, источник напряжения модулятора, ускоряющего напряжения, соединенный с клеммами для подключения ускоряющего электрода, резистор, первый вывод которого соединен с общей шиной, a второй соединен с клеммой для подключения модулятора, усилитель тока, первый вход которого соединен с клеммой для подключения анода кинескопа, a второй - с общей шиной, и индикатор, отличающ е ее я тем, что, с целью повьшения точности и быстродействия измерений, в него введены первый и второй ключи, генератор импульсов, логический инвертор, первый и второй элементы выборки и хранения, дифференци- альньй усилитель, персмножитель, источник опорного напряжения, преобра:зователй напряжение - частота и токчастота, счетчик и дифференциатор, iпричем выход источника напряжения 1модулятора через первый ключ соединен с клеммой для подключения модуглятора кинескопа, управляющий вход первого ключа соединен с управляищим входом второго элемента выборки и хранения и выходом логического инвертора, вход которого соединен с выходом генератора импульсов и с управляющим входом первого элемента выборки и хранения, входы первого и второго элементов выборки и хранения соединены с вьссодом усилителя тока,a выходы подключены к неинвертирующему и инвертируищему входам дифференциального усилителя,выход которого подключен к первому входу перемножителя, к второму входу которого подключен выход источника опорного напряжения, выход перемножителя соединен с входом преобразователя напряжение-частота, выход которого соединен с выходами дифференциатора и второго ключа, управляющий вход которого соединён с выходом преобразователя ток-частота, первый вход которого соединен с клеммой для подключения катода кинескопа, a второй соединен с общей шиной, выход второго ключа соединен с входом счетчика, управляющий вход котрро- . го соединен с выходом дифференциатора, a выход подключен к входу индикатора.