專(zhuān)利名稱(chēng):電子發(fā)射儀的陰極加熱組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明是關(guān)于電子技術(shù)的,更確切點(diǎn)說(shuō),是關(guān)于電子發(fā)射儀的陰極加熱組件的。
本發(fā)明可以成功地用于電視機(jī)、示波器、指示儀、透視和其它電子發(fā)射管,以及其它的電子發(fā)射儀等電子工業(yè)部門(mén),而這些電子發(fā)射儀器需要有高度的電子流,在高分辨閾下形成電子束,并具有耐久性、加熱時(shí)間短和低功率消耗等特征。
做為現(xiàn)代電子發(fā)射儀的最重量部件的陰極加熱組件要有高質(zhì)量的指標(biāo);這就是光亮度、分辨閾、耐久性、可靠性、功率消耗、加熱時(shí)間及其它。
當(dāng)前的電子發(fā)射儀都廣泛應(yīng)用陰極加熱組件做其電子源。這些組件用間接燈絲的氧化陰極,其發(fā)射能力受到限制,而且不能連續(xù)地使用電子流密度大于1A/cm2的工況,這樣,在一系列的情況下不足以保證電子發(fā)射儀必須發(fā)出電子的技術(shù)特性,比如為保證現(xiàn)代電子發(fā)射管有足夠的亮度,就得由氧化陰極發(fā)射高密度的電子流,因而就要降低整個(gè)儀器的使用壽命。
此外,氧化陰極具有惰性,就是當(dāng)把它投入工作后,達(dá)到工作溫度需要等待一定的加熱時(shí)間。故在某些情況下,使用這種帶這類(lèi)陰極的儀器的時(shí)候,它變成定時(shí)因素。
上述的氧化陰極的這些性質(zhì),決定了今后陰極電子學(xué)的發(fā)展趨勢(shì),這個(gè)趨勢(shì)就是將從使用這種陰極過(guò)渡到使用高效的熱電子發(fā)射體的直線(xiàn)陰極,這類(lèi)發(fā)射體是以發(fā)射性金屬及其合金為基礎(chǔ)的。這類(lèi)直線(xiàn)陰極除可以提高作用速度外,還可保證比氧化陰極有更高的電子流密度,而且有更高的耐久性。雖然如此,但直線(xiàn)燈絲陰極迄今在結(jié)構(gòu)制造方面,尚未充分得到研究。因?yàn)樗行柰瑫r(shí)保證可靠性和耗功率低的問(wèn)題,而這兩個(gè)問(wèn)題是相互矛盾的。因此在當(dāng)前,制作電子發(fā)射儀時(shí),陰極加熱組件的制作以解決既可靠又高效的問(wèn)題還是很現(xiàn)實(shí)的。
在當(dāng)前最現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題是一接通電視接受機(jī),立刻同時(shí)出現(xiàn)影象和聲音的問(wèn)題,這個(gè)問(wèn)題靠使用直線(xiàn)燈絲可望得到解決。
我們知道,陰極加熱組件中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的為“Funk-Tech-nik,33,NI,1979.S.F.dE,Jahrgang 1-6頁(yè)(K.M.Tiseher“Einige Problem direct gehei
t-er Katoden fur Ferseh Biedrohen”)”。在這種組件里加熱元件做成直線(xiàn)型的金屬條,在金屬條的中心放入熱電子發(fā)射體,兩端與通電的母線(xiàn)相接。
當(dāng)把此陰極的加熱細(xì)金屬條的燈絲,通上電流。金屬條便彎曲、膨脹而降低其彈性,其結(jié)果使發(fā)射體發(fā)生不可控制的位移,而離開(kāi)儀器的電子光學(xué)軸線(xiàn),停機(jī)后又恢復(fù)原狀。
因?yàn)檫@個(gè)緣故,高可靠性和重復(fù)性等技術(shù)參數(shù)就不可能得到保證。
采取了各種手段,把加熱元件拉伸以補(bǔ)償其熱膨脹,但問(wèn)題未能解決。因?yàn)檫@樣使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜化而且短時(shí)間失去彈性。此外,把加熱元件拉伸還會(huì)引起“擴(kuò)音器”的效果。在此效果中由于各種不同的機(jī)械力相互作用于陰極組件,加熱元件本身開(kāi)始發(fā)生振動(dòng)。
我們知道,直線(xiàn)燈絲陰極做電子源(USA4193013),其中有熱電子發(fā)射體,它是由六硼化鑭制成的金屬棒,在加熱元件中心部位放入此棒,而加熱元件是由石墨做成的弧狀物。加熱元件兩端與通電的母線(xiàn)相接,母線(xiàn)裝在基座上。
這種結(jié)構(gòu)消耗大量電能(大約為8瓦)使加熱元件加熱。因而其橫截面面積要求大一些,以避免發(fā)射體從其原始位置產(chǎn)生位移。
同樣我們知道,電子發(fā)射儀的陰極加熱組件(EP,B,0207772)包含著具有縱向幾何軸線(xiàn)的熱電子發(fā)射體,固定在最少有兩個(gè)線(xiàn)狀的加熱元件的中心部位,它們的邊緣線(xiàn)段具有相等長(zhǎng)度,兩端固定在通電的母線(xiàn)上。母線(xiàn)與基座剛性地聯(lián)接著。在人們所知道的陰極加熱組件里,采用兩個(gè)加熱元件,它們的邊緣線(xiàn)段與發(fā)射體的軸線(xiàn)平行。
用這種結(jié)構(gòu)所制成的陰極加熱組件的可靠性不高,當(dāng)線(xiàn)性的加熱元件加熱時(shí),其形狀不能保持固定。在這種儀器里,發(fā)射體安裝在儀器的電子光學(xué)軸線(xiàn)上的位置,在工作時(shí)將會(huì)發(fā)生改變。因此,這種組件的可靠性不僅取決于發(fā)射體本身的性質(zhì),一定程度上還與它能否保持其初始位置的情況有關(guān)。
本發(fā)明的基本思想是,提出為電子發(fā)射儀制作一陰極加熱組件,把其中的線(xiàn)型加熱元件選定安裝方式,使它在結(jié)構(gòu)上能保持固定的形狀,從而獲得工作的可靠性。
所提出的任務(wù)是這樣完成的,電子發(fā)射儀的陰極加熱組件含有的熱電子發(fā)射體,具有縱向幾何軸線(xiàn),安裝在只少兩個(gè)線(xiàn)型加熱元件的中心部位上。加熱元件的邊緣線(xiàn)段具有相等的長(zhǎng)度,以其兩端固定在導(dǎo)電的母線(xiàn)上,而母線(xiàn)又剛性地固定在基座上。按照本發(fā)明,線(xiàn)型加熱元件的邊緣線(xiàn)段安放位置應(yīng)與發(fā)射體的縱向幾何軸線(xiàn)應(yīng)形成銳角,而將其兩端固定在多邊形的頂點(diǎn)上,具有兩個(gè)相互垂直的對(duì)稱(chēng)軸,其中之一通過(guò)導(dǎo)電母線(xiàn)的軸線(xiàn),其交點(diǎn)落在發(fā)射體的縱向幾何軸線(xiàn)上。
理想的電子發(fā)射儀的陰極加熱組件,最好是有兩組支撐,在每組里支撐數(shù)目等于線(xiàn)型加熱元件數(shù)目,而且支撐的一端與線(xiàn)型加熱元件的邊緣線(xiàn)段的一端相聯(lián)、而另一端則剛性地聯(lián)接在兩條導(dǎo)電母線(xiàn)中的一條上。這時(shí),一個(gè)組的支撐與另一組的支撐在一平面上相對(duì)稱(chēng)。此平面既穿過(guò)熱電子發(fā)射體的縱向幾何軸線(xiàn),又穿過(guò)多邊形上與導(dǎo)電母線(xiàn)軸體相垂直的那條對(duì)稱(chēng)軸線(xiàn)。
希望支撐由導(dǎo)電材料制成,其比電阻大于線(xiàn)型加熱元件的比電阻。而每根支撐的橫截面面積與線(xiàn)型加熱元件的橫截面面積之比,最少應(yīng)等于它們的比電阻之比。
每根支撐的長(zhǎng)度,按下列關(guān)系式確定為宜,
式中,l2-線(xiàn)型加熱元件邊緣線(xiàn)段長(zhǎng)度l1-支撐的長(zhǎng)度T1-線(xiàn)型加熱元件材料熔化溫度T2-支撐材料的熔化溫度如果每根支撐都具有弧形形狀,將會(huì)非常有利。
上述電子發(fā)射儀陰極加熱組件是以下列各點(diǎn)為特征的在整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)具有很高的可靠性,做為組件可靠工作的基本因素之一的結(jié)構(gòu)形狀的穩(wěn)定,可借助線(xiàn)型加熱元件的幾何布置的選擇來(lái)達(dá)到。
利用高歐姆(電阻)材料做支撐還可以提高形狀的穩(wěn)定性,與此同時(shí),當(dāng)從“冷”的導(dǎo)電母線(xiàn)到“熱”的加熱元件之間過(guò)渡中,它們還可以分擔(dān)一些熱,這樣可以降低在此過(guò)渡中的溫度梯度,從而也降低了從熱電子發(fā)射體向?qū)щ娔妇€(xiàn)的傳熱。
這樣,上述陰極加熱組件,一方面具有高機(jī)械剛度和溫度的穩(wěn)定性,另一方面又可降低功率消耗并可很快達(dá)到工作熱狀態(tài)。
下面將結(jié)合圖,用對(duì)實(shí)施例和其實(shí)施方法的描述來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明,這些說(shuō)明如下
圖1表示根據(jù)本發(fā)明所繪制的電子發(fā)射儀陰極加熱組件的全貌圖;
圖2表示根據(jù)本發(fā)明繪制的圖1的平面圖;
圖3表示圖1所示的組件,具有四根直線(xiàn)形的支撐(根據(jù)本發(fā)明)的均角投影圖;
圖4仍如圖3所示,根據(jù)本發(fā)明具有三根線(xiàn)型加熱元件和六根直線(xiàn)型支撐(均角投影圖);
圖5仍如圖3所示,根據(jù)本發(fā)明具有弧形支撐(平面圖);
圖6沿支撐和線(xiàn)型加熱元件長(zhǎng)度,溫度分布曲線(xiàn)。
電子發(fā)射管的陰極加熱組件具有熱電子發(fā)射體1(圖1),該發(fā)射體具有縱向幾何軸線(xiàn)2,固定在中心段3(以虛線(xiàn)表示的),只少有兩條線(xiàn)型加熱元件4。
在所述的實(shí)施例中有兩個(gè)加熱元件4。其中每一個(gè)的邊緣線(xiàn)段5具有長(zhǎng)度l1,安裝得具有同樣銳角α,α為與熱電子發(fā)射體1的縱向幾何軸線(xiàn)2所形成的夾角。兩邊緣線(xiàn)段5固定在(比如電接觸焊)在導(dǎo)電母線(xiàn)6上,而此母線(xiàn)與用電絕緣材料(如瓷)制做的基座7剛性聯(lián)接。
加熱元件4的這種布置,就形成有四個(gè)邊界的棱體構(gòu)架,這種結(jié)構(gòu)是剛性的,當(dāng)加熱時(shí)和運(yùn)行過(guò)程中可以保證形狀穩(wěn)定,和發(fā)射體1的位置固定。
發(fā)射體1沿軸向2位移值是常數(shù),而且對(duì)具體結(jié)構(gòu)很容易算出,所以在電子發(fā)射儀中要很準(zhǔn)確地布置發(fā)射體1。其邊緣段5布置在垂直于幾何軸2的平面上的多邊形的頂角上(圖上是矩形方案)有兩個(gè)相互垂直的對(duì)稱(chēng)軸8(圖2),對(duì)稱(chēng)軸9。其中之一穿過(guò)導(dǎo)電母線(xiàn)6,其交點(diǎn)在幾何軸2上(圖1)。
增多加熱元件4的數(shù)目可提高形狀的穩(wěn)定性,從而也提高其可靠性,但使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。因此,加熱元件4,從實(shí)際考慮,最好的選擇是兩個(gè)或三個(gè)。
加熱元件4用難熔金屬制作,比如,鎢絲,而熱電子發(fā)射體1,則用硼化稀土金屬,如LaBb。
為進(jìn)一步提高陰極加熱組件結(jié)構(gòu)的剛度和工作效能,就要給它裝配支撐10(圖3),來(lái)支撐加熱元件4。支撐10由導(dǎo)電材料制成,其比電阻大于加熱元件4材料的比電阻,比如,鉻合金,鉻鎳合金,鎳鎢鋯合金等等。
支撐10分成兩組,在每組里支撐10數(shù)目等于加熱元件4的數(shù)目。它們各自的一端都與邊緣線(xiàn)段5的一端聯(lián)接,而另一端則與一條母線(xiàn)6剛性聯(lián)接。這時(shí),一組支撐10與另一組支撐10相對(duì)于一表面對(duì)稱(chēng)布置,此表面穿過(guò)發(fā)射元件1的幾何軸線(xiàn)2與多邊形的兩對(duì)稱(chēng)軸8和9中之一(圖上表示的為軸線(xiàn)8),而且與軸線(xiàn)9和8垂直。而軸線(xiàn)9和8穿過(guò)導(dǎo)電母線(xiàn)6。
在上述實(shí)施例中,支撐10由一段直線(xiàn)型導(dǎo)線(xiàn)制做。它把加熱元件4的邊緣線(xiàn)段5的端頭聯(lián)接到導(dǎo)電母線(xiàn)6上。
圖4表示的是陰極加熱組件的另一實(shí)施例,在此實(shí)施例里有三個(gè)加熱元件4,和相應(yīng)的六個(gè)支撐10,以導(dǎo)電母線(xiàn)6為中心而放射布置著,這樣的陰極組件結(jié)構(gòu),類(lèi)似于六面的錐體,其棱邊就成為加熱元件4的邊緣線(xiàn)段5。
也可以有這樣的設(shè)計(jì)方案,這種陰極加熱組件的支撐10具有圓弧形狀(圖5)。這種結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)發(fā)射體在加熱時(shí)位置的穩(wěn)定性,因?yàn)橹?0的熱膨脹(伸長(zhǎng))不會(huì)通過(guò)錐體構(gòu)架的棱,傳給發(fā)射體1,而消耗于沿圓錐母線(xiàn)的位移上了。正如我們已知道的那樣,并不會(huì)引起錐體頂部位移,而發(fā)射體1正是放在錐體頂部的。
不論支撐10的形狀和布置如何(圖5),它都可以承接長(zhǎng)度短、截面小的加熱元件4。而支撐10的橫截面面積,和加熱元件4的橫截面面積可根據(jù)它們的比電阻的比例進(jìn)行選擇。我們知道,從加熱元件4到導(dǎo)電母線(xiàn)6的最小的熱損失,產(chǎn)生在當(dāng)在聯(lián)合加熱元件中所放出的功率為常數(shù)時(shí)。這里所說(shuō)的聯(lián)合加熱元件是指由支撐10和加熱元件4本身組成的加熱元件。這個(gè)條件可以通過(guò)使單位長(zhǎng)度的聯(lián)合加熱元件上的電阻相等的原則來(lái)實(shí)現(xiàn)。在我們所研究的方案里,我們實(shí)際上是采用使支撐10和加熱元件4的橫截面之比等于他們的比電阻之比,或稍大于這個(gè)比值。
加熱元件4的邊緣線(xiàn)段5的長(zhǎng)度和支撐10的長(zhǎng)度l1、l2的最佳關(guān)系的選擇,是根據(jù)分析加熱元件4和支撐10的材料的熔化溫度T1、T2進(jìn)行的。
明顯可見(jiàn),支撐10的長(zhǎng)度只可以加長(zhǎng)到使它與加熱元件4的接點(diǎn)處溫度不超過(guò)T2為限。這時(shí),更須保證聯(lián)合加熱元件的單位長(zhǎng)度電阻相等,而這時(shí)它們往外放熱量也同樣相等。聯(lián)合加熱元件的任一點(diǎn)因?qū)嵯禂?shù)而引起的熱損失Ph,由該點(diǎn)到支撐與比它厚實(shí)的導(dǎo)電母線(xiàn)6的聯(lián)接點(diǎn)的距離來(lái)決定。(對(duì)應(yīng)于兩母線(xiàn)6中之一條的初坐標(biāo)X=0)。有下列關(guān)系式
式中Pi-放出的熱功率,l=2(l1+l2)(加熱元件4中心段3的長(zhǎng)度因數(shù)值很小,可忽略不計(jì))。
聯(lián)合加熱元件任意點(diǎn)上的穩(wěn)定后的溫度T在此條件下,與其熱損失成正比,即
式中,K-比例系數(shù),比值K/Pi由在加熱元件中心溫度TX相等的條件來(lái)確定,即當(dāng)x=1/2時(shí),熱電子發(fā)射體1的工作溫度T0
由此,
這樣,T(x)的最初表達(dá)式為
此式反映在聯(lián)合加熱元件中穩(wěn)定后的動(dòng)態(tài)平衡,在放出熱功率及其由傳熱而引起的損失之間的動(dòng)平衡。
圖6表示溫度在沿聯(lián)合加熱元件長(zhǎng)度上的分布曲線(xiàn)。(聯(lián)合加熱元件系指支撐10和加熱元件4)。在導(dǎo)電母線(xiàn)6上假定溫度等于零。
支撐10與加熱元件4的邊緣線(xiàn)段的接點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn),由邊界條件決定。在此條件中,這個(gè)點(diǎn)溫度變動(dòng)值T(x)等T2,而在加熱元件4的中心處4T0=T1,加上這一考慮,
因此
這樣,加熱元件4與支撐10聯(lián)接的最佳點(diǎn),即長(zhǎng)度l1與加熱元件的中心對(duì)稱(chēng)布置,其距離為
要尋求的支撐10的長(zhǎng)度l2與加熱元件4邊緣線(xiàn)段5的長(zhǎng)度的最佳比,可由下式求之。
因此,支撐10的長(zhǎng)度l2由下式?jīng)Q定
如果把支撐10的長(zhǎng)度l2增大超過(guò)計(jì)算出來(lái)的最佳值,就可能導(dǎo)致支撐10在它與加熱元件4的聯(lián)接點(diǎn)上變得軟化或熔化的危險(xiǎn)。但若減短支撐10的長(zhǎng)度l2比其最佳值短,也不是所希望的,因?yàn)橹?0變短后,會(huì)引起形狀穩(wěn)定變壞和熱損失增加。
上述電子發(fā)射儀的陰極加熱組件以下列方式工作當(dāng)在導(dǎo)電母線(xiàn)6(圖1,2)上接上電壓,加熱元件4的燈絲就亮了,引起對(duì)熱電子發(fā)射體1的加熱直到其工作溫度T0。
這時(shí),發(fā)射體1就開(kāi)始發(fā)射電子,在裝有陰極加熱組件的電子發(fā)射儀中形成電子射線(xiàn)。
上述結(jié)構(gòu)的陰極加熱組件是非常高速動(dòng)作的,其準(zhǔn)備加熱時(shí)間大約在1秒鐘,因?yàn)槠浼訜嵩?很短又很粗。
圖3到5,所表示的陰極加熱組件,以基本上相同的方式工作。其特征為當(dāng)給導(dǎo)電母線(xiàn)6加上電壓后,母線(xiàn)上的溫度~100℃,支撐10與加熱元件聯(lián)接端處,被加熱到~700℃,而加熱元件本身4把發(fā)射體1加熱到工作溫度~1400℃。在此溫度下出現(xiàn)熱電子發(fā)射。這樣,裝了支撐10后,降低由加熱元件4到母線(xiàn)6之間的溫度梯度,同時(shí)也降低熱損失,因而提高了陰極加熱組件的工作效能。
在上述整個(gè)陰極加熱組件里,借助于上述的線(xiàn)型加熱元件的幾何布置、引入了一定長(zhǎng)度和橫截面的支撐而形成剛性的結(jié)構(gòu)、提高了在高溫情況下的形狀穩(wěn)定性,使組件具有高可靠性和工作效能。
權(quán)利要求
1.電子發(fā)射儀的陰極加熱組件,包括熱電子發(fā)射體(1),此發(fā)射體具有縱向幾何軸線(xiàn)(2),安裝在只少有兩個(gè)線(xiàn)型加熱元件(4)的中心部位(3),其邊緣線(xiàn)段(5)具有相等的長(zhǎng)度,并以自己的端頭與導(dǎo)電母線(xiàn)(6)相接,母線(xiàn)與基座(7)剛性聯(lián)接;其特征為,其線(xiàn)型加熱元件(4)的邊緣線(xiàn)段(5)在布置上與熱電子發(fā)射體(1)的縱向幾何軸線(xiàn)(2)夾成銳角(α),而其端頭布置在多邊形的頂角,具有兩條相互垂直的對(duì)稱(chēng)軸線(xiàn)(8,9),其中的一條穿過(guò)導(dǎo)電母線(xiàn)(6)的軸線(xiàn),其交點(diǎn)在熱電子發(fā)射體(1)的縱向幾何軸線(xiàn)(2)上。
2.權(quán)利要求1所述的陰極加熱組件,還有下列特征,它具有兩組支撐(10),每個(gè)組里支撐(10)的數(shù)目與線(xiàn)型的加熱元件(4)的數(shù)目相等,支撐(10)的一端與線(xiàn)型的加熱元件(4)的邊緣線(xiàn)段(5)的端頭相聯(lián)接,另一端頭與一個(gè)導(dǎo)電母線(xiàn)(6)剛性聯(lián)接,這時(shí),一組支撐與另一組支撐布置得以一表面為軸相對(duì)稱(chēng),此表面穿過(guò)發(fā)射體(1)的縱向幾何軸線(xiàn)(2)和多邊形的兩根對(duì)稱(chēng)軸線(xiàn)(8,9)中的一根,這根軸線(xiàn)穿過(guò)導(dǎo)電母線(xiàn)(6)的軸線(xiàn)。
3.權(quán)利要求2所述的陰極加熱組件,還有一特征,支撐(10)由一段導(dǎo)電材料做成的其比電阻大于線(xiàn)型加熱元件(4)材料的比電阻,每根支撐(10)的橫截面面積與線(xiàn)型加熱元件(4)的橫截面面積之比,最少應(yīng)等于這兩者的比電阻之比。
4.權(quán)利要求2和3所述的陰極加熱組件的特征還有,每根支撐(10)的長(zhǎng)度(l2)以下列關(guān)系式計(jì)算
其中T1-線(xiàn)型加熱元件(4)材料的熔點(diǎn)溫度T2-支撐(10)材料的熔點(diǎn)溫度
5.權(quán)利要求2或3所述陰極加熱組件還有以下特征,每根支撐(10)都是圓弧形的。
全文摘要
陰極加熱組件包括發(fā)射體(1)固定在至少有兩個(gè)線(xiàn)型的加熱元件(4)的中心部位(3),加熱元件的邊緣線(xiàn)段(5)都與發(fā)射體(1)的縱向幾何軸線(xiàn)(2)形成相同的銳角(α)。線(xiàn)型加熱元件(4)的端頭固定在導(dǎo)電母線(xiàn)(6)上。邊緣線(xiàn)段(5)端頭布置在多邊形的頂點(diǎn),該多邊形有兩條相互垂直的對(duì)稱(chēng)軸線(xiàn)(8,9)。其中之一穿過(guò)導(dǎo)電母線(xiàn)(6)的軸線(xiàn)。而其交點(diǎn)落在發(fā)射體(1)的軸線(xiàn)上。
文檔編號(hào)H01J1/22GK1064564SQ9110108
公開(kāi)日1992年9月16日 申請(qǐng)日期1991年2月21日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月29日
發(fā)明者奧里格德·伊萬(wàn)諾夫維奇·巴比思, 尼古拉·尼古拉耶維奇·德米金科, 尼古拉·費(fèi)多羅維奇·奧索林科, 弗拉狄思拉夫·弗拉狄米羅維奇·舒多維斯基, 塔亞娜·阿里克希娃·祖巴克娜 申請(qǐng)人:奧里格德·伊萬(wàn)諾夫維奇·巴畢思, 尼古拉·尼古拉耶維奇·德米金科, 尼古拉·費(fèi)多羅維奇·奧索林科, 弗拉狄思拉夫·弗拉狄米羅維奇·舒多維斯基, 塔亞娜·阿里克希娃·祖巴克娜