Устройство для измерения концентрации паров активного вещества термокатода в электровакуумном диоде Советский патент 1985 года по МПК H01J9/42 

I Изобретение относится к вакуумно технике, в частности к измерению концентрации паров и остаточных газов в межэлектродном промежутке ка тод-анод электровакуумных приборов (ЭВП) без специальных датчиков. Цель изобретения - расширение диапазона измерений в сторону малых концентраци при сохранении точност измерений за счет функциональной об работки регистрируемого сигнала в схеме измерения электронного тока. На фиго1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 - вариан схемы функционального усилителя со схемами сравнения и задержки; на фиг.З - эпюры токов и напряжений в различных точках схем. Устройство содержит источник 1 п стоянцого смещения, выход 2 которого подключен через генератор 3 виде импульсов к катоду 4 электровакуумного диода 5.К катоду 4 подключен также выход 6 генератора 3 видеоимпульсов. К аноду 7 электровакуумного диода 5 подключен выход 8 генера тора 9 высокочастотного напряжения, содержащего генератор 10 высокой ча тоты и переключатель 11 резкима работы генератора 10 высокой ча.стоты. К аноду 7 последовательно с генерат ром 10 высокой частоты подключена и мерительным входом 12 схема 13 изме рения электронного тока, содержащая последовательно соединенные блок 14 вычитания, блок 15 логарифмирования блок 16 дифференцирования функционального усилителя 17 и измерительньй прибор 18 постоянного тока, а также блок 19 задержки и блок 20 сравнения. Выход 21 функционального усилителя 17 соединен с входом 22 блока 19 задержки, а выходы 23 и 24 блока 19 задержки соответственно со динены с управляющими входа ш 25 и 26 блока 20 сравнения и генератора видеоимпульсов. Вход 27 и выход 28 блока 20 сравнения соответственно подключены к выходу 29 и входу 12 блока 14 вычитания. Источник 1 постоянного смещения предназначен для компенсации межэлектродной контактной разности потенциалов диода и обеспечения оптимальных условий колебания ионов. Генератор 3 видеоимпульсов обеспечивает уход накопленных в межэлектр(5дном промежутке ионов из этого 132 промежутка. Генератор 10 высокой частоты предназначен для эффективной ионизации молекул и создания режима накопления ионов и межэлектродном промежутке. Переключатель 11 режима работы обеспечивает изменение амплитуды и частоты генератора 10 высокой частоты и тем самым режим либо накопления ионов остаточного газа, либо преимущественного накопления ионизированных молекул активного вещества термокатода. Блок 19задержки предназначен для синхронизации работы функционального усилителя 17 и генератора 3 видеоимпульсов. Блок 20 сравнения устраняет ошибку измерений, вызванную дрейфом постоянного электронного тока черед диод, и обеспечивает точное выполнение операции вычитания этой постоянной составляющей блоком 14 вычитания. Устройство работает следуюищм образом. В подготовительном режиме переклзочатель 1 1 режима работы обеспечивает генерацию генератором 10 высокой частоты такого напряжения, амплитуда и частота которого достаточны для эффективной ионизации остаточных газов. Это напряжение поступает на анод 7 диода 5 и производит накопление ионов. Импульсы генератора 3 видеоимпульсов подаются на катод 4 и периодически извлекают ионы из межэлектродного промежутка. Тем самьк-1 создаются условия для периодического накопления и удаления ионов из межэлектр.одного пространства, через диод 5 протекает электронньй ток пилообразной формы, величина которого зависит от присутствия в диоде остаточных газов. Источник 1 постоянного смещения регулируют так, чтобы величина сигнала, поступающего на измерительный прибор 18, бьша максимальна. Максимальному сигналу соответствует оптимальная величина напряжения источника смещения. Поскольку концентрация молекул остаточных газов в диоде обычно на несколько порядков превосходит концентрацию молекул паров активного вещества, время определения оптимального напряжения источника смещения составляет единицы секунд. Генератор 10 высокой частоты с помощью переключателя 11 режима работы переводят в положение, при ко3тором в межэлектродном промежутке обеспечивается преимущественное накопление ионов активного вещества термокатода, и производят накоплени этих ионов до насьпцения, для чего, например, выключают генератор 3 видеоимпульсов 3. Затем обеспечивают нуль на выходе блока 14 вычитания, вводя вручную или автоматически на вход этого блока ток, равный току диода в противоположной полярности. С генератора 3 видеоимпульсов по дается на катод видеоимпульс. Электронный ток через диод в связи с уходом ионов резко уменьшается, а затем по мере накопления ионов .постепенно возвращается к исходному значению. Выходной сигнал блока 14 вычитания поступает на блок 15 лога рифмирования, а затем на блок 16 дифференцирования и после функциональной обработки этими блоками регистрируется измерительным прибором 18 постоянного тока, по величине показаний которого и судят о концен трации активного вещества катода в межэлектродном промежутке. При отсутствии сигнала на выходе 21 функционального усилителя 17 блок 19 задержки формирует на выходе 23 сигнал, который поступает на вход 25 блока 20 сравнения, который обеспечивает автоматическую коррекцию нуля на выходе блока 14 вычитания. По окончании коррекции формируется сигнал на выходе 24, который поступает на вход 26 и запускает генератор 3 видеоимпульсов. На фиг.2 показан вариант схемы 13 измерения электронного тока. Он содержит блоки вычитания 14 и логарифмирования 15, выполненные соответственно на операционных усилителях 30 и 31, резисторах 32 и 33, логарифмирующем диоде 34. К выходу блока 15 логарифмирования подключен блок 16 дифференцирования, вьшолнен ный на конденсаторе 35, резисторе 3 4 36 и операционном усилителе 37. К выходу 21 блока 16 дифференцирования подсоединены измерительный прибор 18 постоянного тока (например, вольтметр) и блок 19 задержки. Выход 23 блока 19 задержки подключен к управляющему входу 25 блока 20 сравнения. Выход 29 блока 14 вычитания через ключ 38 блока 20 сравнения подключен к измерительной части 39 блока 20 сравнения. Выход 40 измерительной части 39 блока 20 сравнения через резистор 41 подсоединен к входу 12 блока 14 вычитания. При уменьшении напряжения на выходе 21 (насыщение процесса накопления ионов) до величины, близкой к нулю, блок 19 задержки вырабатывает импульс, которьй поступает на вход 25 блока 20 сравнения и замыкает на время действия импульса ключ 38. Измерительная часть 39. блока 20 сравнения при замкнутом ключе 38 вырабатывает и на время, в течение которого ключ 38 разомкнут, запоминает сигнал, численно равный постоянному электронному току диода, но противоположной полярности. Этот сигнал через резистор 41 подается на вход 12 блока 14 вычитания. Затем ключ 38 размыкается, ток выхода 28 блока 20 сравнения держится неизменным, а на выходе 24 блока 19 задержки формируется импульс, запускающий генератор 3 видеоимпульсов.. . Для контроля работы блоков и для обеспечения подготовительного режима измерительньй прибор 18 постоянного тока может быть подключен к выходу 29 блока 14 вычитания, ключ 38 разомкнут вручную, сигнал выхода блока 20 сравнения выработан вручную (не показано). Для дополнительного пояснения работы устройства на фиг.З приведены эпюры напряжений или токов в соответствующих (ч,5, аи т.д.) точках схем, изображенных на фиг.1, 2.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПАРОВ АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА ТЕРМОКАТОДА В ЭЛЕКТРОВАКУУМНОМ ДИОДЕ, содержащее генератор видеоимпульсов и источник постоянного смещения, подсоединенные к катоду, последовательно соединенные с анодом электровакуумного диода генератор высокочастотного напряжения и схему измерения электронного тока, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерений в сторону малых концентраций при сохранении точности измерений, схема измерения электронного тока содержит последовательно соединенные блоки вычитания, логарифмирования и дифференцирования, подключенные к измерительному прибору постоянного тока, и блок сравнения,-измерительный вход которого подключен к выходу, а вы- . ход - к входу блока вычитания и выi ходу генератора высокочастотного напряжения . (Л 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что схема измерения электронного тока дополнительно содержит блок задержки, вход которого подключен к выходу блока дифференцирования, один выход соединен с управляющим входом генератора видеоимпульсов, а другой - с управляющим входом блока сравнения. :о

II Jf

8

и,

Oel

П Д.

JL

Jj

L

П

JL

t

.З