DE19649861C1 - Verfahren und Anordnung zum Regeln der Heizleistung der Kathode eines Magnetrons - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Anordnung zum Regeln der Heizleistung der Kathode einer Hochfrequenzenergie erzeugenden Röhre, wie es aus der DE 42 38 199 A1 oder der DE-AS 12 26 717 bekannt ist.

Magnetrons oder vergleichbare Röhren, die Mikrowellen sehr hoher Leistung erzeugen, werden beispielsweise dazu verwendet, um Gegenstände zu erhitzen. Dazu wird die von einer solchen Röhre abgegebene Hochfrequenzenergie in einen Ofen eingespeist, in dem sich das zu erhitzende Gut (z. B. für einen Sinter-, Koch- oder Backprozeß oder dergleichen) befindet. Mit Hochfrequenzenergie lassen sich Gegenstände in erheblich kürzerer Zeit als mit Heißluft aufheizen.

Nachfolgend ist stellvertretend für alle gleichartig funktionierenden Hochfrequenzenergie erzeugenden Röhren nur noch vom Magnetron die Rede. Die Kathode eines Magnetrons muß mit einer bestimmten Leistung geheizt werden, damit es zu der erforderlichen Elektonenemission kommt. Die Heizung der Kathode erfolgt mittels eines stromdurchflossenen Heizfadens. Würde die Kathode allein durch die von dem Heizfaden abgegebene Wärme aufgeheizt, so hätte man eine definierte, gut kontrollierbare Heizung der Kathode. Eine Heizleistung, die ihren Sollwert oft über- oder unterschreitet wird einerseits eine Abweichung von der gewünschten Elektronenemission mit sich bringen und andererseits die Lebensdauer des Magnetrons erheblich verkürzen. Tatsächlich gibt es in der Röhre parasitäre Effekte, welche die Aufheizung der Kathode beeinflussen. Zum einen wirken sich die auf der Kathode fließenden Mikrowellenströme auf die Heizung aus, und zum anderen haben Elektronen, die von der Anode zur Kathode umkehren, einen Heizeffekt (Rückheizung). D.h., daß die Heizleistung der Kathode auch von der Hochfrequenzleistung abhängig ist. Das Ziel ist es, trotz der parasitären Heizeffekte die Heizleistung der Kathode möglichst konstant zu halten.

Dafür wird gemäß den eingangs erwähnten Druckschriften DE 42 38 199 A1 und DE-AS 12 26 717 der momentane Anodenstrom zum Nachführen des Heizstroms verwendet.

Die DE 29 19 724 C2 zeigt eine Drehanoden-Röntgenröhre, bei der mittels Licht aus der Kathode die Drehzahl der Anode überwacht und die Betriebs-Temperatur des Heizfadens ermittelt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem die Heizleistung der Kathode auf einen möglichst konstanten Wert regelbar ist, sowie eine hierfür geeignete Vorrichtung.

Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der Ansprüche 1 bzw. 3 gelöst. Bei dem beanspruchten Verfahren wird die Heizleistung so geregelt, daß die von der aufgeheizten Kathode emittierte Lichtstärke konstant bleibt. Nach einem Unteranspruch wird dabei ein Anteil des von der Kathode emittierten Lichts in ein elektrisches Signal gewandelt, das als Regelgröße für einen Heizstrom herangezogen wird.

Die beanspruchte Vorrichtung zum Regeln der Heizleistung besteht gemäß Anspruch 3 darin, daß ein optoelektrischer Wandler einen Lichtanteil, der aus dem von der Kathode emittierten Licht ausgekoppelt worden ist, in eine elektrische Regelgröße wandelt und daß ein Regelkreis den Heizstrom so regelt, daß die elektrische Regelgröße einem vorgebbaren Sollwert entspricht. Vorteilhafterweise koppelt ein Lichtwellenleiter einen Lichtanteil aus dem von der Kathode emittierten Licht aus und führt ihn dem optoelektrischen Wandler zu. Bei einem Magnetron ist dazu der Lichtwellenleiter auf den Mikrowellenausgang ausgerichtet, um dort austretendes Licht von der aufgeheizten Kathode aufzunehmen.

Die Erfindung basiert im wesentlichen auf der Erkenntnis, daß die Stärke des von der aufgeheizten Kathode emittierten Lichts ein sehr genaues Maß für die Heizleistung ist. So läßt sich mit einfachen Mitteln eine zuverlässige Regelung der Heizleistung realisieren.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nun die Erfindung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Prinzipschaltbild eines Regelkreises für die Heizleistung der Kathode eines Magnetrons.

In der Zeichnung ist schematisch ein Magnetron 1 dargestellt. Wegen der hohen Betriebsleistung eines Magnetrons ist eine Kühlung erforderlich. Deshalb ist eine Leitung 2 vorgesehen, über die dem Magnetron 1 eine Kühlflüssigkeit zugeführt wird. Desweiteren besitzt das Magnetron 1 zwei Kontakte 3 und 4, über welche ein Heizfaden für die Kathode mit einem Heizstrom Ih gespeist wird. Über den Kontakt 3 erhält außerdem die Kathode ihre Vorspannung. Der genaue Aufbau des Magnetrons und seine Funktionsweise werden hier nicht beschrieben, weil sie dem Fachmann hinlänglich bekannt sind und auch für das Verständnis der Erfindung nicht relevant sind. Aus dem gleichen Grund wird auf eine Beschreibung des Elektromagneten verzichtet, über den der Elektronenfluß zwischen Kathode und Anode gesteuert wird. Der Übersichtlichkeit halber ist dieser das Magnetron umgebende Elektromagnet in der Zeichnung nicht dargestellt.

Das Magnetron 1 weist einen Mikrowellen-Ausgang mit einer Sonde 5 auf, über welche die Mikrowellen z. B. in einen Hohlleiter 6 eingekoppelt werden. Der Hohlleiter 6 leitet die Mikrowellenenergie weiter, beispielsweise in einen Ofen, in dem sich ein aufzuheizendes Gut befindet. Der Mikrowellenausgang ist mit einem über die Sonde 5 gestülpten Dome 7 hermetisch verschlossen. Allerdings ist der Dome 7 für Mikrowellen durchlässig. Üblicherweise besteht der Dome 7 aus einem lichtdurchlässigen Material, z. B. Glaskeramik.

Wenn sich das Magnetron 1 im Betriebszustand befindet, die Kathode also von dem stromdurchflossenen Heizfaden aufgeheizt wird, tritt aus dem Mikrowellenausgang durch den Dome 7 Licht 8 nach außen in den Hohlleiter 6 ein. Die Stärke dieses emittierten Lichts 8 hängt unmittelbar zusammen mit der Heizleistung, der die Kathode ausgesetzt ist. Dabei setzt sich die Heizleistung, wie einleitend bereits erwähnt, aus der Heizleistung durch den Heizfaden und den zwei parasitären Heizleistungsanteilen aufgrund der auf der Kathode fließenden Mikrowellenströme und der zur Kathode zurückkehrenden Elektronen. Insgesamt soll die Heizleistung der Kathode aus den oben genannten Gründen während des Betriebs des Magnetrons 1 möglichst konstant sein. Die Einflüsse der Mikrowellen auf der Kathode und der rückkehrenden Elektronen auf die Heizung der Kathode sind nicht kontrollierbar. Die Heizleistung kann also nur über den Heizstrom Ih durch den Heizfaden geregelt werden.

Der nachfolgend beschriebene Regelkreis regelt den Heizstrom Ih und damit die Heizleistung für die Kathode so, daß die Stärke des von der Kathode emittierten Lichts 8 konstant bleibt; denn konstante Lichtstärke bedeutet ja konstante Heizleistung.

Mit einem in den Hohlleiter 6 hineinragenden, auf den Dome 7 gerichteten Lichtwellenleiter 9 wird ein Teil des von der Kathode emittierten Lichts 8 ausgekoppelt und einem optoelektrischen Wandler (z. B. Photodiode) 10 zugeführt. Der Lichtwellenleiter 9 besteht vorzugsweise aus mehreren Lichtleitfasern. Am Ausgang des optoelektrischen Wandlers 10 steht ein elektrisches Signal X zur Verfügung, das als Regelgröße für den Heizstrom Ih verwendet wird. Ein Regler 11 vergleicht die Regelgröße X mit einem Sollwert S, der die gewünschte Heizleistung für die Kathode repräsentiert. Der Regler 11 kann z. B. ein P-Regler oder ein PI-Regler sein. Die am Ausgang des Reglers 11 erscheinende Stellgröße Y ist abhängig von der Abweichung der Regelgröße X von dem Sollwert S. Die Stellgröße Y führt zu einem Stellglied 12, das den Heizstrom Ih bzw. eine Heizspannung erzeugt. Das Stellglied 12 ist eine regelbare Strom- oder Spannungsquelle.

Claims (5)

1. Verfahren zum Regeln der Heizleistung der Kathode einer Hochfrequenzenergie erzeugenden Röhre - vorzugsweise eines Magnetrons -, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung für die Kathode so geregelt wird, daß die von der aufgeheizten Kathode emittierte Lichtstärke konstant bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anteil des von der Kathode emittierten Lichts (8) in ein elektrisches Signal (X) gewandelt wird, das als Regelgröße für einen Heizstrom (Ih) herangezogen wird.

3. Vorrichtung zum Regeln der Heizleistung der Kathode einer Hochfrequenzenergie erzeugenden Röhre - vorzugsweise eines Magnetrons -, dadurch gekennzeichnet, daß ein optoelektrischer Wandler (10) vorgesehen ist, um einen aus dem von der aufgeheizten Kathode emittierten Licht (8) ausgekoppelten Lichtanteil in eine elektrische Regelgröße (X) zu wandeln, und daß ein Regelkreis (11, 12) vorhanden ist, der den Heizstrom (Ih) für die Kathode so regelt, daß die elektrische Regelgröße (X) einem vorgebbaren Sollwert (S) entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtwellenleiter (9) einen Lichtanteil aus dem von der aufgeheizten Kathode emittierten Licht (8) auskoppelt und dem optoelektrischen Wandler (10) zuführt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (9) auf den Mikrowellenausgang der Röhre ausgerichtet ist, um dort austretendes Licht von der aufgeheizten Kathode aufzunehmen.