PL236700B1 - Sposób cyfrowej stabilizacji natężenia prądu termoemisji elektronowej oraz napięcia przyspieszającego elektrony, zwłaszcza dla wysokich energii elektronów - Google Patents

Abstract

Sposób cyfrowej stabilizacji natężenia prądu termoemisji elektronowej oraz napięcia przyspieszającego elektrony, zwłaszcza dla wysokich energii elektronów, w którym natężenie prądu termoemisji elektronowej steruje się cyfrową wartością referencyjną pierwszą, napięcie przyspieszające elektrony steruje się cyfrową wartością referencyjną drugą oraz katodę (K) zasila się z wyjścia wzmacniacza mocy (W2) układu regulacji, którego wejście połączone jest z wyjściem mikrokontrolera (MK), poprzez rezystory pomiarowe (R1, R2), natomiast anodę (A) zasila się wysokonapięciowym wzmacniaczem operacyjnym (W1) charakteryzuje się tym, że wykorzystuje się zależność napięcia podawanego na katodę (K) poprzez wzmacniacz mocy (W2) układu regulacji od różnicy spadków napięć na rezystorach pomiarowych (R1, R2), oraz wykorzystuje się zależność napięcia podawanego na anodę (A) poprzez wysokonapięciowy wzmacniacz operacyjny (W1) od średniej wartości napięcia na drugim zacisku rezystora pomiarowego drugiego (R2) i napięcia na pierwszym zacisku rezystora pomiarowego pierwszego (R1) poprzez sterowanie mikrokontrolera (MK) napięciem z zacisków rezystorów pomiarowych (R1, R2).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób cyfrowej stabilizacji natężenia prądu termoemisji elektronowej oraz napięcia przyspieszającego elektrony, zwłaszcza dla wysokich energii elektronów.

Znane są z książki pt. Technika wysokiej próżni, autorstwa J. Groszkowskiego, Wydaw. Naukowo-Techniczne, Warszawa, rok 1972 źródła elektronów wykorzystujące zjawisko termoemisji elektronowej stosowane w wielu urządzeniach technicznych, takich jak lampy Roentgena, mikroskopy elektronowe, próżniomierze jonizacyjne, spektrometry mas czy pompy jonowe. Zastosowania te wymagają regulacji natężenia prądu termoemisji elektronowej.

Dotychczas znane są z artykułu pt. Układy automatycznej regulacji prądu termoemisji elektronowej w próżniowych przyrządach pomiarowych, autorstwa B. Kani i J. Sikory, w czasopiśmie Informatyka, automatyka, pomiary w gospodarce i ochronie środowiska, nr 3, rok 2014 układy regulacji prądu termoemisji elektronowej, w których sygnał ujemnego sprzężenia zwrotnego pochodzi na ogół z wysokonapięciowego obwodu anody. Wadą takiego rozwiązania jest połączenie galwaniczne obwodu anodowego z niskonapięciowym obwodem katodowym, gdzie realizowane jest sterowanie poprzez prąd grzewczy katody, co skutkuje ograniczeniem zakresu wysokich napięć anodowych do wartości napięć dopuszczalnych dla elementów tworzących obwód ujemnego sprzężenia zwrotnego. Próby wykorzystania układów z izolacją galwaniczną w torze sprzężenia zwrotnego powodują wprowadzanie zniekształcenia nieliniowego, a także podnoszą poziom szumów sygnału sprzężenia zwrotnego. Zmiana sposobu generowania sygnału sprzężenia zwrotnego dla układu regulacji natężenia prądu termoemisji elektronowej z obwodu wysokonapięciowego anody na niskonapięciowy katody skutkuje zniesieniem technicznego ograniczenia zakresu napięć przyspieszających.

Z polskiego opisu patentowego nr 210947 znany jest układ stabilizacji prądu termoemisji elektronowej, zwłaszcza dla wysokich energii elektronów, który składa się ze wzmacniaczy mocy, wzmacniaczy pomiarowych, rezystorów wzorcowych o jednakowych wartościach, źródła wysokiego napięcia anodowego, źródła napięcia referencyjnego, anody i katody umieszczonych w obszarze próżni, przy czym w układzie tym wyjście wzmacniacza mocy jest połączone z rezystorem wzorcowym pierwszym i wejściem nieodwracającym pierwszego wzmacniacza pomiarowego, drugi zacisk pierwszego rezystora wzorcowego jest połączony z pierwszym zaciskiem katody i wejściem odwracającym pierwszego wzmacniacza pomiarowego, zaś drugi zacisk katody jest połączony z drugim rezystorem wzorcowym i wejściem nieodwracającym drugiego wzmacniacza pomiarowego przy czym drugi zacisk rezystora wzorcowego drugiego i wejście odwracające drugiego wzmacniacza pomiarowego są podłączone do masy układu stabilizacji, zaś wyjście pierwszego wzmacniacza pomiarowego jest podłączone do wejścia odwracającego trzeciego wzmacniacza pomiarowego i wyjście drugiego wzmacniacza pomiarowego jest połączone z wejściem nieodwracającym trzeciego wzmacniacza pomiarowego, którego wyjście jest podłączone do wejścia odwracającego wzmacniacza mocy, zaś wejście nieodwracające wzmacniacza mocy jest połączone ze źródłem napięcia wzorcowego, którego drugi zacisk jest podłączony do masy układu stabilizacji, przy czym anoda jest podłączona do dodatniego bieguna źródła wysokiego napięcia anodowego, którego zacisk ujemny jest podłączony do masy układu stabilizacji.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 219991 układ stabilizacji natężenia prądu termoemisji elektronowej i napięcia przyspieszającego elektrony, zwłaszcza dla wysokich energii elektronów posiadający źródła napięć wzorcowych pierwszego i drugiego, wzmacniacz mocy, rezystory wzorcowe, wzmacniacze pomiarowe, analogowy sumator, wzmacniacz wysokonapięciowy oraz katodę i anodę umieszczone w obszarze próżni, w którym rezystor wzorcowy pierwszy jest połączony równolegle do wejść wzmacniacza pomiarowego pierwszego, rezystor wzorcowy drugi jest połączony równolegle do wejść wzmacniacza pomiarowego drugiego, przy czym wartości rezystorów wzorcowych pierwszego i drugiego są jednakowe oraz wyjście wzmacniacza pomiarowego pierwszego jest połączone z wejściem odwracającym wzmacniacza pomiarowego trzeciego, zaś wyjście wzmacniacza pomiarowego drugiego jest połączone z wejściem nieodwracającym wzmacniacza pomiarowego trzeciego i wyjście wzmacniacza pomiarowego trzeciego jest połączone z wejściem odwracającym wzmacniacza mocy, zaś wejście nieodwracające wzmacniacza mocy jest połączone ze źródłem napięcia wzorcowego pierwszego, przy czym drugi zacisk źródła napięcia wzorcowego pierwszego jest połączony z wejściem odwracającym wzmacniacza pomiarowego drugiego i z masą układu, natomiast wyjście wzmacniacza mocy jest połączone z wejściem nieodwracającym wzmacniacza pomiarowego pierwszego, zaś wejście odwracające wzmacniacza pomiarowego pierwszego jest połączone z zaciskiem katody oraz drugi zacisk katody jest połączony z wejściem nieodwracającym wzmacniacza pomiarowego drugiego, anoda

PL 236 700 B1 zaś, jest połączona z wyjściem wzmacniacza wysokonapięciowego, którego wejście jest połączone z wyjściem trzecim analogowego sumatora, którego pierwsze wejście jest połączone ze źródłem napięcia wzorcowego drugiego, przy czym drugi zacisk źródła napięcia wzorcowego drugiego jest połączony z masą układu.

Z polskiego opisu patentowego nr 221702 znany jest sposób i układ stabilizacji natężenia prądu termoemisji elektronowej. Układ charakteryzuje się tym, że wejście sterujące impulsowego, regulowanego stabilizatora napięcia jest połączone z wyjściem analogowego sumatora, którego wejście jest połączone z pierwszym zaciskiem źródła napięcia referencyjnego trzeciego, zaś wejście analogowego sumatora jest połączone z emiterem tranzystora mocy układu regulacji oraz drugi zacisk źródła napięcia referencyjnego trzeciego jest połączony z masą układu stabilizacji. Natomiast sposób polega na tym, że wartość napięcia zasilania kolektora tranzystora mocy układu regulacji dobiera się w czasie rzeczywistym jako wprost proporcjonalną do sumy napięcia źródła napięcia referencyjnego trzeciego i napięcia termokatody, poprzez sterowanie impulsowego, regulowanego stabilizatora napięcia sygnałem wyjściowym dwuwejściowego analogowego sumatora, na którego jedno z wejść podaje się napięcie termokatody a na pozostałe wejście podaje się napięcie źródła napięcia referencyjnego trzeciego.

Celem wynalazku jest znaczące ułatwienie monitorowania i zarządzania układem z poziomu komputera klasy PC.

Istotą sposobu cyfrowej stabilizacji natężenia prądu termoemisji elektronowej oraz napięcia przyspieszającego elektrony, zwłaszcza dla wysokich energii elektronów, w którym natężenie prądu termoemisji elektronowej steruje się cyfrową wartością referencyjną pierwszą, napięcie przyspieszające elektrony steruje się cyfrową wartością referencyjną drugą oraz katodę zasila się z wyjścia wzmacniacza mocy układu regulacji, którego wejście połączone jest z wyjściem mikrokontrolera, poprzez rezystory pomiarowe, natomiast anodę zasila się wysokonapięciowym wzmacniaczem operacyjnym, według wynalazku, jest to, że wykorzystuje się zależność napięcia podawanego na katodę poprzez wzmacniacz mocy układu regulacji od różnicy spadków napięć na rezystorach pomiarowych oraz wykorzystuje się zależność napięcia podawanego na anodę poprzez wysokonapięciowy wzmacniacz operacyjny od średniej wartości napięcia na drugim zacisku rezystora pomiarowego drugiego i napięcia na pierwszym zacisku rezystora pomiarowego pierwszego poprzez sterowanie mikrokontrolera napięciem z zacisków rezystorów pomiarowych.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest zwiększenie zakresu wysokich napięć anodowych oraz zwiększenie energii elektronów.

Sposób cyfrowej stabilizacji natężenia prądu termoemisji elektronowej oraz napięcia przyspieszającego elektrony, zwłaszcza dla wysokich energii elektronów został przedstawiony w przykładzie wykonania na schematycznym rysunku.

Sposób cyfrowej stabilizacji natężenia prądu termoemisji elektronowej oraz napięcia przyspieszającego elektrony, zwłaszcza dla wysokich energii elektronów charakteryzuje się tym, że wykorzystano zależność napięcia podawanego na katodę K poprzez wzmacniacz mocy W2 układu regulacji od różnicy spadków napięć na rezystorach pomiarowych R2, R1 oraz wykorzystano zależność napięcia podawanego na anodę A poprzez wysokonapięciowy wzmacniacz operacyjny W1 od średniej wartości napięcia na drugim zacisku rezystora pomiarowego R2 i napięcia na pierwszym zacisku rezystora pomiarowego R1, poprzez podanie na wejście wzmacniacza mocy W2 napięcia z drugiego wyjścia sterującego 3b mikrokontrolera MK połączonego z masą układu U oraz komputerem PC poprzez łącze szeregowe B oraz podanie na wejście wysokonapięciowego wzmacniacza mocy W1 napięcia z pierwszego wyjścia sterującego 3a mikrokontrolera MK, którego poprzez pierwsze wejście analogowe pozytywne 1a sterowano napięciem pierwszego zacisku drugiego rezystora pomiarowego R2 i wejście analogowe negatywne 1b sterowano napięciem drugiego zacisku drugiego rezystora pomiarowego R2 oraz poprzez drugie wejście analogowe pozytywne 2a sterowano napięciem pierwszego zacisku pierwszego rezystora pomiarowego R1 i drugie wejście analogowe negatywne 2b sterowano napięciem drugiego zacisku pierwszego rezystora pomiarowego R1, przez co uzyskano wartość napięcia podawanego na katodę K poprzez wzmacniacz mocy W2 zależną od różnicy spadków napięć na rezystorach pomiarowych R1, R2 oraz wartość napięcia podanego na anodę A poprzez wysokonapięciowy wzmacniacz operacyjny W1 zależną od średniej wartości napięcia na drugim zacisku rezystora pomiarowego R2 i napięcia na pierwszym zacisku rezystora pomiarowego R1, które dobrano za pomocą przetwarzania cyfrowego w mikrokontrolerze MK.

PL 236 700 B1

Wykaz oznaczeń

A	- anoda
K	- katoda
W1	- wysokonapięciowy wzmacniacz operacyjny
W2	- wzmacniacz mocy
R1	- pierwszy rezystor pomiarowy
R2	- drugi rezystor pomiarowy
B	- łącze szeregowe
PC	- komputer
MK	- mikrokontroler
U	- masa układu
1a	- pierwsze analogowe wejście pozytywne
1b	- pierwsze analogowe wejście negatywne
2a	- drugie analogowe wejście pozytywne
2b	- drugie analogowe wejście negatywne
3a	- pierwsze wyjście sterujące
3b	- drugie wyjście sterujące

Zastrzeżenie patentowe

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Sposób cyfrowej stabilizacji natężenia prądu termoemisji elektronowej oraz napięcia przyspieszającego elektrony, zwłaszcza dla wysokich energii elektronów, w którym natężenie prądu termoemisji elektronowej steruje się cyfrową wartością referencyjną pierwszą, napięcie przyspieszające elektrony steruje się cyfrową wartością referencyjną drugą oraz katodę (K) zasila się z wyjścia wzmacniacza mocy (W2) układu regulacji, którego wejście połączone jest z wyjściem mikrokontrolera (MK), poprzez rezystory pomiarowe (R1, R2), natomiast anodę (A) zasila się wysokonapięciowym wzmacniaczem operacyjnym (W1), znamienny tym, że wykorzystuje się zależność napięcia podawanego na katodę (K) poprzez wzmacniacz mocy (W2) układu regulacji od różnicy spadków napięć na rezystorach pomiarowych (R1, R2) oraz wykorzystuje się zależność napięcia podawanego na anodę (A) poprzez wysokonapięciowy wzmacniacz operacyjny (W1) od średniej wartości napięcia na drugim zacisku rezystora pomiarowego drugiego (R2) i napięcia na pierwszym zacisku rezystora pomiarowego pierwszego (R1) poprzez sterowanie mikrokontrolera (MK) napięciem z zacisków rezystorów pomiarowych (R1, R2).