Генераторная лампа

Генераторная лампа, электронная лампа, предназначенная для преобразования энергии источника постоянного или переменного тока в энергию электрических колебаний (см. Генерирование электрических колебаний). Г. л. применяют в радиопередатчиках различного назначения, в измерительных приборах, в радиоэлектронных устройствах экспериментальной физики и медицины, в установках индукционного нагрева и др. Г. л. различают: по диапазонам радиочастот, по числу электродов (триоды, тетроды,пентоды и др.), по наибольшей мощности, рассеиваемой анодом (малой мощности — до 50 вт, средней мощности — до 5 квт и большой мощности — свыше 5 квт), по роду работы (непрерывного действия и импульсные), по конструкции баллона (стеклянные, металлические, металлостеклянные и металлокерамические) и т. д.

Г. л. имеют ряд конструктивных особенностей, связанных с генерируемой мощностью и диапазоном волн. Г. л. малой мощности работают при анодных напряжениях до 500 в и по конструкции аналогичныприёмно-усилительным лампам. Т. к. электрическая энергия, подводимая к Г. л. от источника питания, только частично (до 70%) преобразуется в полезную (колебательную), а остальная часть расходуется на нагревание анода и рассеивается им, то в Г. л. средней и особенно большой мощности, работающих при анодных напряжениях до 20 кв, применяют катод с прямым подогревом (вольфрамовый торированный, карбидированный или из чистого вольфрама); сетки и анод изготавливают из тугоплавких металлов (молибдена, вольфрама); анод изготавливают также из меди (в Г. л. с принудительным воздушным или водяным охлаждением при мощностях рассеяния более 1—3 квт). При воздушном охлаждении анод выполняется как часть баллона Г. л. и снабжается радиатором, обдуваемым воздухом. Самые мощные Г. л. (от 500 до 1500 квт) выполняют разборными (с постоянной откачкой воздуха вакуумными насосами) или полуразборными с принудительным водяным охлаждением. Г. л., применяемые в коротковолновом и УКВ диапазонах волн, имеют малые расстояния между электродами, утолщённые выводы электродов с малыми индуктивностями, изолирующие элементы выполнены из материалов с малыми диэлектрическими потерями и т. п. У Г. л. для дециметровых волн резонансная колебательная система становится уже частью конструкции лампы (металлокерамические лампы, маячковые лампы, резнатроны, и др.). В дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн применяют специальные Г. л.:клистроны, лампы бегущей волны, лампы обратной волны, магнетроны и др.

В 1913 нем. учёный А. Мейснер впервые применил триод для генерации колебаний высокой частоты. В первые годы Советской власти наиболее существенные разработки Г. л. были проведены под руководством советского учёного М. А. Бонч-Бруевича в Нижегородской лаборатории (г. Горький). В 1919 он впервые применил водяное охлаждение анода Г. л., доказав возможность создания мощных Г. л. В 1923 им была создана Г. л. мощностью 25 квт, а в 1924—25 — мощностью 40 квт. С 1922 под руководством советских учёных М. М. Богословского, С. А. Векшинского и С. А. Зусмановского было налажено массовое производство Г. л. В 1930 советский учёный П. А. Остряков предложил конструкции мощных Г. л. с принудительным воздушным охлаждением. В 1933—34 сов. академиком А. Л. Минцем и инженером Н. И. Огановым был разработан первый отечественный разборный триод мощностью 200 квт, а в 1956 совместно с инженером М. И. Басалаевым — разборный триод мощностью 500 квт.

53. Ионные манометры

Если в разреженном газе создать поток электронов, то произойдет ионизация газа, и между двумя электродами, к которым подведено электрическое напряжение, возникнет ионный ток. Сила ионного тока при прочих равных условиях пропорциональна плотности газа, а, следовательно, при определенной температуре пропорциональна его давлению. Так как вероятность ионизации молекулы газа мало зависит от скорости ее теплового движения, более правильно считать, что манометр измеряет не давление, а концентрацию внутри прибора.

Прибор, работающий по этому принципу, состоит из датчика, соединенного с вакуумной системой, и отдельного блока электрического питания и измерения. Показания прибора зависят от рода газа и требуется предварительная градуировка по каждому газу.

Для достижения нужной степени ионизации газа необходимо создать достаточный поток электронов. Эта задача по-разному решена в ионизационных манометрах различных типов. Все манометры делят на три основные группы: электронные с горячим катодом, радиоактивные или радиоизотопные и магнитные электроразрядные с холодным катодом.

Электронный ионизационный манометр. В этом манометре электроны, выделяемые накаленным катодом, ускоряются с помощью специального электрода с положительным потенциалом. Положительные ионы отводятся коллектором ионов, имеющим отрицательный потенциал по отношению к катоду.

Если ускоряющее напряжение превышает ионизационный потенциал данного газа и остается постоянным, то электронный ток Iе в приборе будет постоянным, и тогда ионный ток пропорционален давлению газа, так как

где J— чувствительность ионизационного манометра, зависящая от параметров прибора и рода газа.

Градуировочные кривые одного из манометров приведены на рис. 498. Образующийся ионный ток весьма мал (порядка 10^-8 мА) и требует специального усиления.

Измерительную систему обычно используют в одном из двух вариантов (рис. 499). Первый вариант: анод является ускорителем электронов и имеет положительный потенциал, сетка — коллектор ионов — имеет отрицательный потенциал по отношению к катоду. Второй вариант: сетка служит ускорителем электронов и имеет положительный потенциал, а анод является коллектором ионов с отрицательным потенциалом. Манометр, работающий с положительным напряжением на сетке, более чувствителен, так как здесь электроны совершают колебания около сетки и проходят значительно больший путь, чем в первой схеме. Как видно из рис. 500, электроны, вылетающие из накаленного катода 1, пролетают сквозь витки сетки 2 и отталкиваются отрицательно заряженным коллектором 3. Прежде чем они попадут на сетку, они совершают колебательные движения, благодаря чему увеличивается число ионизированных молекул газа.

При давлениях ниже 10^-7 мм рт. ст. ионный ток весьма мал, а ускоряющий электрод под влиянием бомбардировки электронами испускает мягкие рентгеновские лучи. Попадая на коллектор, они вызывают эмиссию электронов, которые при движении к ускоряющему электроду создают в цепи коллектора ток того же направления, что и ионный ток. Это явление затемняет основной эффект и препятствует измерению очень низких давлений. Для измерения давлений ниже 10^-7 мм рт. ст. предложен манометр с обращенным расположением электродов (рис. 501), в котором два вольфрамовых катода помещены вне ускоряющего электрода: Коллектор в виде тонкой вольфрамовой проволоки находится внутри ускоряющего электрода, имеющего форму спирали из молибденовой проволоки. Манометр с обращенными электродами надежно измеряет давления до 10^-10 мм рт. ст.

Прежде чем приступить к измерению ионизационным манометром, необходимо прогреть сетку и анод, а также стеклянный баллон манометра.

Кроме того, надо стремиться к увеличению пропускной способности соединительной трубки между датчиком манометра и объемом, в котором измеряется давление, так как это снижает ошибки из-за десорбции газа.

Давления выше 10^-3 мм рт. ст. обычно не удается измерить электронным ионизационным манометром, так как при увеличении давления в манометре возрастает сила ионного тока и накаленная нить катода быстро перегорает. Одновременно материал катода окисляется кислородом воздуха. При внезапном повышении давления возникающий между анодом и катодом разряд расплавляет катод.

Ионизационно-термопарный вакуумметр ВИТ-1А измеряет давления с помощью датчика ЛМ-2. Диапазон давлений, измеряемых этим прибором, от 2- 10^-1 до 5*10^-8мм рт. ст. Ионизационная часть прибора измеряет давле ния от 1 • 10^-4 до 5• 10^-8 мм рт. ст. Прибор Может работать также с датчиками (ионизационными преобразователями) ЛМ-3 и ЛМ-3-2. С этими же датчиками работает и вакуумметр ВИТ-2; пределы измерения его ионизационной частью от 1 • 10^-4 до 5-10^-8 мм рт. ст.

Преобразователи ЛМ-2, ЛМ-3 и ЛМ-3-2 являются ионизационными преобразователями триодного типа с внешним коллектором. Преобразователь ЛМ-2 представляет собой закрытую стеклянную конструкцию с U-об-разным вольфрамовым катодом. Срок службы преобразователя не менее 100 ч1 при работе в области давлений не выше 1 • 10~3 мм рт. ст. Ионизационный преобразователь ЛМ-3 является модификацией преобразователя ЛМ-2. Вместо вольфрамового катода в нем применен иридиевый воздухостойкий катод с покрытием из окиси иттрия. Благодаря высокой стойкости иридиевого катода к кислороду и другим химически активным веществам вакуумметр ВИТ-2 с преобразователем ЛМ-3 измеряет давления воздуха и других газов до 1•1O-2 мм рт. ст. Срок службы преобразователя при давлении 1 • 10^-2 мм рт. ст. не менее 100 ч. Рабочая температура иридиевого катода— около 1300° С.

Ионизационный преобразователь ЛМ-3-2 открытого типа. В преобразователе возможно применение как иридиевого катода с покрытием из окиси
иттрия, так и вольфрамового катода.

Конструкция катодного узла преобразователя ЛМ-3-2 обеспечивает быструю смену перегоревшего катода. Преобразователь ЛМ-3-2 допускает прогрев внешней печью до 400° С (рис. 502).

Преобразователи ЛМ-2 и ЛМ-3 рекомендуется применять как в металлических, так и в стеклянных непрогреваемых вакуумных установках; преобразователь ЛМ-3-2 — в металлических прогреваемых высоковакуумных установках. Технические характеристики преобразователей приведены ниже:

Автоматический блокировочный вакуумметр ВАБ-1 предназначен для измерения давлений 1*10^-3 — 10^-7 мм рт. ст. и вакуумной блокировки.

Датчиком служит манометр ЛМ-2. Переключение четырех поддиапазонов автоматическое. ВАБ-1 имеет выход для записи давления на стандартных электронных самопишущих приборах. В любой точке диапазона давлений 1•1O^-4 — 1*1O^-7 мм рт. ст. осуществляется двухточечная рабочая блокировка и сигнализация. В диапазоне 1*10^-3 — 1O^-4 мм рт. ст. предусмотрена одноточечная аварийная блокировка, подающая сигнал во внешнюю цепь и отключающая питание цепи накала датчика ЛМ-2.

Универсальный комбинированный вакуумметр ВИТ-3 работает с термопарными датчиками или с ионизационными — ЛМ-2, ЛМ-3-2 и МИ-10. Диапазон измерения от 0,8 до 10^-7 мм рт. ст. Прибор имеет линейную и логарифмическую шкалу, что делает его пригодным для авторегистрации. Для установок, где наличие местных электрических или магнитных полей или излучений исключает применение типовых вакуумметр ических средств, созданы ионизационные вакуумметры, устойчивые к помехам. Разработан устойчивый к помехам вакуумметр с пределами измерения 10^-2—10^-6 мм рт. ст., создается прибор с нижним порогом измеряемых давлений 10^-8 мм рт. ст.

Для измерения сверхвысокого вакуума в небольших конденсационных насосах предложен ионизационный датчик с уменьшенной мощностью накала [48]. В датчике (рис. 503) использована сетка лампы ЛМ-2, катодом служит вольфрамовая проволока диаметром 20 мкм, длиной 9 мм. Датчик пригоден для измерения давлений до 10^-10 мм рт. ст., постоянная датчика по воздуху 6,2*10^-4 А/мм рт. ст. при напряжении на сетке 225 В, на коллекторе— 25 В и токе эмиссии 2•1O^-4 А.

В ионизационном вакуумметре ВИ-12 применены датчики с обращенным расположением электродов. Различие между схемой обычного датчика ЛМ-2 и датчика с обращенным расположением электродов ясно из рис. 504. Датчики (манометрические преобразователи) МИ-12 и МИ-12-8 выполнены соответственно в стеклянной колбе и на фланце с металлическим уплотнением.

Диапазон измерений вакуумметром ВИ-12 от 10^-5 до 10^-10 мм рт. ст. Его используют преимущественно в лабораторных условиях. Предусмотрен прогрев анода пропусканием тока, а также прогрев анода и коллектора электронной бомбардировкой. Вакуумметр ВИ-12 снабжен блокировкой, разрывающей цепь катода преобразователя при токе, превышающем в 1,5 раза максимальный ток установленного диапазона. Предусмотрена возможность подключения самопишущего потенциометра для записи давления. Преобразователь допускает прогрев в печи при 400° С. Габаритные размеры преобразователя: наружный диаметр 90 мм, длина колбы со штенгелем 190 мм, масса 0,6 кг.

Преобразователь МИ-12-8 смонтирован на коваровом цоколе, который герметично приварен к фланцу из коррозионностойкой стали.

Конструкция преобразователя обеспечивает быструю замену перегоревшего катода. Преобразователь МИ-12-8 допускает прогрев в печи при 400° С. Он присоединен к вакуумной системе фланцем Ду 50 с применением металлической прокладки.

54. Тепловые манометры

Принцип действия теплоэлектрических манометров основан на изменении теплопроводности газа в зависимости от давления в области весьма низких давлений. Мерой давления является изменение температуры нити накала, на которую подается постоянная электрическая мощность. Нить помещена в специальный баллон, соединенный с вакуумной системой. Тепло от нагретой нити передается к стенкам баллона теплопроводностью, причем скорость отвода тепла от нити при давлениях меньше 1 мм рт. ст. зависит от давления внутри баллона. При постоянной подводимой электрической мощности температура нити будет тем выше, чем меньше теплопроводность среды, т. е. чем меньше давление в баллоне. Изменение температуры регистрируется термопарой или термометром сопротивления. Полученные электрические величины можно непосредственно измерить. Их также можно использовать для автоматического управления, для дистанционного измерения и для непрерывной записи значений давления самопишущим прибором.

Увеличением тока накала нити и применением дополнительных устройств пределы измерения теплоэлектрическими манометрами могут быть расширены в область давлений, превышающих 1 мм рт. ст., и, по некоторым данным, доведены до 50—60 мм рт. ст. Нижний предел измеряемого давления 1*10^-8 мм рт. ст., при более низких давлениях теплопроводность газа очень мала и тепло передается излучением от нити к стенкам баллона. Так как теплопроводность зависит от молекулярной массы газа, то градуировку манометра производят отдельно по каждому газу.

При необходимости точных измерений температура баллона лампы должна быть постоянной; если это условие нельзя выполнить, то следует включить в электрическую цепь для компенсации влияния колебаний температуры баллона вторую балластную лампу, находящуюся в тех же условиях.

Манометр сопротивления (манометр Пирани). В этом манометре изменение теплопроводности газа вызывает изменение электрического сопротивления нити накала, которое меняется в зависимости от температуры. Изменение сопротивления регистрируется мостиком Уитстона. Материалом нити диаметром ~0,03 мм обычно служит вольфрам или платина. Нить должна, располагаться на одинаковом расстоянии от стенок баллона.

На рис. 482 приведена мостовая электрическая схема манометра сопротивления. Компенсатором служит манометрическая балластная лампа, откачанная до давления ниже 10^-3 мм рт. ст. и запаянная. В одну ветвь моста включена измерительная лампа, в другую — балластная. Обе лампы должны находиться в одинаковых условиях. Другие две ветви моста состоят из сопротивлений R1 и R2, мало зависящих от температуры. Система уравновешивается при наиболее высоком вакууме, при этом стрелка гальванометра G устанавливается на нуль. При изменении давления изменяется сопротивление нити измерительной лампы, равновесие нарушается и стрелка гальванометра отклоняется в зависимости от давления в лампе.

Отечественной промышленностью выпускается блокировочный вакуумметр сопротивления ВСБ-1 с датчиком давления МТ-6, а также комбинированный вакуумметр ВИМС-1-3 с этим же датчиком. Диапазон измерений манометрическим теплоэлектрическим преобразователем МТ-6 составляет 10^-2 — 30 мм рт. ст.

Схема датчика МТ-6 дана на рис. 483. Прибор можно использовать для автоматической сигнализации о достижении заданного уровня давления в системе. Габаритные размеры измерительной установки ВСБ-Г. 390 X 260 X 240 мм. Масса 14 кг. К вакуумной установке преобразователь МТ-6 присоединен с помощью грибкового уплотнения Ду-20. Манометрический преобразователь МТ-6 представляет собой баллон из коррозионностойкой стали, внутри которого натянута вольфрамовая нить накала длиной 80 мм и диаметром 10 мкм. При работе прибора температура нити поддерживается постоянной, равной 220° С. При этом сопротивление нити составляет 116,5 Ом.

Преобразователь включен в одно из плеч мостика сопротивлений. К одной из диагоналей мостика подключен генератор переменного тока, а к другой— усилитель, который при изменении давления в системе управляет выходным напряжением генератора таким образом, что равновесие мостика восстанавливается. Сигнал, подаваемый генератором, регистрируется стрелочным прибором. В диапазоне давлений от 10^-2 до 30 мм рт. ст. ток накала нити меняется от 4 до 52 мА, напряжение— от 0,5 до 6 В.

Недостатком датчиков МТ-6 с вольфрамовыми нитями является их нестойкость в присутствии агрессивных газов и паров воды. В связи с этим к вакуумметрам ВСБ-1 разработаны датчики MT-14, которые могут работать в присутствии влаги и агрессивных газов. Для автоматизированных вакуумных систем созданы релейные блоки PBT-I, которые работают с датчиками МТ-6 или MT-14. Они могут сигнализировать по двум независимым каналам о достижении давления в пределах от 10^-2 до 10 мм рт. ст. Можно также подключить внешний вольтметр для измерения давления.

Вакуумметр сопротивления дистанционный ВСД-1 предназначен для определения давления воздуха и других газов в диапазоне от 30 до ~10~3 мм рт. ст. Он работает с преобразователем MT-15. Регистрирующий блок вакуумметра имеет искробезопасный выход, что обеспечивает нормальную работу преобразователя MT-15 в установках и помещениях со взрывоопасными смесями.

Кроме комбинированного вакуумметра ВИМС-1-3 разработаны комбинированные блокировочные вакуумметры ВАБ-2М и ВТМБ-1 для измерения давлений от 30 до 1 - 1O^-6 мм рт. ст. и управления автоматизированными вакуумными системами. Они работают с манометрическими преобразователями МТ-6. Вакуумметр ВАБ-2М двухканальный. Вакуумметр ВТМБ-1 многоточечный, многоканальный с автоматическим переключением датчиков (с МТ-6 на ММ-22 для высокого вакуума) позволяет производить запись давлений во всем диапазоне измерений.

С преобразователем МТ-6 работает также вакуумное реле РВ-3, подающее сигнал при достижении заданного давления в пределах от 30 до 1 *10^-8 мм рт. ст. Фирма Эдварде (Англия) выпускает манометры сопротивления различных типов. Манометры Пирани — модели 8-1 и 8-2—имеют диапазон измерений от 10 до 10^-3мм рт. ст. (8-1) и от 1 до 10~4 мм рт. ст. (8-2); модель В5 — от 0,5 до 10_8мм рт. ст., модель 9—от 500 до 10^-8 мм рт. ст. (четыре диапазона).

Переключение с одного диапазона на другой автоматическое. Выпускают также комбинированные манометры: манометр Пирани с манометром Пеннинга (модель 4, диапазон измерений от 3 до 10^-6 мм рт. ст.), ионизационный манометр с манометром Пирани (модель 1, диапазон измерений от 0,5 до 5*10^-8 (рис. 484).

Рис. 485. Принципиальная схема и градуировочная кривая термисторного вакуумметра: Rт — чувствительный полупроводниковый элемент; Rтк — температурный компенсатор; r1 r2, r3 — термисторы, выполненные из манганиновой проволоки

Применяют также и термисторный манометр. В таком манометре термисторное сопротивление включается в мостовую схему, питаемую напряжением, стабилизированным с помощью газоразрядной лампы. Высокий температурный коэффициент сопротивления термисторов является важной предпосылкой использования их в качестве датчиков, чувствительных к изменению условий теплообмена.

Градуировочная кривая термисторного манометра сопротивления приведена на рис. 485. Здесь в качестве измерителя и компенсатора использованы бусинковые термисторы диаметром 0,5 мм с проволочным токовводом. Фирма Лейбольд (ФРГ) выпускает вакуумметры Термотрон I (диапазон измерений от 0,5 до 1 10^-3 мм рт. ст.),

Термотрон I(от 70 до 5*10^-3 мм рт. ст.), Термотрон III (от 800 до 10^-2 мм рт. ст.) и Термотрон IV (от 1 до 1 • 10^-8 мм рт. ст.). Датчики к приборам изготовляют из стекла, металла и литьевой смолы. На рис. 486 приведена принципиальная электрическая схема вакуумметра Термотрон II. В качестве чувствительного элемента в датчике применен бусинковый термистор, включенный в одно из плеч моста (рис. 487). Для уменьшения влияния температуры корпуса датчика на показания прибора в противоположное плечо моста включены термокомпенсационный термистор R2 и подгоночное сопротивление R3.

Дата добавления: 2015-06-04