СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КАТОДА КАТОДНО-ПОДОГРЕВАТЕЛЬНОГО УЗЛА ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА Советский патент 1994 года по МПК H01J9/42 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способу контроля температуры катода катодно-подогревательного узла электронного прибора.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры катода.

На фиг. 1 изображена эпюра постоянного напряжения накала с единичной паузой; на фиг. 2 - эпюра постоянного напряжения накала с периодически следующими паузами; на фиг. 3 - эпюра переменного синусоидального напряжения с периодически следующими паузами; на фиг. 4 - эпюра выпрямленного синусоидального напряжения накала с периодически следующими паузами; на фиг. 5 - схема конструкции катодно-подогревательного узла с термоспаями, генерирующими термоЭДС с электрической цепи подогреватель - корпус катода; на фиг. 6 - зависимость термоЭДС в цепи подогреватель - корпус катода от температуры катода для трех значений напряжения накала и зависимость ε= f(T_к) для установившегося теплового режима катодно-подогревательного узла; на фиг. 7 - временная зависимость термоЭДС в цепи подогреватель - корпус катода для однотипных катодно-подогревательных узлов и данные по температурам катода в установившемся режиме; на фиг. 8 - временная зависимость термоЭДС в цепи подогреватель - корпус катода для другой конструкции катодно-подогревательного узла и данные по температуре катода в установившемся режиме.

Обозначения: U_н - напряжение накала, τ_i- время, τ_n- длительность паузы, τ- период повторения импульса напряжения накала, Т_к- температура катода, ε_i(Т_i) - термоЭДС i-го спая при температуре Т_i, ε - суммарная термоЭДС в цепи подогреватель - корпус катода.

При измерениях (см. фиг. 1) существенна величина решающей способности измерительного прибора и соотношение длительности измерительной паузы τ_п и времени тепловой инерционности узла. Для крупногабаритного катодно-подогревательного узла (КПУ) с большим временем готовности в качестве прибора для измерения ЭДС можно использовать обычный милливольтметр. Для малогабаритных КПУ (с временем готовности от долей единиц секунд) в качестве измерительного прибора для регистрации термоЭДС должен быть применен осциллограф. Периодический режим отключения накала (см. фиг. 2) выдвигает требования к длительности периода следования пауз. Можно показать, что для всех типов КПУ оптимальной является скважность следования измерительных пауз не менее 50, при этом термоЭДС за время паузы меняется не более чем на 0,5% .

К недостатку рассмотренного выше способа выделения термоЭДС на фоне постоянного напряжения накала следует отнести прямоугольную форму импульса термоЭДС амплитудой много меньшей, чем напряжение накала, что обуславливает известные трудности обработки сигнала такой формы и соотношения амплитуд. От этого недостатка свободны способы выделения термоЭДС на фоне переменного напряжения накала в виде синусоидального напряжения и выпрямленного синусоидального.

В этих случаях имеются удобные для измерения термоЭДС временные точки бесконечно малой длительности, в которых напряжение накала равно нулю. Задача контроля будет выполнена, если эти точки "развернуть" до нулевых зон с временем τ_п, приемлемым для используемых средств измерения термоЭДС, и синхронизировать начало и конец нулевых зон с временным тактом измерения. Длительность пауз выбираются равной времени, в течение которого термоЭДС изменяется не более чем на 0,5% . Период синусоидального напряжения также необходимо подбирать с учетом минимального искажающего воздействия на тепловой режим КПУ при периодическом режиме измерения термоЭДС, поскольку нулевые зоны имеют известную периодичность повторения. Практическое получение нулевых зон требуемой длительности может быть реализовано известными радиотехническими средствами, например, используя в качестве ключевого элемента тиристор (для фиг. 4) или симистор (для фиг. 3). Таким образом, напряжение накала в период измерений формируют из периодически повторяющихся импульсов напряжения и пауз со скважностью не менее 50.

Конструкция КПУ с оксидным катодом состоит из керна катода 1 (сплав никеля с кальцием), камеры 2 подогревателя (никель), подогревателя 3 (сплав вольфрама и рения), молибденовых выводов 4 и 5 подогревателя и катода. В конструкции КПУ и в электрической цепи подогреватель - корпус катода имеются четыре точки контакта разнородных материалов, каждая из которых представляет собой спай и которые генерируют разность термоЭДС ε_i (i = 1, 2, 3, 4) в соответствии с их температурой T_i (i = 1, 2, 3, 4). Очевидно, что суммарная термоЭДС в электрической цепи подогреватель - корпус катода не характеризует температуру какой-либо точки КПУ непосредственно, а отражает распределение температурного поля по всему КПУ. Поэтому для установившегося теплового режима КПУ величина развиваемой в электрической цепи подогреватель - корпус катода разности термоЭДС (T_i) может быть скоррелирована с температурой любой точки КПУ, в частности и с температурой T_к эмиттирующей поверхности катода.

Экспериментальная зависимость величины термоЭДС, генерируемой в цепи подогреватель - корпус катода, в процессе разогрева одного из типов КПУ при разных напряжениях накала приведена на фиг. 6, где установившаяся температура катода измерена оптическим пирометром сквозь стеклянную оболочку прибора.

На фиг. 7 показан характер временной зависимости термоЭДС, генерируемой в процессе разогрева КПУ, и измеренный оптическим пирометром разброс установившейся температуры катодов трех КПУ одного типа, характеризующегося малым (до ±10. . . 15^оС) разбросом температур катодов.

На фиг. 8 показан характер временной зависимости термоЭДС для другого типа КПУ, характеризующегося достаточно большим разбросом в допусках на изготовление деталей КПУ. Для КПУ фиг. 8 различие имеет качественную сторону: на участке разогрева, сравнимом с временем готовности КПУ, характер временной зависимости термоЭДС не воспроизводится. Этот факт может быть объяснен локальной невоспроизводимостью во времени температуры в данном типе КПУ ввиду разброса геометрии деталей и технологических отклонений при сборке и сварке.

Оценка реально достижимой точности определения температуры катода по сравнению с известным способом, характеризующимся разрешающей способностью ±10^оС, показана ниже.

Известно, что дифференциальная термоЭДС спаев, образованных металлическими проводниками, имеет величину α≃10^-5 - 10^-6 В/^оС. При коэффициенте усиления термоЭДС, генерируемой в электрической цепи подогреватель - корпус катода К_у = 10² ˙10³ и чувствительности прибора для измерения усиленной термоЭДС ΔU = 10^-3 - 10^-4 В, разрешающая способность данного способа будет равна
= = 10-10^-2, ^оC
= 10 - 10^-2, ^оС.

Полагая, что инструментальная ошибка измерительного канала не превышает 10% , можно ожидать, что разрешение термоЭДС - температура катода находится на уровне не хуже единиц градусов температурной шкалы.

Данный способ существенно отличается от известного, а именно:
1) В качестве контролируемого электрического параметра используется термоЭДС, развиваемая в электрической цепи подогреватель - корпус катода, а в известном способе - горячее сопротивление подогревателя.

2) Измерение контролируемого параметра проводится при отключенном напряжении накала. В известном способе это недопустимо.

3) Способ применим для КПУ с пониженной тепловой связью подогреватель - катод. В известном способе для таких КПУ точность резко падает.

4) Способ позволяет определять температуру катода не только в установившемся тепловом режиме КПУ, но и в нестационарном режиме, т. е. при разогреве. В известном способе температура катода определяется только для установившегося теплового режима. Способ позволяет достичь цели изобретения - повысить точность измерения температуры катода путем кратковременного отключения напряжения накала и использования в качестве контролируемого параметра генерируемой в электрической цепи подогреватель - корпус катода термоЭДС.

Пример реализации способа. Для выбранного типа КПУ определяют параметры τ_п и τ, изготавливают измерительное устройство для реализации режима разделения времени нагрев - измерение термоЭДС путем кратковременного отключения накала. Это устройство содержит прибор для измерения величины, развиваемой в электрической цепи подогреватель - корпус катода термоЭДС, и имеет требуемую разрешающую способность. Изготавливают КПУ с эквивалентными реальному электронному прибору тепловыми условиями и возможностью контрольного определения температуры катода, например, путем пирометрирования. Определяют корреляцию между величиной термоЭДС в электрической цепи подогреватель - корпус катода и температурой катода, например, в виде графической зависимости ε= f(Т_к) при фиксированных напряжениях накала, например 6,3 В; 6,2 В и 6,1 В. На основе полученной зависимости градуируют шкалу измерительного прибора. Подсоединяют к измерительному устройству исследуемый КПУ и после его разогрева в установившемся режиме определяют температуру катода по шкале измерительного прибора.

Данный пример реализации способа относится к хорошо отработанным в производстве типам КПУ.

Положительный эффект от применения способа контроля температуры катода катодно-подогревательного узла электронного прибора заключается в повышении надежности и долговечности КПУ за счет правильного определения рабочей температуры катода в процессе тренировки.

Способ обеспечивает возможность периодического контроля температуры катода в процессе эксплуатации прибора и позволяет проводить своевременную корректировку температуры катода. Способ позволяет осуществлять разбраковочный контроль качества изготовления КПУ на ранних стадиях производства, что обеспечит снижение производственных затрат. (56) Кузичев Л. Н. Термостабилизатор для паяльника. - Радио, 1985, N 3, с. 35-36.

Харитонов В. П. , Никонов Б. П. , Шмелева Н. И. Измерение температуры катода косвенного накала электронных приборов. Электронная техника, сер. 1, Электроника СВ4, 1979, вып. 12, с. 13-20.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способу контроля температуры катода катодно-подогревательного узла электронного прибора. Целью изобретения является повышение точности измерения температуры катода. Способ включает операции - подачу напряжения накала, измерение в электрической цепи подогреватель - корпус катода контролируемого электрического параметра, связанного с температурой катода, определение температуры катода по заранее проградуированной зависимости параметра от температуры катода. В качестве измеряемого параметра использует термо (Т) ЭДС в цепи подогреватель - корпус катода, напряжение накала подают импульсами, измеряют ТЭДС в паузах между импульсами напряжения, длительность пауз выбирают равной времени, в течение которого ТЭДС изменяется не более чем на 0,5% , а напряжение накала в период измерений формируют из периодически повторяющихся импульсов со скважностью не менее 50. Для обследуемого катода определяют длительность паузы τ_n и период повторения импульса напряжения и паузы τ, определяют корреляцию между величиной ТЭДС в электрической цепи подогреватель - корпус катода при фиксированных напряжениях накала, на основе полученной зависимости градуируют шкалу измерительного прибора, подсоединяют к измерительному устройству обследуемый катод, подают в цепь подогреватель - корпус катода импульсное напряжение накала, в паузах импульсами напряжения накала замеряют ТЭДС цепи подогреватель - корпус катода и по величине ТЭДС определяют температуру катода. Способ обеспечивает разбраковочный контроль катодно-подогревательных узлов, что обеспечивает снижение производственных затрат. 8 ил.

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КАТОДА КАТОДНО-ПОДОГРЕВАТЕЛЬНОГО УЗЛА ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА, включающий подачу напряжения канала, измерение в электрической цепи подогреватель - корпус катода контролируемого электрического параметра, связанного с температурой катода, и определение температуры катода по заранее проградуированной зависимости этого параметра от температуры катода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры катода, в качестве измеряемого параметра используют термоЭДС в цепи подогреватель - корпус катода, напряжение канала в период измерений формируют из периодически повторяющихся импульсов напряжения и пауз со скважностью не менее 50, измеряют термЭДС в паузах между импульсами напряжения, причем длительность пауз выбирают равной времени, в течение которого термоЭДС изменяется не более чем на 0,5% .