Преобразователь механических перемещений в электрическую величину Советский патент 1981 года по МПК G01D5/14 

(k) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

1

Изобретение относится к устройст вам для измерения малых перемещений и усилий.

Известен преобразователь механических перемещений в электрическую величину, выполненный в виде двуханодной с разделителем электроннолучевой лампы с внешним управлением с помощью магнита, имеющей подогревной катод с экраном, в экране расположена щелевая диафрагма: экран, разделитель и аноды лампы выполнены из немагнитных материалов 1.

Недостатками известного преобразователя являются ограниченная чувствительность из-за малой плотности катодного тока и большого дрейфа нуля, разделительных способов управления электронным потоком путем изменения магнитного поля за счет изменения зазора между полюсами магнита или путем поворота магнита относительно электронного потока, т.е. за счет изменения угла между направлениями В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ВЕЛИЧИНУ

магнитного поля и электронного потока: большие габаритные размеры магнитной системы.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, в котором управляющий магнит используется одновременно и для фокусировки электронного пучка .

Это уменьшает дрейф нуля, но не обеспечивает достаточно высокой чувст10вительности. Электронная лампа известного преобразователя имеет катод косвенного накала с экраном и щелевой диафрагмой, а это увеличивает время разогрева катода и создает условия

15 для нестабильности параметров лампы.

Наличие катода косвенного накала и разделителя в лампе между анодами (антидинатронного электрода) с отрицательным потенциалом и бол-ьшого

70 расстояния между катодом и анодами не позволяет подавать малые потенциалы на аноды, и, соответственно, применять управляющий магнит с меньшей напряженностью поля.Кроме того, большие мощности, выделяемые на анодах, и катод косвенного накала создают условия для нестабильности параметров лампы, и, соответственно, снижают чувствительность преобразователя. Применение магнитного поля для фокусировки электронного потока и устра нение реактивных сил между подвижными и неподвижными элементами преобразователя не позволяют применять для электродов лампы магнитные материалы. Целью изобретения является повышение чувствительности и уменьшение габаритных размеров магнитной системы Указанная цель достигается тем, что в преобразователе механических перемещений в электрическую величину, выполненном в виде электроннолучевой лампы с внешним управлением с помощью магнита, связанного с контролируемым объектом, управляющие, экранирующие и антидинатронные электроды выполнены ,из магнитного материала, а аноды выполнены из немагнитного материала, обладающего геттерирующим свойством. На чертеже схематически изображен преобразователь, поперечное сечение. Стержни электродов в лампе преобра зователя расположены симметрично относительно катода и осевой плос кости, проходящей через середины анодов и катод, поэтому цифровые обозначения стержней электродов указаны только в первом квадранте. Стержни одноименных электродов имею электрические соединения внутри лампы. Преобразователь содержит управляющий магнит 1, стеклянный баллон 2, два овальных стержня 3 анодов, четыре круглых стержня k антидинатронных электродов, четыре круглых стержня 5 экранирующих электродов, два овальных стержня 6 управляющего электрода, прямоканальный катод 7. Направление электронных потоков на стержни электродов в лампе при повороте по стрелке магнитного поля указано пунктирными линиями. На аноды и экранирующие электроды подаются положительные потенциалы, стержни антидинатронных и управляющего электродов соединяются с катодом, но на управляющий электрод можно подавать и отрицательное напряжение и тем самым управлять плотностью электронного потока в области экранирующих электродов, т.е. управлять чувствительностью преобразователя. Электрон2ныи поток с прямонакального катода ограничен с двух сторон попарно размещенными параллельными стержнями, а в конце пути электронов помещены аноды в виде одиночных овальных стержней. На стержни электродов подаются соответствующие напряжения так, что линии поля образуют собирательные цилиндрические линзы одна располагается в районе управляющих и экранирующих электродов, а другая - в районе антидинатроьных электродов и анодов. При симметричном расположении электродов относительно катода с другой сторрны его расположены две такие же линзы. При отсутствии воздействия магнитного поля в плоскости, проходящей через центры стержней экранирующих электродов, ширина электронного луча меньше расстояния между стержнями, вследствие чего прямой перехват электронов этими стержнями при не слишком малых напряжениях на анодах практически невозможен.Вследствие этого ток экранирующих электродов очень мал, и коэффициент токораспределёния в такой лампе равен 0,96-0,98. Основная часть тока экранирующих стержней обусловлена электронами, вылетающими из области прикатодного пространственного заряда в направлении нормали (под углом близким к 90) к поверхностям стержней управляющего электрода. Заворачиваясь под действием отрицательного потенциала на стержнях управляющего электрода, эти электроны попадают на стержни экранирующих электродов. Количество этих электронов ограничено величиной пространственного заряда у катода. Другая часть тока экранирующих стержней создается электронами, которые в области стержней управляющего и экранирующих электродов сравнительно слабо отклонены от оси, они проходят между стержнями экранирующих электродов, а затем, отклоняясь от оси, попадают в область тормозящего поля стержней антидинатронных электродов и возвращаются к стержням экранирующих электродов. Расположение экранирующих, антидинатронных и анодных стержней симметрично относительно катода позволяет получить два электронных луча с одного катода на две стороны и уменьшить диаметр лампы, и, соответ-: ственно, расстояние между полюсами управляющего магнита. Анодные стержни выполнены из немагнитных материалов для уменьшения реактивных сил между подвижными и неподвижными элементами преобразователя. Из немагнитных материалов использован материал, обладающий геттерирующим свойством, например титан. Это способствует стабилизации параметров лампы, и, соответственно, уменьшает дрейф нуля преобразователя. Стержни управляющего, экранирующих и антидинатронных элект родов выполнены из магнитных материа лов, например из никеля, и служат внутренним магнитопроводом, а расстояние между стержнями (рабочими за зорами) намного меньше расстояния между полюсами управляющего магнита ПОЭТОМУ напряженность поля между соответствующими стержнями будет больше намагничивающего поля. Это позволяет уменьшить габаритные размеры управляющего магнита с меньшей напряженностью поля между плюсами, При этом уменьшается и реактивная сила между подвижными и неподвижными элементами преобразователя, Рабочими зазорами являются промежутки между стержнями управляющего, экранирующих и антидинатронных элект родов лампы. Когда линия N-S управлякмдего магнита направлена поперек зазора, поле в зазоре между стержнями соответствующих электродов отсутствует, при повороте магнита на 90 поле в зазорах между управляющими, экранирующими и антидинатронными стержнями максимально. Стержни электродов лампы круглого и овального сечения, поэтому при nor вороте управляющего магнита вокруг оси лампы меняется величина рабочего зазора и меняется плсяцадь зазоров от носительно намагничивающего магнитного потока. Таким образом, при пово роте управляющего магнита относител но лампы на электронный поток с като 24 да в рабочих зазорах воздействует магнитное поле, изменяющееся по направлению и величине, которая определяется изменяющимися зазорами и их площадями, в результате под действием изменяющейся силы Лоренца электроны, отклоняясь, попадают на стержни экранирующих электродов. По величине изменения токораспределения между анодами и стержнями экранирующих электродов при повороте управляющего магнита, связанного с контролируемым объектом, относительно оси лампы судят о величине механического перемещения контролируемого объекта. Увеличение чувствительности преобразователя достигается за счет большего изменения силы Лоренца, так как при повороте управляющего магнита меняется угол между направлением электронного потока и напряженностью магнитного поля, меняются величина и площадь рабочих зазоров между стержнями управляющего, экранирующих электродов. Формула изобретения Преобразователь механических перемещений в электрическую величину, выполненный в виде электроннолучевой лампы с внешним управлением с помощью магнита, связанногб с контролируемым объектом, отличающийс я тем, что, с целью повышения чувствительности и уменьшения габаритных размеров магнитной системы, управляющие, экранирующие и антидинатронные электроды выполнены из магнитного материала, а аноды - из немагнитного материала, обладающего геттерирующим свойством. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 .Ефимова Б.В., Сахова В.Б. Элект-. ронные преобразователи с магнитным управлением. Л., Энергия, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР № 123261, кл. G 01 D 5/Н, I960.