на чем основан метод определения температуры катода
Способ измерения рабочей температуры катода косвенного накала
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
5 ля соответствует то или иное значение температуры катода, а затем, исходя иэ соответствия этих значений, судят о возможном отклонении температуры катода в приборе от номинальной.
Однако существующий способ не позволяет достаточнр точно определять рабочую температуру катода косвенного накала серийных электровакуумных приборов с непрозрачной оболочкой. Это обусловлено тем, что во многих конструкциях катодно-подогревательных узлов (КПУ) разброс температуры катода определяется не разбросом сопротивления подогревателя, а различием в теплоотводе от катода по рубашке и излучением. Поэтому информация, получаемая при определенчи сопротивления холодного и горячего подогревателя, не обеспечивает определение температуры катода с достаточной для практики точностью.
Кроме того, с целью повышения точности измерения рабочей температуры катода с отношением теплоемкости подогревателя к теплоемкости керна катода
Rgoa, R pp, Sg Я, (для конкретной конструкции.КПУ) несут информацию о величине теплоотвода от КПУ. Параметры В„р, S>, S, измеряются при температурах, близких к рабочей, поэтому они несут информацию о теплоотводе 40 излучением и кондукцией, Опыт покаТаблица 1
Результаты измерения пирометром
Т„ и вычисленные по уравнению (2) да:66 ны в табл. 2.
Т„ С измеренная 695
Т„ С вычисленная 705 Тк 10
Для сравнения с прототипом было определено уравнение, связывающее
0,05-0,6 используются все параметры.
Экспериментальная проверка способа показала, что при использовании устройства, позволяющего измерить сопротивление подогрева=еля с погрешностью не более 0,3%, ошибка в определении температуры катода не превышает 1015, что можно считать вполне удовлетворительным.
Пример 1. Проводят оценку температуры катода на 5 образцах КПУ по предложенному методу. Катод торцовой, диаметром 8,5 мм, КПД 20%, а отношение теплоемкости подогревателя к теплоемкости керна катода
Иетодика определения температуры катода (Т„) косвенного накала заключается в следующем.
По предварительным измерениям S!) и пирометрическим измерениям T„ на
10 образцах КПУ было определено уравнение регрессии, связывающее Тк с Я4.
Для предложенных 5 образцов КПУ были замерены величины S) и вычислены
Т„ по уравнению (1). Для этих же узлов Т„ замерялась пирометром. Результаты измерений Т„ пирометром и вычисленные по уравнению (1) приведены в табл, 1.
Таблица 2 приборон
Т С нычисленная 710
Здесь Т„= f — — известная
R xone. функция для вольфрама, материала по2О догренателя. для предложенных 10 образцов КПу были намерены величины Rxon
Б и вычислена Т„ по уравнению (3). Для этих же узлов Т„ замерена пирометром. Результаты измерений Т„ пирометром и вычисленная по уравнению <3) даны н табл. 3.
769 788 783 801 793 783 803 801 810 810
766 796 778 798 791 778 801 798 818 802
Использование предлагаемого способа оценки рабочей температуры катода обеспечинает по сравнению с существующими способами следующие преимуществ а: а) воэможность более точной оценки рабочей температуры катода косвенного накала в приборах с непро- 50 зрачной оболочкой и отбраковку ненадежных г б) оперативный контроль конечного этапа технологической операции сборки катадно-подогренательных узлов по 55 температуре катода в готовом приборе.
6(1. Способ измерения рабочей температуры катода косвенного накала в электровакуумных приборах путем измерения параметров подогревателя, на65
Из таблицы 1 и 2 видно, что использование параметра 89 вместо Вмр. ун еличив ает точность более чем н
Пример 2. Проводит оценку температуры катода на 10 образцах
КПУ по предложенному методу. Катод торцовой, диаметр его 2,5 мм, Отношение теплоемкости подогревателя к теплоемкости катода 0,25. Методика определения температуры катода косвенного накала заключается в следующем.
По предварительным измерениям
Т = 456+ 0,21 Тп 5,58 S + 0,24 Бо(3) к этих параметров с градуировочной зависимостью от них рабочей температуры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения температуры катода, в качестве указанного параметра подогревателя используют скорость измерения сопротивления подогревателя при включении напряжения накала.
2 ° Способ по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью понышения точности измерения рабочей температуры катода с отношением теплоемкости подогревателя к теплоемкости керна катода н i;ределах 0,05-0,6I изменяют скорость изменения сопротинления подогревателя при включении и выключении накала и сравнивают их с градуиров очной з ав ис имостью от этих параметров рабочей температуры катода.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
Тирам 844 Подпи сн ое
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
Составитель Г. Жукова
Редактор Т. Шагов а Техред Q,Àíäðåéêo корректор М ° арсении
Определение температуры катода. Исследование вольт-амперной характеристики. Определение тока насыщения, работы выхода W и эмиссионной постоянной G
Страницы работы
Содержание работы
Санкт-Петербургский Государственный Университет Информационных Технологий, Механики и Оптики
Лабораторной работе №6
«Определение термоэмиссионных характеристик вольфрама»
Выполнил: Зеленин Р.А
Обработка результатов измерений
Задание 1. Определение температуры катода.
Измеряя ток накала 
от 1.3 А до 1.7 А через каждые 0.1 А, измерим соответствующие значения напряжения накала и занесём результаты в таблицу 6.1
Вычислим значения абсолютной температуры катода по формуле 
и занесём их в четвёртую колонку таблицы 6.1. где 
– постоянная Стефана-Больцмана; 
— степень черноты поверхности катода; площадь поверхности катода можно найти, зная его длину l и диаметр d, по формуле: 
.
Для исследуемого диода d=0.11 мм и l=32 мм.
Задание 2. Исследование вольт-амперной характеристики
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КАТОДА ВАКУУМНОГО ДИОДА
Методика выполнения работы
Цели работы: изучение конструкции и физических принципов работы вакуумного диода; исследование экспериментальной зависимости силы тока вакуумного диода от анодного напряжения; определение температуры катода; расчет контактной разности потенциалов между анодом и катодом.
Приборы и принадлежности: источник постоянного регулируемого анодного напряжения U2 ; источник регулируемого напряжения цепи накала U1 ; электронный миллиамперметр (mA); электронный вольтметр (V); схемная плата с вакуумным диодом, соединительные проводники.
 |
Схема опыта
Рис. 2.8. Электрическая схема эксперимента
Теория метода
1. Определение температуры катода
При отрицательном напряжении на аноде (UA
Для нахождения Uконт рекомендуется воспользоваться следующей методикой. Строим график зависимости ln IА(UV) (рис. 2.9). При UА 0 (ускоряющее поле) анодный ток зависит от напряжения согласно закону «трех / вторых»
(2.14)
Из (2.13) и (2.14) следует, что зависимости ln IА(UV) и в тормозящем, и в ускоряющем полях линейны, но имеют разный наклон к оси напряжений. Напряжение, соответствующее точке пересечения этих прямых, UА = 0 (происходит переход от тормозящего поля к ускоряющему). Откуда по графику ln IА(UV) определяем величину контактной разности потенциалов:
Порядок проведения эксперимента
1. Проверьте правильность собранной схемы; по схеме определите назначение каждого из приборов лабораторной установки.
2. Перед включением приборов установите:
на источниках питания: ручки регулировки напряжения – в крайнее левое положение; ручки ограничения выходного тока – в среднее положение;
на вольтметре: предел измерений напряжения – в положение «2 В»»;
на миллиамперметре: предел измерения силы анодного тока – в положение «2 мА».
3. Включите приборы. На источнике питания цепи накала U1 установите выходное напряжение 4-5 В (величину накального напряжения уточните у преподавателя). После установления не изменяющегося во времени тока в цепи накала лампы (
3-5 минут) можно приступать к измерениям.
4. Регулировкой выходного напряжения источника U2 установите величину анодного тока IА диода порядка 0,2-0,3 мА (при малых IА возрастает погрешность измерений). Согласно показаниям вольтметра V измерьте разность потенциалов UV.
5. Изменяя напряжение источника U2 через 0,1-0,15 В, согласно п. 4 снимите показания UV и IА. Измерения необходимо проводить не менее 15 раз при отрицательных и при положительных значениях UV. Данные измерений внесите в табл. 2.2. С помощью таблиц или калькулятора рассчитайте ln(IА).
6. Постройте график ln(IА) = f(UV); найдите линейные отрезки на участках тормозящего и ускоряющего поля, продолжите их до пересечения и по предлагаемой методике определите величину контактной разности потенциалов.
7. На линейном участке графика ln(IА) = f(UV) в области тормозящего поля найдите наиболее далеко отстоящие друг от друга точки 1 и 2, определите в них величины анодного тока и DUA. С помощью формулы (2.11) рассчитайте температуру катода.
1. Понятие вырожденного электронного газа; заполнение энергетических состояний электронов в металле; распределение Ферми – Дирака; уровень Ферми; работа выхода электронов из металла.
2. Электронный газ на поверхности металла; явление термоэлектронной эмиссии; расчет плотности эмиссионного тока; формула Ричардсона – Дешмана.
3. Конструкция вакуумного диода с термокатодом; назначение электродов лампы, схемное обозначение вакуумного диода с термокатодом.
4. Вид вольт-амперной характеристики (ВАХ) вакуумного диода; характерные участки ВАХ.
5. Зависимость IА (UА) в области тормозящего поля; определение температуры катода.
6. Влияние пространственного электронного заряда на анодный ток в вакуумном диоде; уравнение Богуславского – Ленгмюра (закон «трех вторых»).
7. Контактная разность потенциалов между наружными поверхностями контактирующих металлов; методика определения Uк между электродами диода по данным измерений.
1. Сушков А. Д. Вакуумная электроника: Физико-технические основы: Учеб. пособие. – СПб.: Лань, 2004. – С. 96–112.
2. Погорельский А. М., Христофоров В. В. Квантовая физика: Метод. руководство к лабораторным работам. – Новосибирск: НГТУ, 2005. С. 20–24.
3. Курс физики: Учебник для вузов: В 2 т. Т. 2/ Под ред. В.Н. Лозовского. – СПб.: Лань, 2000. – С. 311-324.
Дата добавления: 2016-09-26 ; просмотров: 1492 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Термоэмиссионный метод определения работы выхода. Перечислим основные параметры термокатодов
Таблица 9.1
Термокатоды
Термоэлектронная эмиссия
Перечислим основные параметры термокатодов.
1) Рабочая температура катода Tраб; под Tраб понимают такую наибольшую температуру катода, при которой он может длительно работать.
2) Плотность тока эмиссии (или удельная эмиссия) j при Tраб.
4) Долговечность или срок службы катода t. Под t понимается продолжительность работы катода, в течение которой крутизна характеристики лампы с этим катодом уменьшается на заданное число % (для многих ламп это число принимается равным десяти).
Представляют интерес и другие свойства катодов, такие, как их пористость, поверхностный рельеф, распределение эмиссии по поверхности, стабильность работы при высоких анодных напряжениях, устойчивость катода к ионной бомбардировке и отравляющему действию остаточных газов.
В табл. 9.1 приведены основные параметры некоторых типов термокатодов. Исследования установили, что наилучшими эмиссионными свойствами из окислов щелочноземельных металлов обладает окись бария; однако смеси этого окисла с другими окислами металлов той же группы дают еще большую плотность эмиссии. Так, например, из двойных окислов бария и стронция, окисел, содержащий 70% (молекулярных) стронция и 30% бария, обладает эмиссионной способностью, примерно в десять раз большей, чем чистый окисел бария. Поэтому почти всегда оксидное покрытие делается из смеси окислов бария с окислами стронция или стронция и кальция.
| Тип катода | Tраб, °К | j, а×см 2 | A, ма×вт 1 |
| W | 25002700 | 0,10,4 | 310 |
| WTh (торированный W) | 18001900 | 0,71,5 | 3050 |
| WCТh (карбидированный торированный W) | 70100 | ||
| Оксидный катод (статический режим) | 10001100 | 0,10,5 | 30100 |
| Оксидный катод (импульсный режим) | 10100 | 250025000 |
1) Характеристика Ричардсона–Шоттки
Аналогично (8.3), запишем формулу для тока термоэлектронной эмиссии в виде
, (9.1)
. (9.2)
Формулу (9.1) удобно представить в виде
. (9.3)
Зависимость (9.3) носит название характеристики Ричардсона–Шоттки и представлена на рис. 9.1. По углу с осью абсцисс можно определить термоэмиссионную работу выхода
. (9.4)
По отрезку, отсекаемому пересечением продолжения характеристики Ричардсона–Шоттки с осью ординат, определяется произведение SA. В данном случае площадь S легко находится, так как это разогретая область эмиссии. Зная S, определяется величина А. И хотя, согласно (9.2), А состоит из комбинации мировых констант, реально ее величина различна для разных материалов, из которых может быть выполнен термокатод.
2) Калориметрический метод
Другим независимым методом определения термоэмиссионной работы выхода является калориметрический метод. Принципиальная схема прибора показана на рис. 9.2. С помощью источника питания цепи анода (ИПА) подают на анод отрицательное смещение и делают равным нулю анодный ток, что фиксируется амперметром А2. В цепи накала посредством источника питания накала (ИПН) создают ток I1 при падении напряжения U1 (показания амперметра А1 и вольтметра V1). Тогда подводимая к катоду мощность будет
. (9.5)
В стационарных условиях эта мощность компенсируется потерями на излучение. Согласно закону Стефана-Больцмана
. (9.6)
s – постоянная Стефана-Больцмана. Температура Т проволочного катода фиксируется с помощью пирометра. Затем на анод подают положительное смещение и фиксируют в анодной цепи ток I. Необходимо только, чтобы ток I был ограничен эмиссионной способностью катода и можно было пренебречь эффектом Шоттки. С помощью ИПН добиваются того, чтобы температура катода была по-прежнему равна Т, (та же светимость накала катода и нити пирометра). Используя результаты раздела 2, можно записать
(9.7)
. (9.8)
. (9.9)
В данном случае работа выхода 
и величина 
выражены в вольтах. Соотношение (9.9) позволяет независимым образом определить термоэмиссионную работу выхода.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Температура катода в дуге с пятном ниже температуры поверхности электрода нормальной W-дуги, где катодное пятно занимает всю сферическую поверхность электродного стержня. [2]
Температура катодов определялась при помощи оптического пирометра с введением поправок на коэффициент излучения, который был нами определен для всех перечисленных гексаборидов путем сравнительного пирометрирования цилиндрических полых катодов, имеющих диаметр 2 мм, с узкой щелью в центральной части. [3]
Температура катода ( при атмосферном давлении) достигает 3000 С. [4]
Температура катода слишком высока. Это может вызвать не только диффузию в измененный слой, но и привести к испарению из катода одного или нескольких компонентов системы, имеющих в этих условиях достаточно высокое давление паров. [5]
Температура катода может быть достаточна для начала термоэлектронной эмиссии с его поверхности. Высокая температура нагрева контактов приводит также к газовыделению материалов, из которых они изготовлены и, как следствие, к ухудшению вакуума. [7]
Температура катода в дуге с пятном ниже температуры поверхности электрода нормальной W-дуги, где катодное пятно занимает всю сферическую поверхность электродного стержня. [8]
Температура катода также может быть изменена лишь в узких пределах при данном типе катода, а выбор типа катода с возможно более низкой температурой весьма ограничен, тем более что наиболее широко используемый в приемно-усилительных лампах оксидный катод является наиболее низкотемпературным. [10]
Температура пленочного торцевого катода ( работа выхода 3 5 эд) составляет Т 1 750 К. [13]
Температуру катода и его эмиссионные свойства в основном определяет напряжение накала. Около 60 % обнаруживаемых дефектов ламп является следствием отклонений температуры катода от нормальной. [14]