Устройство для стабилизации тепловой мощности при электронно- лучевом нагреве катода электронного прибора Советский патент 1980 года по МПК G05D23/19 

1

Изобретение относится к автоматическому регулированию тепловых процессов и может быть использовано, в частности, для стабилизации тепловой мощности, подводимой излучением к катоду электронно-, го прибора, например термоэмиссионного преобразователя (ТЭП), при косвенном алектронагреве.

При теплофизических и энергетических исследованиях электронных приборов важ;но знать электрические характеристики, снятые при постоянной тепловой мощности, подводимой к катоду. Этот режим ис« пользуют при определении тепловых потерь (излучения, теплопроводности меж- электродного зазора, электронного охлаж дения и т. д.).

Известны устройства электронаграва катода электронного прибора, например катода ТЭП, электронной бомбардировкой, в которых постоянство подводимой к катоду тепловой мощности обесп91явается

путем стабилизации электрической мощности нагревателя IJ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для стабилизации тепловой мощности, содержащее датчик электрической мощности нагревателя и последовательно соединенные задатчик, элемент сравнения, усилитель и исполнительный элемент (2

Стабилизация электрической мощности нагревателя обеспечивает автоматическую компенсацию влияния всех возмущающих факторов, действующих только в цепи электропитания (колебания напряжения питания,, изменение сопротивления нагревателя). Однако не вся тепловая мощность, выделяемая нагревателем, идет на нагрев катода - только часть ее ( Qкзл. ) передается излучением на катод, а часть ( QpoT ) неизбежно попадает

20 на элементы конструкции. Поэтому указанные составляющие ( QHJ/ и QHOT ) по отдельности 9СтаюТся .неконтролируемыми. Энергетический баланс нагревателя в стационарном режиме для этого случая . Р Q - Q ИЪЛ пот где Р - электрическая мощность, подводимая к нагревателю. Стабилизация Р обеспечивает постоянство только суммарной тепловой мощности QUJA QnoT Так как кроме действующих В цепи нагревателя имеются и дру гие возмущающие факторы (электронное охлаждение эмиттера, изменение терми ческого сопротивления О5а1аждающего контура анода и т. д.), нарушающие темпера турный режим катода, происходит изменение соотнощения между составляющими (5цт,(У и QnaT- результате нарушается режим постоянства тепловой мощности, подводимой непосредственно к катоду. Цель предлагаемого изобретения - повышение точности устройства стабилизаци тепловой мощности, подводимой к катоду электронного прибора (ТЭП), при нагреве излучением с электронагревателя. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит сумматор, генератор раанополярных импульсов, разделительные элементы и цепочки из последовательно соединенных датчиков тока и функциональных преобразователей, выходы которых подключены ко входам сумматора выходом связанного с одним из входов элемента сравнения, причем датчики тока через соответствующие разделительные элементы и генератор разнополярных импульсов подключены к промежутку нагреватель-катод электронного прибора. При этом величины амплитуд импульсо напряжения обеих полярностей, генерируемых генератором разнополярных импульсов и прикладываемых к промежутку нагреватель-катод, устанавливаются такими, чтобы в диапазоне рабочих температур катода значения токов эмиссии с нагревателя на катод и с катода на нагреватель соответствовали токам насыщения. Тогда значения этих токов будут пропорциональны Соответственно температуре нагревателя Т и като да Т., , Длительность и скважность указан ных импульсов выбирается из услови-я, чтобы не допустить дополнительного подогрева катода и нагревателя потоком электронов С введением перечисленных выше элементов регулирование выполняется не тол ко по отклонению электрической мощности Нагревателя, но и по отклонению, тепловой мощности, подводимой к катоду, так как выходной сигнал сумматора, введенный в основной контур регулирования как дополнительный сигнал обратной связи, пропорционален мощности. Справедливость такого утверждения подтверждается выражением %л -ЧГн- ). где k - коэффициент, определяемый эффективной степенью черноты системы нагреватель-катод, постоянной Стефена-Боль- цмана и площадью нагревателя. Сохранение в устройстве контура регулирования по отклонению электрической Мощности (основного сигнала обратной связи) обеспечивает локализацию возмущений, действующих в цепи электропитания нагревателя, и, таким образом, повышает качество регулирования всей системы. На чертеже представлена функциональная схема устройства, включающего генератор 1 разнополярных импульсов, разделительные электроды (диоды) 2 и 3, датчики 4 и 5 тока, функциональные преобразователи 6 и 7, сумматор 8, задатчик 9 и датчик 10 электрической мощности, элемент 11 сравнения, усилитель 12 и исполнительный элемент 13, нагреватель 14 и катод 15 электронного прибора. Устройство работает следующим образом. В начале нагрева, когда температуры Т и Т|| относительно низкие, сигнал на выходе сумматора 8 отсутствует и в системе регулирования действует только основной сигнал обратной связи, пропорциональный электрической мощности нагревателя, который поступает на первый вход элемента 11 сравнения с выхода датчика 10 и сравнивается с сигналом задатчика 9, разностный сигнал усиливается усилителем 12 и поступает на исполнительный элемент 13. Когда температуры нагревателя и катода достигают значений, достаточных для начала электронной эмиссии с их поверхностей, с помощью генератора 1 разнополярных импульсов создаются токи эмиссии с нагревателя 14 на катод 15 и с катода на нагреватель, которые после диодов 2 и 3 измеряются с помощью датчиков 4 и 5. Выходные сигналы первого и второго датчика, пропорциональные соответ- .ственно Тц и Т , поступают соответственно на первый и второй функциональные преобразователи 6 и 7. Электрические сигналы е последних, пропорциональ