Устройство для стабилизации температуры катода термоэмиссионного преобразователя Советский патент 1986 года по МПК G05D23/19 

11

Изобретение относится к ленной электронике и может быть ис- пользд ано для стабилизации температуры катода термоэмиссионного преобразователя (ТЭП) с электронагревом, преимущественно в физике и технике преобразования тепловой энергии в электрическую„

Цель изобретения - повышение.точности и надежности устройства.

Для работы термоэмиссионного датчика (т„е, ТЭП и контур регулирования тока во внешней цепи) необходимо обеспечить постоянство протекающего тока 1 через преобразователь, а также постоянство давления паров цезия, тогда изменение напряжения на электродах ТЭП aV V, ± V(t) пропорционально изменению температуры катода (для тока меньше тока в точке излома вольт-амперной характеристики) , Связь имеет вид

2К, ;5:

где -Ig - ток через преобразователь

(в режиме стабилизации поддерживается постоянным), Т - температура катода (вводится в задатчйк температуры), Т Т(т) - Т - отклонение температуры от заданной, А - постоянная Ричардсона, К постоянная Больцмана, е - заряд электрона,

&V М + VCt) - отклонение выходного напряжения ТЭП от заданного V , определяемого по току 1 ,

SK - площадь катода, В приводимой формуле член в скобках близок к единице во всем интервале изменения указанных параметров, поэтому можно записать более простое выражение для чувствительности термоэмиссионного датчика

дУ &Т

2К

Высокая чувствительность термоэмиссионного датчика к изменению температуры катода позволяет, при прочих равньпх; условиях повысить точность стабилизации температуры катода больше чем на порядок, причем не требуется подвода в нагретую зону измерительных проводов, поскольку используются внешние цепи ТЭП.

3119

На фиг, 1 представлены рольт-ам- перные характеристки (в.а.х,,) ТЭП при трех различных температурах катода, при постоянных давлении цезия,

5 зазора, температуры анода; кривая А - при температуре стабилизации (Т) кривая Б - при температуре катора Т Tjj. - дТ, кривая В - при температуре катода Т Т, &Т, точка Д ха10 рактеризует независимость в з ходного напряжения от работы выхода катода (область в.аоХ. лежащая ниже ее) и точка Г соответствует выбранным параметрам стабилизации 1 и V , на

15 фиг. 2 - блок-схема устройства, где анод 1 ТЭП, токовый измерительный шунт 2, первый дифференциальньш усилитель 3, второй блок А сравнения с задатчиком тока 1 по входе, регули20 руемая нагрузка 5 ТЭП, включатель 6, источник 7 постоянного- напряжения, катод 8 ТЭИ, второй дифференциальный усилитель 9, первьй блок 10 сравне- н:ия с задатчиком температуры на его

25 входе, регулятор 11 подводимой к катоду мощности, источник 12 питания, нагревател:ь 13.

Устройство работает следующим , образом.

При температуре стабилизации из- .меряется В,а.х. ТЗП и определяется рабочая точка на в.а„х. 1 и V, . Эти значения вводятся соответственно в блоки 4 и 10 сравнения соответственно. Замыкается цепь стабилизации тока включателем - 6, при этом загорается электрическая дуга между катодом 8 и анодом 1 ТЭП и в цепи начинает течь ток. Сигнал напряжения с токовог о шунта 2, пропорциональный величине протекающего тока, усиливается усилителем 3 и поступает на один из входов блока сравнения, На другой вход блока сравнения подается сигнал напряжения задатчика (пропор- ционал.ьный току 1 ), В результате на выходе ёлока 4 сравнения - задатчика появляется сигнал напряжения, равный разности входных сигналов, так называемая ошибка регулирования, Если ток во внешней цепи больше 1„, то сигнал на выходе блока сравнения воздействует на регулируемую нагрузку 5 таким образом, что снижает ток 55 3 цепи, т „е, устраняет ошибку.. Аналогично, если ток во внешней цепи меньше заданного, то сопротивление нагрузки 5 уменьшается под воздейст35

40

3 . 1 вием сигнала от блока 4 и ток в цепи возрастает до тех пор, пока сигнал ошибки не станет равным нулю.

Таким образом поддерживается постоянным проходящий ток через преоб- разователь при изменениях температуры катода. В качестве сигнала обратной связи по температуре катода используется напряжение на электродах ТЭП при постоянстве протекающего тока 1о через преобразователь. При этом сигнал напряжения усиливается дифференциальным усилителем 9, поступает на один из входов блока 10 сравнения. На другой вход сравнения пода ется напряжение V, , измеренное из исходной в;а.х. при температуре- стабилизации TO . Сигнал разности этих напряжений воздействует на регулятор 11 подводимой мощности к- катоду, та- КИМ образом, что ошибка, т.е. uV Vp ± V( b), равна нулю (отрицательная .связь по температуре катода),а если uV О, то и температура катода равна требуемой Т .

Постоянство протекающего тока через ТЭП позволяет использовать напряжение на его электродах в качестве сигнала обратной связи по температуре катода. Так при снижении темпе- рату ры катода, точкя Г на в.а.х. с координатами (1 , V, ) смео1ается влево по оси напряжений (точка Г на кривой Б, фиго 1). Это напряжение, усиленное вторым дифференциальным уси- лителем, сравнивается с напряжением задатчика температуры. Их разность образует такой сигнал управления ре.гулятору подводимой мощности к като-

ду, что возросла подводимая тепловая мощность. При этом температура катода (напряжение на электродах ТЭП) возрастает до тех пор, пока сигнал ошибки не станет равным нулю. Случай когда температура катода станет больше заданной, иллюстрирует кривая В (фиг. 1). При этом регулятор снижает подводимую мощность к катоду до тех пор, пока напряжение задатчика температуры не станет равным напря- жению на электродах ТЭП (коэффициент усиления второго дифференциального усилителя равен единице).

Постоянная времени регулирования температуры катода определяется тепловой инерцией самого катода ТЭП и составляет около 1 с.

4

5 5 0 5

Таким образом, для стабгшизации температуры катода, в процессе измерения теплоты конденсации электронов плаЗмы на аноде ТЭП, используется напряжение на электродах самого ТЭП, которое и является сигналом обратной связи по температуре катода при условии постоянства протекающего тока через преобразователь. В процессе измерения анод ТЭП нагревается за счет теплоты конденсации электронов и его температура возрастает, при этом по скорости нарастания его температуры можно определить теплоту конденсации электронов. Однако погрешность измерения .теплоты конденсации электронов пропорциональна абсолютной погрешности стабилизации температуры катода. Так если дТ +3 С, то относительная погрешность измерения теплоты конденсации составит 8 +10%. Использование предлагаемого устройства позволит снизить относительную погрешность до 0,2-0,5% при прочих равных условиях.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации температуры катода термоэмиссионного преобразователя, содержащее подключенный к выходу источника питания через регулятор мощности нагреватель, первый блок сравненияj к первому входу которого подключен выход задатчика температуры, а к выходу - управляющий вход регулятора мощности, отличающееся тем, что, с целью повьштения точности и надежности устройства, оно содержит последовательно соединенные и включенные между первыми выводами анода и катода термоэмиссионного преобразо- вателя токовый измерительный шунт, регулируемую нагрузку и источник постоянного напряжения, последовательно соединенные первый дифференциальный усилитель и второй блок сравнения, к второму-входу которого подключен выход задатчика тока, а также включенный между вторыми выво дами анода и катода второй дифференциальный усилитель, выход которого связан с входом первого блока сравнения, причем вход первого дифференциального усилителя подключен к выходам токового измерительного шунта, а выход второго блока сравнения соединен с входом регулируемой нагрузки.

Изобретение относится к области промышленной электроники и может быть использовано для стабилизации температуры катода термоэмиссионного преобразователя (ТЭП) с электронагревом. Устройство содержит токовый измерительный шунт, установленный в цепи анода ТЭП, первьш и второй дифференциальные усилители, первый блок сравнения с задатчиком температуры на его входе, второй блок сравнения с задатчиком тока на его входе, регулируемую нагрузку ТЗП, включатель, источник постоянного напряжения, катод ТЭП, регулятор подводимой к катому мощности, источник питания и нагреватель. В устройстве обеспечивается постоянство протекающего через ТЭП тока, что позволяет использовать .напряжение на электродах ТЭП в качестве сигнала обратной связи по температуре катода, что повышает точность стабилизации температуры катода. 2 ил. а S

Редактор Н.Вобкова

Фмз2

Составитель АоПтенцова Техред В, Кадар

Заказ 2769/49 Тиргш 836Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобрет ений и открытий 113035, Москва, , Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул Проектная, 4

Корректор, А,Тяско