Способ определения расстояния между электродами вакуумированного электровакуумного прибора (варианты)

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам определения расстояния между электродами электровакуумных приборов (ЭВП). Техническим результатом является обеспечение возможности определения с высокой точностью наименьшего расстояния между электродами ЭВП при изменении температуры его элементов. Для этого снимают вольтамперную характеристику (ВАХ) тока I_0ck с находящейся под отрицательным потенциалом сетки от напряжения U_ск между катодом и сеткой ЭВП при токе накала I_но=0, соответствующем заданной начальной температуре, при которой происходит сборка электронной пушки ЭВП, и ВАХ тока I_1cк с сетки при заданной величине тока накала I_нз>0, соответствующей установленной повышенной температуре, строят на графике зависимости логарифмов этих токов IgI_0ск и 1gI_1ск от величины 1/U_ск, на линейных участках этих зависимостей, соответствующих режиму тока автоэлектронной эмиссии с сетки, выбирают две точки, удовлетворяющие условию lgI_0ск=lgI_1ск, находят соответствующие им величины 1/U_0ск и 1/U_1cк и вычисляют значения напряжений U_0ск U_1ск, затем вычисляют величину расстояния d_1ск между сеткой и катодом при заданной величине тока накала I_нз по формуле: d_1ск=d_0ск(U_1ск/U_0ск), где d_0ск - заданное расстоянии между сеткой и катодом, полученное в процессе сборки электронной пушки при заданной начальной температуре. Во втором варианте аналогично определяют расстояние между сеткой и анодом ЭВП, где анод является источником тока автоэлектронной эмиссии. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к электронной технике, а конкретно к технологии изготовления электровакуумных приборов (ЭВП), а именно к способам определения расстояния между электродами вакуумированных электровакуумных приборов, а также к способам контроля изменения этих расстояний при изменении температуры элементов ЭВП.

При создании ЭВП, в том числе СВЧ-приборов пролетного типа, возникают трудности, связанные с необходимостью решения задачи определения расстояний (или изменений расстояний) между электродами вакуумированных электровакуумных приборов на конечных этапах их изготовления, а также при эксплуатации ЭВП, так как эти расстояния являются определяющими в получении параметров ЭВП. Знание изменений расстояний между электродами ЭВП в результате изменения температуры элементов ЭВП позволяет с упреждением оптимизировать эти расстояния на ранних этапах изготовления ЭВП.

Особенно эта задача актуальна для ЭВП с высокой вероятностью электрического пробоя, так как изменение расстояний между электродами ЭВП в процессе их испытаний и эксплуатации приводит к повышению частоты возникновения электрических пробоев между электродами. Наиболее критичным расстоянием при возникновении пробоев является наименьшее расстояние между электродами ЭВП. Таким образом, определение наименьших расстояний между электродами вакуумированного ЭВП позволяет осуществить более точное построение технологии высоковольтной тренировки ЭВП для обеспечения необходимого коэффициента запаса по напряжению, а также позволяет с упреждением уточнить геометрические размеры электродов и других элементов ЭВП на ранних стадиях проектирования и изготовления. Кроме того, возможность определения расстояний между электродами вакуумированных ЭВП позволяет производить контроль качества готовых ЭВП и пригодности их к эксплуатации с целью предупреждения выхода из строя дорогостоящих ЭВП и аппаратуры, для которой они предназначены.

Известен оптический способ измерения расстояний между электродами ЭВП с использование измерительного микроскопа. Измерения проводят через оптически прозрачные материалы вакуумных оболочек ЭВП. Способ включает измерение расстояния от плоскости одного электрода до плоскости другого электрода в перпендикулярном направлении к этим плоскостям с последующим вычетом из разности этих расстояний известной толщины электрода, наиболее близкого к микроскопу. Таким способом могут проводиться измерения расстояния между холодными электродами, а затем между этими электродами в процессе изменения температуры элементов ЭВП, например, при их нагреве после включения цепи накала катода. Такие измерения могут быть проведены также на любом этапе нагрева или охлаждения элементов ЭВП и, соответственно, могут быть определены изменения расстояний между электродами.

Недостатки известного способа заключаются в следующем:

- способ измерения требует прозрачной оболочки ЭВП в силу методики измерения расстояния;

- если оболочка ЭВП оптически непрозрачна, то измерения расстояний могут быть проведены только на специально изготовленном для этих целей макете, что снижает информативность измерений, так как не позволяет провести эти измерения всех изготавливаемых приборов;

- в силу характера измерений (только в специальных макетах) нет возможности осуществить контроль расстояний между электродами и изменений этих расстояний на любом этапе технологического процесса изготовления ЭВП и при его эксплуатации;

- измерения расстояний между электродами проводятся только в локальном месте, причем неизвестно наибольшее или наименьшее расстояние между электродами в этом локальном месте, что требует проведения множества подобных измерений,

- измерение невозможно, если электрод, ближайший к средству измерения, как правило, микроскопу, закрывает своей поверхностью удаленный электрод.

Наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом) является способ определения расстояний между элементами ЭВП, в том числе между его электродами при изменении температуры [1]. Способ заключается в том, что, зная расстояние между электродами в холодном состоянии, которое задается в процессе сборки системы электродов до герметизации ЭВП и его откачки, а также зная температуры элементов ЭВП в нагретом состоянии и коэффициенты их термического расширения, вычисляются расстояния между электродами ЭВП в нагретом состоянии, то есть при изменении температуры.

Известно, что при повышении температуры длина отдельного элемента ЭВП [1, 2] определяется по формуле:

L=L₀(1+βT),

где L - искомая длина элемента при температуре Т, L₀ - длина элемента при температуре Т₀, β - коэффициент термического расширения элемента при температуре Т.

Аналогично при повышении температуры определяется длина другого элемента. Зная коэффициенты термического расширения этих элементов, их размеры (длины элементов в рассматриваемом направлении), температуры и расстояние между элементами при температуре Т₀, можно определить и расстояние между элементами при температуре Т.

Расчет расстояния между электродами ЭВП при нагреве соответствует учету всех элементов конструкции ЭВП, которые участвуют в термическом расширении в направлении искомого расстояния. В общем виде расстояние между электродами ЭВП определяется формулой:

d=Σ₂L_J0(1+β_j2T_j2)-Σ₁L_k0(1+β_k1T_k1),

где d - искомое расстояние между двумя соседними электродами; L_j0 - длина j-го элемента конструкции вывода одного из электродов ЭВП при температуре Т₀ вдоль направления искомого расстояния от общей базы электродов; β_j2 - коэффициент термического расширения материала j-го элемента конструкции вывода одного из электродов ЭВП при температуре T_j2≠T₀; L_k0 - длина k-го элемента конструкции другого из электродов ЭВП при температуре Т₀ вдоль направления искомого расстояния от общей базы электродов; β_k1 - коэффициент термического расширения материала k-го элемента конструкции вывода другого из электродов ЭВП при температуре T_k1≠T₀. Значки Σ₂ и Σ₁ соответствуют алгебраической сумме длин элементов конструкции каждого из двух соседних электродов, между которыми измеряется расстояние.

Способ-прототип позволяет определить среднее расстояние между электродами ЭВП и не дает возможности определить наименьшее расстояние между ними, которое является наиболее критичным при возникновении пробоев. Кроме того, он обладает рядом недостатков (зависимость КТР материалов элементов ЭВП от способа их изготовления; изменение КТР в процессе работы ЭВП; сложность и неоднозначность измерения КТР материалов; невозможность точной оценки температуры каждого из элементов и др.), которые в совокупности приводят к низкой точности и, как следствие, к недостоверности данных, полученных при определении расстояний между электродами вакуумированного ЭВП.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность определения с высокой точностью наименьшего расстояния между электродами вакуумированного ЭВП при изменении температуры его элементов не только на этапах производства, но и при эксплуатации в аппаратуре и после длительного хранения ЭВП. Предлагаемый способ достаточно прост, не требует использования специальных средств, усложняющих конструкцию ЭВП, и сложной дорогостоящей аппаратуры.

В первом варианте изобретения предлагается способ определения расстояния между сеткой и катодом вакуумированного электровакуумного прибора, заключающийся в том, что при заданном расстоянии между сеткой и катодом, полученном в процессе сборки электронной пушки электровакуумного прибора при заданной начальной температуре, вычисляют расстояние между сеткой и катодом при установленной повышенной температуре, при этом в вакуумированном электровакуумном приборе, в котором вывод сетки соединен с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения, а вывод катода соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения при токе накала I_но=0, снимают вольтамперную характеристику тока с сетки I_0ск от напряжения U_ск между сеткой и катодом, расположенными на заданном расстоянии d_0cк, полученном в процессе сборки электронной пушки при заданной начальной температуре, устанавливают заданную величину тока накала I_нз, где I_нз>0, соответствующую установленной повышенной температуре, и при этом токе накала снимают вольтамперную характеристику тока с сетки I_1ск от напряжения U_ск между сеткой и катодом, вычисляют логарифмы токов с сетки lgI_0ск и lgI_1ск и соответствующие им величины 1/U_ск, строят на одном графике зависимости логарифмов токов с сетки lgI_0cк и lgI_1ск от величины 1/U_ск, выбирают на этих зависимостях линейные участки, соответствующие режиму тока автоэлектронной эмиссии с сетки, выбирают на линейных участках этих зависимостей две любые точки, соответствующие условию lgI_0ск=lgI_1ск, находят величины 1/U_0ск и 1/U_1ск, соответствующие выбранным точкам на линейных участках указанных зависимостей, и вычисляют значения напряжений U_0ск и U_1ск, после чего вычисляют величину расстояния d_1cк между сеткой и катодом при заданной величине тока накала I_нз по формуле:

d_1ск=d_0ск (U_1ск/U_0ск)

Во втором варианте изобретения предлагается способ определения расстояния между сеткой и анодом вакуумированного электровакуумного прибора, заключающийся в том, что при заданном расстоянии между сеткой и анодом, полученном в процессе сборки электронной пушки электровакуумного прибора при заданной начальной температуре, вычисляют расстояние между сеткой и анодом при установленной повышенной температуре, при этом в вакуумированном электровакуумном приборе, в котором выводы сетки и катода соединены с положительным полюсом источника постоянного напряжения, а вывод анода соединен с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения при токе накала I_но=0, снимают вольтамперную характеристику тока с анода I_0ca от напряжения U_ca между сеткой и анодом, расположенными на заданном расстоянии d_0ca; полученном в процессе сборки электронной пушки при заданной начальной температуре, устанавливают заданную величину тока накала I_нз, где I_нз>0, соответствующую установленной повышенной температуре, и при этом токе накала снимают вольтамперную характеристику тока с анода I1_ca от напряжения U_ca между сеткой и анодом, вычисляют логарифмы токов с анода lgI_0ca и lgI_1ca и соответствующие им величины 1/U_ca, строят на одном графике зависимости логарифмов токов с анода lgI_0ca и lgI_1ca от величины 1/U_ca, выбирают на этих зависимостях линейные участки, соответствующие режиму тока автоэлектронной эмиссии с анода, выбирают на линейных участках этих зависимостей две любые точки, соответствующие условию lgI_0ca=lgI_1ca, находят величины 1/U_0ca и 1/U_1ca, соответствующие выбранным точкам на линейных участках указанных зависимостей, и вычисляют значения напряжений U_0ca и U_1ca, после чего вычисляют величину расстояния d_1ск между сеткой и анодом при заданной величине тока накала I_нз по формуле:

d_1ca=d_0ca (U_1ca/U_0ca).

Предлагаемый способ определения расстояния между электродами (между сеткой и катодом или между сеткой и анодом) вакуумированного электровакуумного прибора основан на измерении вольтамперной характеристики (ВАХ), то есть зависимости тока с одного из электродов (находящегося под отрицательным потенциалом и не являющегося при этом катодом ЭВП) от напряжения между этими электродами. Указанная полярность электродов исключает возможность возникновения тока термоэлектронной эмиссии с катода и обеспечивает наличие тока автоэлектронной эмиссии с электрода, находящегося под отрицательным потенциалом. Известно, что ток автоэлектронной эмиссии идет с того участка электрода с отрицательным потенциалом, который находится на наименьшем расстоянии от другого электрода, находящегося под положительным потенциалом. Это позволяет по смещению ВАХ тока автоэлектронной эмиссии при изменении температуры судить об изменении наименьшего расстояния между электродами ЭВП, а затем по формулам рассчитать это измененное наименьшее расстояние. Таким образом, предлагаемый способ дает возможность определения наименьшего расстояния между электродами вакуумированного ЭВП при изменении температуры с использованием для снятия ВАХ простых средств имеющегося технологического оборудования с минимальной трудоемкостью и расчетом расстояния между электродами с использованием простых математических формул. При этом предлагаемый способ обеспечивает высокую точность определения наименьшего расстояния между электродами вакуумированного ЭВП при изменении температуры (как на конечных этапах изготовления ЭВП, так и при его эксплуатации в аппаратуре, а также после его длительного хранения), так как точность зависит от погрешности измерения токов и напряжений при снятии вольтамперных характеристик. Эта погрешность, как правило, не превышает 2%, что достаточно для решения поставленной технической задачи.

Предлагаемый способ определения расстояния между электродами основывается на смещении зависимости тока автоэлектронной эмиссии от напряжения при изменении температуры, то есть при установленной повышенной температуре (после нагрева) ЭВП относительно той же зависимости при заданной начальной температуре (без нагрева).

Известно, что ток автоэлектронной эмиссии с электрода, находящегося под отрицательным потенциалом, определяется напряженностью электрического поля [3-5]. Для одной и той же системы электродов ток автоэлектронной эмиссии будет одной и той же величины при изменении расстояния между электродами в том случае, если напряженность электрического поля между этими электродами также одна и та же [2, 4]. Поэтому после снятия зависимостей тока автоэлектронной эмиссии от напряжения при заданной начальной температуре и при установленной повышенной температуре за критерий равенства напряженностей электрического поля принимается одна и та же величина тока автоэлектронной эмиссии на этих участках ВАХ.

К особенностям снятия зависимостей тока автоэлектронной эмиссии от напряжения между электродами относится необходимость отрицательной полярности напряжения на другом электроде по отношению к источнику термоэлектронной эмиссии - к катоду ЭВП. Поэтому в первом варианте предлагаемого изобретения устанавливается отрицательный потенциал на сетке относительно катода для промежутка сетка-катод, где сетка является источником тока автоэлектронной эмиссии. Во втором варианте предлагаемого изобретения устанавливается положительный потенциал сетки относительно анода для промежутка сетка-анод, где анод является источником тока автоэлектронной эмиссии, при этом влияние тока термоэлектронной эмиссии с катода на анод на результаты измерений в промежутке сетка-анод исключают за счет объединения катода и сетки под одним положительным потенциалом.

После снятия зависимостей тока от напряжения между двумя выбранными электродами при заданной начальной температуре и при установленной повышенной температуре графики этих зависимостей строят в координатах, принятых для исследований токов автоэлектронной эмиссии [4], то есть вычисляют величины логарифмов токов и соответствующие им обратные величины напряжений. Затем строят графики зависимостей логарифмов токов от обратных величин напряжений и на этих графиках выбирают участки резкого роста тока, которые при одних и тех же обратных величинах напряжений являются линейными и соответствуют току автоэлектронной эмиссии. Так как критерием равенства напряженностей электрического поля в зазоре между электродами является условие равенства токов автоэлектронной эмиссии, то на линейных участках зависимостей логарифмов токов от обратных величин напряжений выбирают две точки с одной и той же величиной логарифма тока (с одной и той же напряженностью электрического поля) и по этим двум точкам определяют обратные величины напряжений, а затем вычисляют сами величины напряжений. Далее по выбранным формулам вычисляют расстояния между электродами при установленной повышенной температуре, так как напряженность электрического поля между двумя электродами определяется напряжением и расстоянием между этими электродами.

Изобретение поясняется чертежами.

На Фиг.1 показаны зависимости тока с сетки на катод от величины напряжения между этими электродами для первого варианта изобретения.

На Фиг.2 показаны зависимости логарифмов токов с сетки на катод от обратной величины напряжения для первого варианта изобретения.

На Фиг.3 показаны зависимости тока с анода на сетку от величины напряжения между этими электродами для второго варианта изобретения.

На Фиг.4 показаны зависимости логарифмов токов с анода на сетку от обратной величины напряжения для второго варианта изобретения.

На графиках зависимостей токов I_0ск, I_1cк с сетки на катод от величины напряжения U_ск между сеткой и катодом для первого варианта изобретения (фиг.1) токи указаны в мА, а напряжения в кВ. Пунктирная кривая соответствует току с сетки на катод I_0ск при заданной начальной температуре, соответствующей температуре сборки электронной пушки ЭВП. Сплошная кривая соответствует току с сетки на катод I_1cк при установленной повышенной температуре.

В соответствии с графиками, показанными на фиг.1, построены графики зависимостей логарифмов токов с сетки на катод lgI_0ск, lgI_1ск от обратной величины напряжения 1/U_ск для первого варианта изобретения (фиг.2). Пунктирная кривая соответствует логарифмам токов с сетки на катод lgI_0ск при заданной начальной температуре, соответствующей температуре сборки электронной пушки ЭВП. Сплошная кривая соответствует логарифмам токов с сетки на катод lgI_1ск при установленной повышенной температуре. Тонкая горизонтальная пунктирная линия соответствует равным значениям логарифмов токов с сетки на катод lgI_0ск=lgT_1ск на линейных участках ВАХ, соответствующих токам автоэлектронной эмиссии. Соответствующие одной и той же величине напряженности электрического поля точки пересечения этой тонкой горизонтальной пунктирной линии с зависимостями lgI_0ск от 1/U_ск и lgI_1ск от 1/U_cк определяют значения обратных величин напряжения 1/U_0ск и 1/U_1ск между сеткой и катодом при заданной начальной температуре, обозначенной тонкой штрихпунктирной линией (U_0ск=Const), и при установленной повышенной температуре, обозначенной двойной штрихпунктирной линией (U_1cк=Const).

По определенным значениям 1/U_0ск и 1/U_1ск вычисляют напряжение U_0ск между сеткой и катодом при заданной начальной температуре и напряжение U_1ск при установленной повышенной температуре. Так как одинаковой величине напряженности электрического поля соответствует одинаковый ток автоэлектронной эмиссии, то при изменении расстояния между электродами выполняется соотношение:

E_ск=U_0ск/d_0ск=U_1ск/d_1ск,

где E_ск - напряженность электрического поля между электродами сетка и катод;

d_0ск - расстояние между сеткой и катодом, полученное в процессе сборки электронной пушки при заданной начальной температуре;

d_1ск - расстояние d_1ск между сеткой и катодом при установленной повышенной температуре;

U_0cк - напряжение между сеткой и катодом, соответствующее расстоянию между сеткой и катодом d_0ск;

U_1ск - напряжение между сеткой и катодом, соответствующее расстоянию между сеткой и катодом d_1ск.

На основании этого соотношения вычисляем расстояние d_1ск между сеткой и катодом ЭВП при установленной повышенной температуре по формуле:

d_1ск=d_0ск(U_1ск/U_0ск).

На графиках зависимостей токов I_0ca, I_1ca с анода на сетку от величины напряжения между сеткой и анодом U_ca для второго варианта изобретения (фиг.3) токи указаны в мА, а напряжения в кВ. Пунктирная кривая соответствует току с анода на сетку I_0ca при заданной начальной температуре, соответствующей температуре сборки электронной пушки ЭВП. Сплошная кривая соответствует току с анода на сетку I_1ca при установленной повышенной температуре.

В соответствии с графиками, показанными на фиг.3, построены графики зависимостей логарифмов токов с анода на сетку lgI_0ca и lgI_1ca от обратной величины напряжения 1/U_ca для второго варианта изобретения (фиг.4). Пунктирная кривая соответствует логарифмам токов с анода на сетку lgI_0ca при заданной начальной температуре, соответствующей температуре сборки электронной пушки ЭВП. Сплошная кривая соответствует логарифмам токов с анода на сетку lgI_1ca при установленной повышенной температуре. Тонкая горизонтальная пунктирная линия соответствует равным значениям логарифмов токов с анода на сетку lgI_0ca=lgI_1ca на линейных участках ВАХ, соответствующих токам автоэлектронной эмиссии. Соответствующие одной и той же величине напряженности электрического поля точки пересечения этой тонкой горизонтальной пунктирной линии с зависимостями lgI_0ca от 1/U_ca и lgI_1ca от 1/U_ca определяют значения обратных величин напряжения 1/U_0ca и 1/U_1ca между анодом и сеткой соответственно при заданной начальной температуре, обозначенной тонкой штрихпунктирной линией (U_0ca=Const), и при установленной повышенной температуре, обозначенной двойной штрихпунктирной линией (U_1ca=Const).

По определенным значениям 1/U_0ca и 1/U_1ca вычисляют напряжение между сеткой и анодом при заданной начальной температуре U_0ca и напряжение при установленной повышенной температуре U_1ca. Так как одинаковый ток автоэлектронной эмиссии определяется одинаковой величиной напряженности электрического поля, то при изменении расстояния между электродами имеем соотношение:

Е_са=U_0са/d_0ca=U_1ca/d_1ca,

где Е_са - напряженность электрического поля между электродами сетка и анод;

d_0ca - расстояние между сеткой и анодом, полученное в процессе сборки электронной пушки при заданной начальной температуре;

d_1ca - расстояние d_1ca между сеткой и анодом при установленной повышенной температуре;

U_0ca - напряжение между сеткой и анодом, соответствующее расстоянию между сеткой и анодом d_0ca;

U_1ca - напряжение между сеткой и анодом, соответствующее расстоянию между сеткой и анодом d_1ca.

На основании этого соотношения вычисляем расстояние d_1ca между сеткой и анодом электронной пушки при установленной повышенной температуре по формуле:

d_1ca=d_0ca(U_1ca/U_0ca)

Таким образом, предлагаемый способ основывается на замеченном и исследованном характере изменения зависимостей токов автоэлектронной эмиссии от напряжения между электродами ЭВП на разных этапах технологического процесса высоковольтной тренировки: с применением и без применения тока накала катода. Установлено, что при разогреве катода зависимость тока автоэлектронной эмиссии от напряжения смещается по отношению к этой же зависимости при равенстве тока накала катода нулю, что позволило установить связь между смещением этих зависимостей с изменением расстояния между электродами ЭВП. Определив согласно предлагаемому способу расстояния между сеткой и катодом, а также между сеткой и анодом, можно рассчитать расстояние между катодом и анодом.

Проведенные измерения и расчеты позволяют скорректировать электронно-оптическую систему ЭВП с целью ее оптимизации.

Примеры конкретного выполнения

Пример 1

Проводилось определение расстояния между сеткой и катодом d_1ск в электронной пушке мощного отпаянного клистрона на этапе высоковольтной тренировки прибора при установленной повышенной температуре электронной пушки 160°С, соответствующей току накала 14 А (температура катода составляла 1100°С). Расстояние d_1ск определялось относительно расстояния между сеткой и катодом d_0ск=0,8 мм, полученного в процессе сборки электронной пушки при заданной начальной температуре 22°С. Расстояние d_0ск обеспечивалось калиброванными оправками.

После сборки клистрона проведена его откачка. Так как соединения в электронной пушке клистрона неразъемные, расстояния между электродами клистрона после откачки остались такими же, как и были установлены в процессе сборки при заданной начальной температуре сборки пушки ЭВП. В процессе высоковольтной тренировки на стенде предварительной тренировки СВЧ-изделий снимались зависимости токов с сетки на катод от напряжения между этими электродами (ВАХ) в холодном состоянии (при температуре 22°С) и в нагретом состоянии электронной пушки (при температуре 160°С). На основании проведенных измерений построены вольтамперные характеристики, приведенные на Фиг.1, а затем построены соответствующие зависимости логарифмов токов от обратных величин напряжений между сеткой и катодом, которые приведены на Фиг.2. Из графиков на фиг.2 видно, что двум точкам, выбранным на линейных участках ВАХ согласно условию lgI_0ск=lgI_1ск=2,6, соответствуют величины 1/U_0ск=0,0714 и 1/U_1ск=0,083, из которых следует, что U_0ск=14,1 кВ и U_1ск=12,1 кВ. Далее вычисляют расстояние d_1ск между сеткой и катодом:

d_1ск=0,8·(12,1/14,1)=0,69 мм.

Таким образом, в процессе высоковольтной тренировки при температуре электронной пушки 160°С расстояние между сеткой и катодом (которое является наименьшим расстоянием между этими электродами) уменьшилось после разогрева на 13,75%. Зная изменение расстояния между сеткой и катодом, можно рассчитать требуемый коэффициент запаса по напряжению в процессе высоковольтной тренировки для обеспечения электрической прочности электронной пушки клистрона.

Пример 2

Аналогичным образом проводилось определение расстояния между сеткой и анодом d_1ca в электронной пушке мощного отпаянного клистрона на стенде предварительной тренировки СВЧ-изделий при установленной повышенной температуре электронной пушки 160°С, соответствующей току накала 14 А (температура катода составляла 1100°С). Расстояние d_1ca определялось относительно расстояния между сеткой и анодом d_0ca=3,5 мм, полученного в процессе сборки электронной пушки при заданной начальной температуре 22°С. Расстояние d_0ca обеспечивалось калиброванными оправками.

В процессе высоковольтной тренировки клистрона на стенде предварительной тренировки СВЧ-изделий после его откачки снимались зависимости токов с анода на сетку от напряжения между этими электродами (ВАХ) в холодном состоянии (при температуре 22°С) и в нагретом состоянии пушки (при температуре 160°С). На основании проведенных измерений построены вольтамперные характеристики, которые приведены на Фиг.3, а затем построены соответствующие зависимости логарифмов токов от обратных величин напряжений между сеткой и анодом, приведенные на Фиг.4. Из графиков на фиг.4 видно, что двум точкам, выбранным на линейных участках ВАХ согласно условию Igl_0ca=Igl_1ca=2,54, соответствуют величины 1/U_0ca=0,0262 и 1/U_1ca=0,0266, из которых следует, что U_0ca=38,17 кВ и U_1ca=37, 59 кВ. Далее вычисляют расстояние d_1ca между сеткой и анодом:

d_1ca=3,5·(37,59/38,17)=3,447 мм.

Из этого следует, что в процессе высоковольтной тренировки минимальное расстояние между сеткой и анодом после разогрева (до температуры 160°С) уменьшилось на 1,51%. В данном случае изменение минимального расстояния между сеткой и анодом мало и существенно не влияет на коэффициент запаса по напряжению в процессе высоковольтной тренировки клистрона, но это изменение расстояния может быть учтено при расчетах электронно-оптической системы ЭВП.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить дополнительную информацию о процессах изменения расстояний между электродами отпаянного ЭВП в его рабочих режимах без использования специальной аппаратуры и без усложнения конструкции ЭВП.

Источники информации

1. Гладков А.С., Подвигина О.П., Чернов О.В. Пайка деталей электровакуумных приборов. - М.: Энергия, 1967, с.90-91.

2. Ковалевский Р.Е., Чекмарев А.А. Конструирование и технология вакуумно-плотных паяных соединений. - М.: Энергия, 1968, с.87-89.

3. Сливков И.Н., Михайлов В.И., Сидоров Н.И., Настюха А.И. Электрический пробой и разряд в вакууме. - М.: Атомиздат, 1966, с.21-25.

4. Латам Р. Вакуумная изоляция установок высокого напряжения. Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с.18-21.

5. Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электроника. - М.: Наука, 1966, с.408, 410, 425, 426.

1. Способ определения расстояния между сеткой и катодом вакуумированного электровакуумного прибора, заключается в том, что при заданном расстоянии между сеткой и катодом, полученном в процессе сборки электронной пушки электровакуумного прибора при заданной начальной температуре, вычисляют расстояние между сеткой и катодом при установленной повышенной температуре, отличающийся тем, что в вакуумированном электровакуумном приборе, в котором вывод сетки соединен с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения, а вывод катода соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения при токе накала I_но=0, снимают вольтамперную характеристику тока с сетки I_0ск от напряжения U_ск между сеткой и катодом, расположенными на заданном расстоянии d_0ск, полученном в процессе сборки электронной пушки при заданной начальной температуре, устанавливают заданную величину тока накала I_нз, где I_нз>0, соответствующую установленной повышенной температуре, и при этом токе накала снимают вольтамперную характеристику тока с сетки I_1ск от напряжения U_ск между сеткой и катодом, вычисляют логарифмы токов с сетки lgI_0ск и lgI_1ск и соответствующие им величины 1/U_ск, строят на одном графике зависимости логарифмов токов с сетки lgI_0ск и lgI_1ск от величины 1/U_ск, выбирают на этих зависимостях линейные участки, соответствующие режиму тока автоэлектронной эмиссии с сетки, выбирают на линейных участках этих зависимостей две любые точки, соответствующие условию lgI_0ск и lgI_1ск, находят величины 1/U_0ск и 1/U_1ск, соответствующие выбранным точкам на линейных участках указанных зависимостей, и вычисляют значения напряжений U_0ск и U_1ск, после чего вычисляют величину расстояния d_1ск между сеткой и катодом при заданной величине тока накала I_нз по формуле:
d_1ск=d_0ск(U_1ск/U_0ск).

2. Способ определения расстояния между сеткой и анодом вакуумированного электровакуумного прибора заключается в том, что при заданном расстоянии между сеткой и анодом, полученном в процессе сборки электронной пушки электровакуумного прибора при заданной начальной температуре, вычисляют расстояние между сеткой и анодом при установленной повышенной температуре, отличающийся тем, что в вакуумированном электровакуумном приборе, в котором вывод сетки и катода соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения, а вывод анода соединен с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения при токе накала I_но=0, снимают вольтамперную характеристику тока с анода I_0ca от напряжения U_ca между сеткой и анодом, расположенными на заданном расстоянии d_0ca, полученном в процессе сборки электронной пушки при заданной начальной температуре, устанавливают заданную величину тока накала I_нз, где I_нз>0, соответствующую установленной повышенной температуре, и при этом токе накала снимают вольтамперную характеристику тока с анода I_1ca от напряжения U_ca между сеткой и анодом, вычисляют логарифмы токов с анода lgI_0ca и lgI_1ca и соответствующие им величины 1/U_ca, строят на одном графике зависимости логарифмов токов с анода lgI_0ca и lgI_1ca от величины 1/U_са, выбирают на этих зависимостях линейные участки, соответствующие режиму тока автоэлектронной эмиссии с анода, выбирают на линейных участках этих зависимостей две любые точки, соответствующие условию lgI_0ca=lgI_1ca, находят величины 1/U_0ca и 1/U_1ca, соответствующие выбранным точкам на линейных участках указанных зависимостей, и вычисляют значения напряжений U_0ca и U_1ca, после чего вычисляют величину расстояния d_1ск между сеткой и анодом при заданной величине тока накала 1_нз по формуле:
d_1ca=d_0ca(U_1ca/U_0ca).