Способ измерения токов и напряжений электрометрической лампой

 

Изобретение относится к технике электрометрии , в частности, к электрометрическим лампам (ЭМЛ), и может быть использовано для повышения точности измерений с помощью ЭМЛ. Целью изобретения является повышение точности измерений путем уменьшения сеточного тока. Макет ЭМЛ, реализующей предложенный способ, состоит из цилиндрического фторопластового корпуса 1, помещенного в вакуумную камеру исследовательской установки, вольфрамового термокатода 2, закрепленного внутри корпуса 1 на керамическом изоляторе 3, никелевой сетки 4, которая полукольцом охватывает окно в корпусе лампы и крепится на янтарном изоляторе 5, никелевого анода 6 и вторично-электронного умножителя 7. Предложенный способ позволяет снизить сеточный ток ЭМЛ до оптимальной величины без снижения усилительных свойств лампы и дает возможность существенно повысить точность измерения токов и потенциалов в высокоомных цепях при помощи ЭМЛ. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 01 J 21/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I

3 ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1(21) 4183933/24-21 (22) 20. 01 ° 87 (46) 23.09.89. Бюл. Р 35 (71) Уральский политехнический институт им. С.M. Кирова (72) А.С. Портнягин, В.С.Кортов, И.И. Мильман и А.И. Слесарев (53) 621.385(088,8) (56) Илюкович А.М. Техника электрометрии.-M. Энергия, 1976, с. 121.

Бонч-Бруевич А.М. Радиоэлектроника в экспериментальной физике ° -M

Наука, 1966, с. 630. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИИ ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЙ ЛАМПОЙ (57) Изобретение относится к технике электрометрии, в частности к электрометрическим лампам (ЭМЛ), и может быть использовано для повышения точности измерений с помощью ЭМЛ. Целью

„„Я0„„151ОО22 А1

2 изобретения является повышение точности измерений путем уменьшения сеточного тока. Макет ЭМЛ, реализующей предложенный способ, состоит из цилиндрического фторопластового корпуса 1, помещенного::в вакуумную камеру исследовательской установки, вольфрамового термокатода 2, закрепленного внутри корпуса 1 на керамическом изоляторе 3, никелевой сетки 4, которая полукольцом охватывает окно в корпусе лампы и крепится на янтарном изоляторе 5, никелевого анода 6 и вторичноэлектронного умножителя 7. Предложенный способ позволяет снизить сеточный ток ЭМЛ до оптимальной величины, без снижения усилительных свойств лампы и дает возможность существенно повысить точность измерения токов и потенциалов в высокоомных цепях при помощи ЭМЛ. 3 ил.

15 l 0022

Сеточный ток электронной лампы складывается из нескольких составляющих

Хэл электронный ток сети, вызван оседанием на сетку части электронов, летящих от --ата- 35 да к аноду; ток утечки по изоляторам„ ток термоэлектропной эмиссии с сетки, вызван передачей тепла от катода к сетке; 40 ток фотоэмиссии с сетки, вызван воздействием света

Т ф1" Т Ф +Т Фз +Хфф компонента, вызванная световым излучением катода; 45 компонента, вызванная внешним источником света; компонента, вызванная свечением возбужденных молекул остаточного газа; 50 компонента, вызванная сверхмягким рентгеновским излучением с анода; ионный ток, вызван ионами, оседающими на сетку, 55 фэс где I

Ф1

Iwz

ФЗ

Х ф,) Т„ои = Х„,+ Т„,+ +Х... где I, компонента, связанная с ио-. низацией молекул остаточного

Изобретение относится к технике электрометрии, в частности к электрометрическим лампам (ЭМЛ), и может быть использовано для повышения точ5 ности измерений с помощью ЭМЛ.

Цель изобретения — повышение точпости измерепий за счет уменьшения сеточного тока, На фиг, 1 представлена конструк- 10 ция макета ЭМЛ; на фиг ° 2 — схема включения ЭМЛ; на фиг. 3 — зависимость потенциала Б, измеренного электрометрической лампой, от выходного сопротивления источника сигнала. 15

Макет ЭМЛ состоит из цилиндрического фторопластового корпуса 1, помещенного в вакуумную камеру исследовательской установки, вольфрамового термокатода 2, закрепленного внутри 20 корпуса t па керамическом изоляторе

3, никелевой сетки ч (диаметр проволоки 20 мкм, шаг ячейки 0,5 мм), полукольцом охватывающей окно в корпусе лампы и крепящейся на янтарном изоля- 25 торе 5, никелевого анода 6 и вторично-электронного умножителя 7 типа

ВЭУ-7.

ra за электр онами, летящими от катода к аноду;

I компонента, вызванная иона-. ми, эмиттированными с катода, и термоионами, возникающими при попадании молекул остаточного газа на катод;

Х вЂ” компонента вызванная ионаиэ

У ми, образованными при ионизации остаточного газа космическим или радиоактивным излучением окружающей среды;

I — остаточный ток. осг

Основной вклад в сеточный ток у современных ЭМЛ дают компоненты I

Тя,, Т и, Величина Т „=Х эл+Т Фз+Т ф +

+I,„ линейно зависит от тока катода, Величина I = I т,+ IФ,,+ Т ф,зависит от температуры катода, Гсли снижением температуры катода уменьшать катодный ток, то сумма Х, + I будет стремиться к нулю, а пол ый сеточный ток — к э Х т+Т ф2+I „.>+I„которая от катодного тока нс зависит, Суммарное значение компонент сеточного тока, зависящих от тока катода, т,е. сумму I„+ I можно определить по разности полного сеточного тока I, и сеточно-.î тока I с, при I „=

= 0 и при эксплуатационном значении напряжения на сетке Ь, „„„

I1 I2 I . IÑ0Э ".ак лак Х с — Т 1+Т,+Т э, Т со

Значения Т и I„..ìoæío определить с некоторой средней квадратической погрешностью йХ и ьТ соответственно, обусловленной шумовым током сетки и.погрешностью измерительной аппаратуры. Погрешность разности этих значений

d(l j:„)= Й, dI

Необходимо уменьшать ток катода и сетки с номинальной величины I до тех пор, пока сумма компонент сеточного тока, зависящих от тока катода, не станет равна погрешности ее измерения, т.е. до оптимальных величин Т оп 1 Х с, ОAT гдe 4 I с. оп — погрешность определения сеточного тока;

Дальнейшее уменьшение тока катода не приводит к с нижению е еточ ног о тока, так как последний полностью определяется компонентами, независимым от катодного тока

1510022 с. onт. — 3

Условие, определяющее сеточный ток, равный оптимальному

Ic. опт Iñî со> является необходимым и достаточным для определения оптимального тока катода I„оп,,. Здесь I с.о„ - значение сеточнОГО тОка при I 1 а 4Х погрешность его определения. Так как внутри рабочего, диапазона Uс максимальный катодный ток, а следовательно, и максимальное значение I, наблюпа ется при U = Пс « <, то выбор

Iz,„, должен производиться при U

П с. чик

Из всех компонент сеточного тока лишь злектронная имеет сильную зависимость от потенциала управляющей сетки -yO„ кт

Тýë - Тк е ь поэтому снижение тока катода по I„,„ позволя ет расширить раб очий диапазон сеточного потенциала в область положительных значений без существенного увеличения сеточного тока.

Однако снижение тока катода приводит к потере усилительных свойств

ЭМЛ. Чтобы предотвратить это явление, поток электронов, прошедших сквозь управляющую сетку, перед анодом усиливают при помощи дополнительно введенного электронного умножителя. Коэффициент усиления К умножителя выбирают так, чтобы при снижении ка.тодного тока анодный ток оставался неизменным

I K j(QM

Ik. on>

Таким образом, способ позволяет понизить сеточный ток ЭМЛ до величины Х „= Х +1 +Х»+I,,без снижения усилительных свойств лампы и позволяет существенно повысить точность измерения токов и потенциалов в высокоомных цепях при помощи ЭМЛ.

Пример реализации .способа иллюстрирован на макете лампы, конструкция которой приведена на фиг. l.

В исходном режиме лампа работает без электронного умножителя. При токе катода Х н „= 10 А, анодном нап-6 ряжении 10 В и потенциале сетки U

= + 5 В сеточный ток составляет 7,3

10 А. Он измеряется по скорости заряда эталонного конденсатора, подключенного к сетке лампы. Минимальный сеточный ток наблюдается при U с =-2 В и составляет 10 А.

Для измерения напряжений в высокоомных цепях предварительно изучена анодно-сеточная характеристика лампы — зависимость анодного тока I от потенциала сетки U . Дальнейшее измерение потенциала на сетке лампы осуществляют по величине анодного тока.

Схема включения ЭМЛ при измерении напряжения в высокоомных цепях приведена на фиг, 2. Измеряемое напряжение

Б и„ подается от источника питания постоянного тока и контролируется цифровым вольтметром 8. Высокое вы ходное сопротивление источника питания моделируется резистором Rä,q,âeëè20 чина которого варьируется от 10 до м lО Ом. Анодный ток лампы измеряют при помощи шунта R и вольтметра 9.

С(На фиг. 3 показаны зависимости показаний ЭМЛ (приведенные через анодно25 сеточную характеристику лампы к величине U ) от номинального сопротивления резистора К для двух значений

U „„:+5В (кривая 10) и 2В (кривая 11).

При Р, большем 10 Ом, в первом доГ

11 случае, и 10 Ом во втором показания ЭМЛ существенным образом отличаются от измеряемого напряжения

Различие между значениями U . и U „, т.е. погрешность измерения, возникает за счет протекания сеточного тока через выходное сопротивление источника питания R,< при больших номиналах посл еднег о, Способ осуществляют следующим об40 разом.

Температуру катода уменьшают путем снижения напряжения накала катода

U . Усиление потока электронов, прошедших сквозь управляющую сетку, 45 обеспечивается дополнительно установленным между сеткой и анодом электронным умножителем. Серия измерений сеточного тока при различных токах катода позволяет определить вид за50 висимости величины сеточного тока от тока катода. Путем экстраполяции по-. лученной зависимости определяют 06ласть катодного тока, где может выполняться условие

2 2

Т вЂ” Ico = QIc. + Т

Оптимальный так катода определен по результатам нескольких измерений внутри этой области и составляет

1510022 гдe dC, 4Б, dt — средние квадрати- 35 чеекие погрешности определения величин С, Г и t соответственно.

Г1етодика измерения I несколько отличается. На сетку подают потенциал . цс, „, цепь сетки разрывают и на вре- "0 мя t выключают накал катода. По истечении этого времени включают накал катода и измеряют уход напряжения на сетке U от первоначального значения Uc „, к ° 45

Контрольные измерения сеточного тока при р,азличных напряжениях на управляющей сетке показывают, что cefl точный ток не превышает 9 ° 10 Ь во всем рабочем диапазоне Бс.

Измерение напряжения в высокоомной цепи после реализации предлагаемого способа проводят при тех же условиях, что и измерения в иаходном режиме, Иа фиг. 3 кривая 12 изображает 55 экспериментальную зависимость показаний ЭМЛ от выходного сопротивления источника питания при U „„ =+5 8. Кри50

1,6 10 А. Коэффициент усиления электронного потока выбирается по соотношению

Т к. ном

К 5

Ус К. ОПГ и равен К,= 6,25 ° 1О ° Сеточный ток при I „оп и U .„„« =+58 составляет

I = 3 ° 10 + 1,5 10 "А, а сеточный ток при Ue. a =+58 и I„=O равен

1са= 1" + 1э5 10 A

Сеточный ток 1,,„, измеряют по следующей методике, На сетку подают потенциал U, = +58, затем цепь сетки разрывают и по скорости разряда собственной емкости сетки определяют ток

C U

I с (20 где С вЂ” емкость сетки; небольшое, порядка 57, изменение сеточного потенциала вбилизи значения U „,, определяемое по изменению тока 25 анода и анодно-сеточной характеристике; с — интервал времени, необходимый для изменения сеточного потенциала на 30

Погрешность определения I,„составляет вая 13 показывает такую же зависимость при U „=-2 В. Обнаруживается совпадение показаний ЭМЛ, приведенных к и значений U„„во всем диапазоне варьирования В.„... т. е. погрешность измерения, обусловленная сеточным током, не наблюдается. Ожидается, что эта погрешность будет возрастать лишь при R«qъ 10 Ом, однако отсутствие и калиброванных резисторов с номиналами выше 1.0 "Ом не позволяет выявить этого

Таким образом, предлагаемый способ позволяет существенно повысить точность измерения напряжений в высокоомных цепях при помощи электрометрической лампы за счет уменьшения ее сеточного тока. Аналоги- но улучшается точность измерения тока, заряда и сопротивления в в сокоомных цепях. формула изобретения

Способ измерения токов и напряжений электрометрической лампой, включающий снижение температуры катода для уменьшения токов катода и сетки с номинальных величин соответственно I,< „„. I,,,„, до оптимальных плуатационном значении напряжения па сетке U „„ подачу измеряемого напряжения на сетку, определение величины измеряемых напряжений или токов по величине анодного тока, о тл и ч а ю m и и с я тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения сеточного тока, значение тока катода Х„оп выбирают так, чтобы сеточный ток I óìåíûïèëñÿ до величины, опр ед ел я емой из соотношения .Г 2

Ic, опт Тсо = 4Тс,опт+ со у где I, — сеточный ток при I = О, С. Опт 9

GI — средние квадратические погрешности определения соот-. ветственно величин I „„и

ca а у введенного между управляющей сеткой и анодом электронного умножителя коэффициент К ус усиления электронного потока выбирают из соотношения

I к.ком

К

У

1510022 /НИХ

005(Ops) Составитель Н. Логутко

Техред А. Кравчук Корр ект о р М. Шар о щи

Редактор А. Мотыль

Заказ 5824/53 Тираж 696 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина,101