RU2713229C1

RU2713229C1 - Method of measuring operating temperature of a cathode in a gun or in an electronic device

Info

Publication number: RU2713229C1
Application number: RU2019108346A
Authority: RU
Inventors: Антон Вячеславович Сторублев; Татьяна Михайловна Крачковская; Георгий Владиславович Сахаджи
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз")
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2020-02-04

Abstract

FIELD: electronic equipment.

SUBSTANCE: invention relates to electronic equipment, in particular to methods for measuring temperature of a cathode during production in a gun and operation in a finished device. Method of measuring the working temperature of a cathode involves mounting the cathode in a cannon assembly with one or more electrodes in a vacuum chamber with walls or an opening which are transparent for electromagnetic radiation, which enable to estimate the temperature of the cathode by pyrometry. Temperature is then determined by means of a pyrometer at several values of heater voltage and heating current with simultaneous registration of charge potential of one or more electrodes included in the gun assembly relative to the cathode or with recording of current in the cathode-electrode circuit(s). Then the dependence of the potential or current of the electrode(s) on temperature is determined. Cathode temperature is determined directly from the measured value of the charge potential of one or more electrodes or the measured current value in the cathode-electrode(s) circuit.

EFFECT: high accuracy of measuring temperature of a cathode in a cannon assembly or an electronic device, including an opaque housing, especially in time constraints.

1 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способам, предназначенным для измерения температуры катода при изготовлении в составе пушки и эксплуатации в составе готового прибора.The invention relates to electronic equipment, in particular to methods for measuring the temperature of the cathode during manufacture as part of the gun and operation as part of the finished device.

Известен способ измерения температуры катода с использованием пирометра [Кудинцева Г.А. и др. Термоэлектронные катоды. Энергия, 1966]. Данный способ является наиболее простым и распространенным, однако имеет ряд ограничений в применении, наиболее существенное их которых -невозможность измерения температуры катода в приборах с непрозрачной оболочкой или при наличии экранировки катода элементами конструкции.A known method of measuring the temperature of the cathode using a pyrometer [Kudintseva G.A. and other thermionic cathodes. Energy, 1966]. This method is the simplest and most common, but it has a number of limitations in application, the most significant of which is the inability to measure the cathode temperature in devices with an opaque shell or in the presence of cathode shielding by structural elements.

Известен также способ измерения рабочей температуры катода косвенного накала в электровакуумных приборах (ЭВП) с непрозрачной оболочкой путем измерения сопротивления подогревателя [авт. св-во SU 729690]. При этом для повышения точности оценки параметра используют скорость измерения сопротивления подогревателя приThere is also a method of measuring the operating temperature of the indirect cathode in electrovacuum devices (EEC) with an opaque shell by measuring the resistance of the heater [ed. pr-in SU 729690]. In this case, to increase the accuracy of parameter estimation, the heater resistance measurement speed is used at

включении/выключении напряжения накала. К недостаткам можно отнести невозможность измерения мгновенной температуры катода в блоке электродов или приборе уже на первоначальном этапе калибровки параметров подогревателя по температуре катода, измеряемой пирометром, в случае, когда разогрев катода происходит стремительным образом, например, при разогреве до ~1000°С за несколько секунд. Кроме того, при эксплуатации приборов, особенно при форсированных разогревах, например, таких, как указано выше, структура подогревателя, как и структура заливки могут претерпевать изменения, вследствие чего, связь скорости разогрева/остывания подогревателя с реальной температурой катода может теряться.turning on / off the voltage. The disadvantages include the impossibility of measuring the instantaneous temperature of the cathode in the electrode block or device already at the initial stage of calibrating the heater parameters by the cathode temperature measured by the pyrometer, in the case when the cathode is heated rapidly, for example, when heated to ~ 1000 ° C in a few seconds . In addition, during the operation of devices, especially during forced heating, for example, such as described above, the heater structure, as well as the fill structure, can undergo changes, as a result of which the relationship between the heating / cooling rate of the heater and the actual cathode temperature can be lost.

Также известен способ контроля температуры катода катодно-подогревательного узла электронного прибора [SU 1537066], который включает следующие операции: подачу напряжения накала, измерение в электрической цепи подогреватель - корпус катода контролируемого электрического параметра термоЭДС, связанного с температурой катода, по заранее проградуированной зависимости термоЭДС от температуры катода. Существенным ограничением в применении предложенного способа является условие наличия импульсного напряжения накала, что далеко не всегда является рабочим режимом нагрева катода. Кроме того, как и в предыдущем способе, из-за возможного изменения в структуре проволоки и заливке подогревателя, способ может оказаться неинформативным.Also known is a method of controlling the temperature of the cathode of the cathode-heating unit of an electronic device [SU 1537066], which includes the following operations: applying a filament voltage, measuring a heater in an electric circuit — a cathode body of a controlled electric parameter of thermoelectric power related to the cathode temperature, according to a pre-calibrated dependence of thermoelectric power on cathode temperature. A significant limitation in the application of the proposed method is the condition for the presence of a pulsed glow voltage, which is far from always the operating mode of cathode heating. In addition, as in the previous method, due to a possible change in the structure of the wire and the filling of the heater, the method may not be informative.

Известно техническое решение [полезная модель №19925], включающее мост переменного тока, генератор переменного синусоидального напряжения, включенный между катодом и анодом, операционный усилитель, а также ряд других элементов, собранных в электрическую схему, приведенную в данной работе. С помощью описанного устройства, после задания в цепи катод-анод переменного напряжения, измеряются внутреннее сопротивление лампы и анодный ток. С помощью полученных значений в соответствии с указанной формулой можно получить температуру катода. К недостаткам описанного устройства следует отнести значительное влияние электромагнитных помех на точность измерения температуры, а также, в сравнении с предлагаемым способом, значительную сложность исполнения. Дополнительно стоит отметить, что задание напряжения между электродами, приводящего к токоотбору с катода, особенно при температурах ниже рабочей, при определенных уровнях вакуума может быть нежелательным из-за высокой вероятности травления катода.A technical solution is known [utility model No. 19925], including an alternating current bridge, an alternating sinusoidal voltage generator connected between the cathode and anode, an operational amplifier, as well as a number of other elements assembled in the electrical circuit shown in this paper. Using the described device, after specifying an alternating voltage in the cathode-anode circuit, the internal resistance of the lamp and the anode current are measured. Using the obtained values in accordance with the specified formula, you can get the temperature of the cathode. The disadvantages of the described device include the significant influence of electromagnetic interference on the accuracy of temperature measurement, as well as, in comparison with the proposed method, the significant complexity of execution. In addition, it is worth noting that setting the voltage between the electrodes, leading to current sampling from the cathode, especially at temperatures below the working one, at certain vacuum levels may be undesirable due to the high probability of etching the cathode.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение точности измерения температуры катода в составе пушечного узла или электронного прибора, в том числе имеющего непрозрачный корпус, особенно в условиях временных ограничений.The technical result of the invention is to increase the accuracy of measuring the temperature of the cathode as part of a cannon assembly or an electronic device, including one having an opaque body, especially under time-limited conditions.

Технический результат достигается тем, что способ измерения рабочей температуры катода, включает монтаж катода в составе пушечного узла с одним или несколькими электродами в вакуумный объем с прозрачными для электромагнитного излучения стенками или окном, позволяющими проводить оценку температуры катода пирометрированием. Затем осуществляется определение температуры пирометром при нескольких значениях напряжения и тока накала подогревателя с одновременной регистрацией потенциала заряда одного или нескольких электродов, входящих в состав пушечного узла, относительно катода или с регистрацией тока в цепи катод-электрод(-ы). Далее определяется зависимость потенциала или тока электрода(-ов) от температуры. По измеренному значению потенциала заряда одного или нескольких электродов или измеренному значению тока в цепи катод-элекртод(-ы) определяется непосредственно температура катода.The technical result is achieved by the fact that the method of measuring the operating temperature of the cathode includes mounting the cathode as part of a cannon assembly with one or more electrodes in a vacuum volume with walls or a window transparent for electromagnetic radiation, allowing the cathode temperature to be estimated by pyrometry. Then, the temperature is determined with a pyrometer at several voltage and current values of the heater with simultaneous registration of the charge potential of one or more electrodes that are part of the cannon assembly relative to the cathode or with current detection in the cathode-electrode (s) circuit. Next, the dependence of the potential or current of the electrode (s) on temperature is determined. The measured value of the charge potential of one or more electrodes or the measured value of the current in the cathode-electrode circuit (s) directly determines the cathode temperature.

Предполагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен экспериментальный макет, включенный в электрическую цепь одним из возможных способов. Позициями на фиг. 1 обозначено:The alleged invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows an experimental layout included in an electrical circuit in one of the possible ways. With reference to FIG. 1 is indicated by:

1 - источник питания подогревателя катода постоянного или переменного тока;1 - power source for a cathode heater of direct or alternating current;

2 - измеритель потенциала заряда околокатодного электрода(-ов), например, осциллограф;2 - a meter of the charge potential of the near-cathode electrode (s), for example, an oscilloscope;

3 - металлопористый, оксидный или любой другой катод косвенного или прямого накала;3 - metalloporous, oxide or any other cathode of indirect or direct glow;

4 - электрод, расположенный вблизи катода: сетка, анод, управляющий электрод, их комбинация;4 - electrode located near the cathode: grid, anode, control electrode, their combination;

5 - вакуумная оболочка, например, из стекла или металла с окном для пирометрирования;5 - a vacuum shell, for example, of glass or metal with a window for pyrometry;

Способ измерения температуры эмитирующей поверхности катода реализуется следующим образом: катод (3), температура поверхности которого в последствии будет измеряться, устанавливается в предназначенный для этого блок электродов с одним (4) или более электродами, электрически изолированными от катода, после чего закрепляется с помощью сварки или пайки, предварительно выдержав необходимые размеры, затем полученный блок с катодом помещается в откачиваемый объем (5), который представляет из себя оболочку, прозрачную для ЭМ-излучения или имеющую окно такой прозрачности для возможности контроля температуры катода одним из известных методов, принятом в эксперименте за эталонный способ измерения; выбранный объем с полученным блоком электродов откачивается до вакуума, позволяющего проводить разогрев катода (3) без изменения поверхности катода (3), связанного со взаимодействием материалов поверхности катода с газами, находящимися в околокатодной атмосфере, при котором необходимо проводить калибровку показаний прибора, измеряющего потенциал околокатодного(-ых) электрода(-ов) (4) по температуре поверхности катода (3), измеренной каким-либо эталонным методом, например, с помощью пирометра, для чего с помощью источника питания (1) задается напряжение на выводах подогревателя катода (3) с косвенным накалом (или на прямонакальный катод), имеющего эмитирующую поверхность, которая после разогрева до температур свыше 500°С начинает испускать такое количество электронов, которое позволяет на электроде(-ах) (4), расположенном(-ых) вблизи эмитирующей поверхности катода (3), определить потенциал с помощью любого известного измерителя, например, осциллографа (2), связь которого с установленным напряжением на концах подогревателя и измеренным током в цепи подогревателя и необходимо установить в результате калибровки.The method for measuring the temperature of the emitting surface of the cathode is implemented as follows: the cathode (3), the surface temperature of which will be subsequently measured, is installed in the intended electrode block with one (4) or more electrodes electrically isolated from the cathode, and then fixed by welding or soldering, having previously maintained the required dimensions, then the resulting block with the cathode is placed in the pumped-out volume (5), which is a shell transparent to EM radiation or have th window transparency such a cathode temperature control possibilities of the known techniques adopted in the experiment for measuring a reference method; the selected volume with the obtained electrode block is pumped out to a vacuum, which allows heating the cathode (3) without changing the cathode surface (3) associated with the interaction of the cathode surface materials with gases in the near-cathode atmosphere, at which it is necessary to calibrate the readings of the instrument measuring the near-cathode potential (s) of electrode (s) (4) according to the surface temperature of the cathode (3), measured by any standard method, for example, using a pyrometer, for which, using the power source (1), the voltage at the terminals of the indirectly heated cathode heater (3) (or direct filament cathode) having an emitting surface, which, after heating to temperatures above 500 ° C, starts to emit such an amount of electrons that allows on the electrode (s) (4) located (s) near the emitting surface of the cathode (3), determine the potential using any known meter, for example, an oscilloscope (2), whose connection with the set voltage at the ends of the heater and the measured current in the heater circuit must be established build the calibration.

Сравнение параметров предлагаемого изобретения с аналогами приведено в таблице.A comparison of the parameters of the invention with analogues is given in the table.

Источники информацииSources of information

1. Кудинцева Г.А. и др. Термоэлектронные катоды. Энергия, 1966.1. Kudintseva G.A. and other thermionic cathodes. Energy, 1966.

2. Авт. св-во SU 729690, 25.04.80.2. Auth. St. SU 729690, 04.25.80.

3. Авт. св-во SU 1537066, 30.01.1994.3. Auth. St. SU 1537066, 01/30/1994.

4. Полезная модель №19925, 13.04.2001.4. Utility model No. 19925, 04/13/2001.

Claims

A method for measuring the working temperature of the cathode, including mounting the cathode as a part of a cannon assembly with one or more electrodes in a vacuum volume with walls or a window transparent for electromagnetic radiation, allowing to evaluate the cathode temperature by pyrometry, determining the temperature with a pyrometer at several voltage and current values of the heater with simultaneous registration of the charge potential of one or more electrodes that make up the cannon assembly relative to the cathode or with registration th current in the cathode-electrode (s) circuit, determining the dependence of the potential or current of the electrode (s) on temperature, determining the cathode temperature from the measured value of the charge potential of one or more electrodes or the measured current value in the cathode-electrode (s) circuit .