Реферати українською » Физика » Розрахунок і конструювання катодного вузла


Реферат Розрахунок і конструювання катодного вузла

Федеральне Агентство по Освіті РФ

Томський Державний Університет Систем Управління іРадиоелектроники (>ТУСУР)

Кафедра ЕлектроннихПриборов (>ЭП)

>Пояснительная записка до курсовому проекту з дисципліни

“Вакуумна іплазменная електроніка”

На тему: Розрахунок і конструювання катодного вузла

>Виполнил:

студентМалишкин А. А.

Перевірив:

доцент каф.ЭП Аксьонов А. І.

2009


>Оглавление

ЗАПРОВАДЖЕННЯ

1.ГЕКСАБОРИДНЫЕКАТОДЫ

1.1 Властивостіборидов

1.2Изготовления катодагексаборидалантана

2. РОЗРАХУНОККАТОДНОГОУЗЛА

2.1 Режим роботи катодного вузла

2.2 Розрахунок потужності катода

2.3 Розрахунокподогревателя катода

2.4 Розрахунок охолоджених кінців власника

2.5 Розрахунок потужності втрат на охолоджених кінцях

2.6 Розрахунок потужності,забираемойемитирующими електронами

2.7 Розрахунок потужності теплового випромінювання з робочої поверхні

2.8 Розрахунок потужності випромінювання корпусом катода

2.9 Перевірка балансу потужностей

>ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОКИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛІТЕРАТУРИ

>ПРИЛОЖЕНИЕ


Запровадження

У зв'язку з швидким розвитком технології виробництва електроннихемиттеров нині є велика кількість різних типівтермокатодов, які один від друга використовуваними матеріалами, структурою активного шару, температурним режимом і засобом нагріву.

>Накаливаемие катоди прийнято зазвичай класифікувати за трьома ознаками: з вигляду речовини, що у ролі джерелатермоелектронной емісії, за способом їх розжарювання і з вигляду конструктивного оформлення.

Найвища вимога до речовин, використовуваних як джерел електронів внакаливаемих катодах виглядають так:

По-перше, речовина має мати досить високої температурою плавлення, допускає його при значеннях температури, що забезпечує необхідну нормальної роботи лампи щільність струмутермоелектронной емісії і можливість ще більше високотемпературної обробки катода;

По-друге, речовина має мати досить високої температурою кипіння і за можливості нижчим тиском парів не більше робочих значень температури катода (цим визначаються вона найчастіше тривалість і стабільність роботи багатьох видів катодів);

По-третє, не більше температури катода його речовина має мати високої механічної міцністю і високої електропровідністю, допускає відбір струму емісії великий щільності і помітних втрат, викликають додатковий нагрівання катода цим струмом. [1]

По способам нагрівутермоелектронние катоди можна підрозділити напрямонакальние,подогревние і з електронним підігрівом:

Упрямонакальном катоді струм напруження проходить безпосередньо тілом катода.

Що стосуєтьсяподогревного катода нагрівання здійснюється спеціальнимподогревателем з допомогоюлучеиспускания чи теплопровідності ізолюючого покриттяподогревателя, з якого пропускається струм напруження.

>Катод з електроннимподогревателем нагрівається внаслідок бомбардування його прискореними в електричному полі електронами. І тому потрібно додатковий, зазвичайпрямонакальний, катод та наявність різниці потенціалів між катодами.

За матеріалами і структурі активного шару сучаснітермоелектронние катоди можна підрозділити п'ять груп:

I група – катоди з чистих металів;

II група – плівкові катоди;

III група – напівпровідникові катоди;

IV група –гексаборидние катоди;

V група – складні катоди;

Особливу групу є катоди, котримемитирующими електрони речовинами є різноманітних тугоплавкі сполуки, належать зкристаллографической погляду до так званим структурам впровадження, (котрі за електропровідності найчастіше відповідають металам, рідше – напівпровідникам, представляючи цьому плані особливу перехідну групу між металами і напівпровідниками, званих інодіполуметаллами). До цих речовин ставляться сполуки металів з цими елементами, як вуглець (>карбиди) і бір (>бориди). Із подібних сполук, вже знайшли практичне використання уелектровакуумной техніки і, зокрема, в розбірних приладах, соціальній та розробкахгенераторних ламп, може бутигексаборидилантана іцермишметалла, є у числі активних чимало досліджених досі сполук цього. [1]


1.Гексаборидние катоди

1.1 Властивостіборидов

Бор, азот, кремній, вуглець утворюють із металами перехідних груп сполуки, котрі підпорядковуються законам хімічної валентності і з багатьом властивостями нагадують метали. Всі ці сполуки дістали назву:металлоподобние. Дослідження емісійних властивостейметаллоподобних сполук показало, що з них можна використовувати як джерело електронів. До таких сполук слід віднести насампередгексабориди рідкісноземельних іщелочноземельних металів, і навіть деякідибориди.

>Эмиттери з урахуваннямборидов мають, зазвичай, високу робочу температуру та порівняно низьку економічність, та все ж вони представляють значний інтерес завдяки опірності отруєнню залишковими газами.

>Бориди є тугоплавкими, важко летючими і хімічно стійкими речовинами. Температура плавленнягексаборидов лежать у інтервалі 2100-2600град.С. Характерною ознакоюборидов є притаманна їм велика твердість, яка можна пояснити наявністю величезних сил зчеплення в кристалах. Ці сполуки важко піддаються холодної обробці звичайним способом.

Більшостіборидов притаманні яскраво виражені металеві властивості: вони теж мають металевий блиск, добре проводять електричний струм, причому температурний коефіцієнт опору вони позитивний, як в металів.

>Химическибориди, зазвичай, стійкі стосовно впливу більшості мінеральних кислот навіть за нагріванні. Кисень на холоднібориди не впливає.

Утермодинамическом відношеннібориди стійкіші, ніжкарбиди.

При нагріванні контактують із металами і багатьма тугоплавкими сполукамибориди дифундують на метал і розташований умеждуузлиях його грати, створюючи нижчібориди і сплави. Обстежено дуже багато системборидов – тугоплавкий метал та її з'єднання. Найактивнішими зборидов стосовно металам єгексабориди.

Нині досліджені емісійні властивості майже всіх рідкісноземельних іщелочноземельних елементів. Середгексаборидов рідкісноземельних металів найперспективніших речовиною єгексаборидлантана, саме його найчастіше застосовується у час виготовлення катодів.

Прикладгексаборидалантана нижче буде описана техніка виготовлення катода і особливість його застосування.

1.2Изготовления катодагексаборидалантана

>Катоди згексаборидомлантана виготовляють з порошку шляхом нанесення його за металеву підкладку чи пресування приТ=1920 До. Велика робоча температура обмежує термін їхньої служби катода внаслідок перегорянняподогревателя.

При виготовленнігубчатих катодів як підкладки використовують тантал чи молібден, оскільки вони менше за інших тугоплавких металів взаємодіють ізгексаборидомлантана. Найменше реагує здисцилид молібденуMoSi2, у якого металевої провідністю. Тому доцільно покривати цим з'єднанням підкладку запобігання її руйнації.

>Прессованние катоди виготовляють з порошківLaB6 і W.Спекание роблять у вакуумі чи водні приТ=1650-2300 До залежно від необхідної механічної міцності. Тиск пресування вбирається у 10т/см2.

Максимальна міцність характеризується гарячому пресуванні, коли тиск вбирається у 200кг/см2, а температура становить 2200-2300 До,. пресування бажано провадити у захисної атмосфері.

>Катоди можна виготовляти з розплавленогогексаборидалантана, який розплавляють плазмовим методом.Механическую обробку здійснюютьелектроискровим методом із наступною хімічної очищенням. Необхідний контакт між виготовленої таблеткою і металевої підкладкою виробляють пайки з добавкоюдисцилида молібдену.

>Эмиссионние властивості катода, що містить 90-95%LaB6, краще, ніж в катода з чистоїгексаборидалантана. З іншого боку, емісійні властивості катода при холодному пресуванні краще, аніж за гарячому.Катод, у якому 90%LaB6 і десяти% W і отриманий шляхом холодного пресування, має такі дані: робота виходу 2.62еВ, питома емісія приТ=1770 До дорівнює 13А/см2.

Великі щільності струму можна отримати при поєднанніLaB6 коїться з іншими металами. Так, для суміші 90%LaB6 + 10%Mo приТ=1870 До jе=25А/см2.Для суміші 10%LaB6 + 90%Mo приТ=1870 До jе=23А/см2.Для суміші 90%LaB6 + 10%Pt приТ=1870 До jе=40А/см2. [2]

>термоелектронний катодборид потужність


2. Розрахунок катодного вузла

2.1 Режим роботи катодного вузла

Для даного катода обраний безперервний режим роботи, оскільки поставлено щодо не велике значення струму емісії .Импульсний режим роботи катода застосовується при значеннях струму емісії порядку кілька десятків ампер. З урахуванням те, що потрібнорасcчитать катод що в аварійний режим - візьмемо значення струму емісії рівним .

Будемо конструювати катод непрямого напруження (катод, обладнаний спеціальним, ізольованимподогревателем). Оскільки виготовленняпрямонакального катода застосовується досить складна технологія.

2.2 Розрахунок потужності катода

Деякі константи для цього виду катодів:

 -константатермоелектронной емісії, [1];

  -ефективна робота виходу електронів, [1];

    -робоча температура катода;

 -ефективність катода (приТ=1680К) , [1];

 - приТ=1700 До , [1]

  - сталаБольцмана;

       - заряд електрона;

 - сталаСтефана-Больцмана.

Використовуючи перелічені вище дані, обчислимо щільність струму емісії за такою формулоюРичардсона-Дешмана:


;  .

Знайдена щільність струму цілком узгоджується зтабличним значенням.

Враховуючи те, що струм емісії обчислимо поверхнюемитирующего речовини - робочу площа:

;

Визначаємо радіус поверхні, з якою відбуватиметься випущення електронів (емісія). Робоча поверхню виконано формі кола. Площа кола обчислюється за такою формулою:

, де – радіус катода.

;

Неважко припустити, що це радіус можна взяти за радіус катода, тоді діаметр катода:

;

>Вичислим необхідну потужність напруження:

,

де - струм емісії,

 - ефективність катода;

.

2.3 Розрахунокподогревателя катода

Крім нормального робочого режиму, підігрівник повинен відповідати вищу температуру, необхідну при обробці катода, для виготовленняподогревателей можна буде застосувати або вольфрам, або його сплави з молібденом, містять 50 чи 20% вольфраму. Перевага виявляється за вольфраму, а додавання молібдену покращує механічні властивості вольфраму, що полегшує виготовленняподогревателей знижує їх крихкість.

Доподогревателям пред'являють такі основні вимоги: термічна стійкість, висока механічна міцність, незначний розкид по току напруження, довговічність, незначні струми витоку. Перейдемо безпосереднє розрахункуподогревателя для аналізованого катода:

Для напруги напруження зазвичай ставиться одна з його стандартних значень. Нехай напруга напруження катода буде [1].

Знаючи напруга напруження, знаходимо струм напруження:

, [1]

де - потужність напруженняподогревателя катода,

 - напруга напруження,

 - струм напруження;


Також можемо обчислити опір нагрівача:

. [1]

З огляду на, що з робочої температурі нагрівача , зробленого з сплавуВМ-50(W-50% іMo-50%), питома потужність розсіюванняпроволкой дорівнює , а удільне опір , розрахуємо діаметр і довжину дротуподогревателя:

 , [1] , [1]

де - напруга напруження,

  - струм напруження,

 - питома потужність розсіювання дротом;

На малюнку 2.3.1 зображено схема катода – його основні складові та його розташування. У катоді керн виготовлений із молібдену (так званиймолибденовий склянку).


>1-рабочая поверхню катода (>LaB6),

>2-молибденовий корпус,

>3-подогреватель,

>4-держатели.

Малюнок 2.3.1 – Схемарассчитиваемого катода

Для аналізованого катода обраний підігрівник як пласкою спіралі,т.к. необхідно нагрівання таблетки згексаборидалантана (>LaB6), а чи не всього молібденового склянки.

На малюнку 2.3.2 представлена схема обраногоподогревателя:

Малюнок 2.3.2 – Схемаподогревателя

Верхня частинаподогревателя є ніщо інше, як спіраль Архімеда. У полярною системі координат рівнянняАрхимедовой спіралі така: . З аналітичної геометрії відомо, що й гладка крива задана рівнянням , то довжина дуги цієї кривою виражається інтегралом: , деf1 іf2 - значення полярного кута в кінцях дуги. Для спіралі Архімеда цей інтеграл запишеться як

.

Інтеграл табличний дорівнює:

 .

Знаючи довжину дуги (довжинаподогревателя), підбираємо параметри спіралі те щоб відповідали геометричних розмірам катода. І тому скористаємося програмним пакетомMathcad, поклавши, як іf1=0. Методом добору встановимо, що оптимальними значеннями a іf2 будутьa=0.125 іf2=>3.5p. Зовнішній вид отриманої спіралі представлений малюнку 2.3.3.


Малюнок 2.3.3 – Зовнішній вид спіралі

2.4 Розрахунок охолоджених кінців власника

Як матеріалу власників виберемо цирконій, оскільки він має низьку теплопровідність.Рассчитаем довжину власників:

 [1]

Звідси:

де - значення для див, див, А, залежать від температури . При =2500, , [1]

, [1] - теплопровідність матеріалу введення;

  - струм напруження;

  - діаметр власника;  

 відмінність між температурою власників і температурою довкілля. Прийнявши температуру оточуючоїчреди за 300 До одержимо ;

Отже:

2.5 Розрахунок потужності втрат на охолоджених кінцях

>Рассчитаем втрати потужності наохлажденних кінцях:

де - коефіцієнт випромінювання для цирконію;

=5.62 - сталаСтефана-Больцмана,

         - температура власника,

        - довжина власників,

          - діаметр власників.

.


2.6 Розрахунок потужності,забираемойемитирующими електронами

Знайдемо потужність,забираемую електронами:

,

де - заряд електрона,

        - робоча температура поверхніемиттера,

 - сталаБольцмана.

.

2.7 Розрахунок потужності теплового випромінювання з робочої поверхні

Потужність випромінюванняемитирующей поверхні вираховується за формулою:

,

де =5.62 - сталаСтефана-Больцмана,

         - робоча температура поверхніемиттера;

            - коефіцієнт випромінювання длягексаборидалантана при даної робочої температурі;

         - площаемитирующей поверхні;

 .


2.8 Розрахунок потужності випромінювання корпусом катода

>Рассчитаем потужність випромінювання молібденового корпусу катода. І тому потрібно спочатку розрахувати площа випромінювання. У нашому випадку цієї площею є циліндр висотою і радіусом .

Тепер розрахуємо безпосередньо потужність випромінювання:

;

2.9 Перевірка балансу потужностей

Перевіримо, виконується чи баланс потужностей. І тому підставимо розраховані значення вираз для балансу потужності:

де - потужність напруження катода;

 - потужність випромінювання з робочої поверхні;

 - потужність втрат на охолоджених кінцях;

 - потужність,забираемаяемитирующими електронами;

  - потужність випромінювання корпусу катода.


>Термодинамический баланс потужностей виконується з певним відхиленням. З виконання термодинамічної балансу потужностей слід, що ми сконструювали фізично можливий катодний вузол, конструкція якого "буде приведено в Додатку 1.


Укладання

У цьому курсової роботі при розрахунку катода згексаборидалантана було розглянуто явищетермоелектронной емісії, яке широко використовують у вакуумних і газонаповнених приладах. Розглянуто властивостітермокатода, зроблено розрахунок і конструювання катодного вузла.


Список використовуваної літератури

1. ЦарьовБ.М., «Розрахунок і конструювання електронних ламп», М: Енергія,1967г.,670с;

2. Кацман Ю.О. «Електронні лампи», М.: Вищу школу,1979г.,303с.;


Додаток

 

>А-А

1 – робоча поверхню катода (>LaB6),

2 –молибденовий корпус,

3 – власник катода,

4 – гайка,

5 – цирконієвий власник нагрівача,

6 –фторопластовая прокладка,

7 – прокладка з вакуумної гуми,

8 – підігрівник катода,

9 –фланец,

10 – шайба.

 ,–контактно-стиковая зварювання


Схожі реферати:

Навігація