книги / Электрооборудование электровакуумного производства

ственный рост производства влечет за собой качествен­ ные изменения культуры производства. Повышается уровень механизации и автоматизации, вводятся новые более прогрессивные способы обработки и технологиче­ ские процессы, повышается качество обработки и уже­ сточаются допуски, усиливается контроль за соблюде­ нием технологической дисциплины, устанавливаются технически обоснованные нормы на контроль исходных материалов и полуфабрикатов и т. д. В заводских лабо­ раториях проводится всестороннее исследование электро­ вакуумных приборов перед запуском в производство, во время изготовления и после выпуска. Научные органи­ зации часто используют электровакуумные приборы в режимах, отличных от стандартных, указанных в тех­ нических условиях на прибор. Решение вышеуказанных задач невозможно без проведения различных испытаний. Испытания помогают решать основную задачу получе­ ния потребителем доброкачественных электровакуумных приборов, полностью соответствующих установленным требованиям. Правила приемки приборов и контроль их качества, методы испытания и режимы испытаний, тре­ бования к испытательному оборудованию и к приборам оговариваются специальными документами, которыми являются государственный стандарт (ГОСТ), общие тех­ нические условия (ОТУ) и частные технические условия (ЧТУ). Например, согласно ОТУ для электронно-луче­ вых приборов, преобразующих электрические сигналы в световые, световые в электрические и электрические сигналы в электрические, для проверки соответствия приборов предъявляемым требованиям устанавливаются пять категорий испытаний, которые в технологической документации имеют согласно ГОСТ В-18347-73 следую­ щие буквенные обозначения:

приемо-сдаточные (С и СВ); периодические (П); испытания на долговечность (Д ); конструктивные (К); контрольно-выборочные (КВ).

Общие требования оговаривают соответствие прибо­ ра утвержденным чертежам, его изготовление — утверж­ денной технологии, соблюдение технологического про­ цесса и другие организационные вопросы производства. Технические требования представляют собой совокуп­ ность требований к конструкции прибора (внешний вид,

221

габаритные и присоединительные размеры, схема соеди­ нений, качество покрытий и т. д.), к электрическим и светотехническим параметрам и долговечности прибора (необходимые электрические напряжения и токи элек­ тродов, токи утечек, междузлектродные емкости, запи­ рающее напряжение, яркость, разрешающая способность и другие специфичные параметры), а также к механиче­ ской прочности и устойчивости прибора при климатиче­ ских и механических воздействиях (сохранение конст­ рукции и электрических параметров в пределах норм ЧТУ). Кроме того, оговариваются требования к марки­ ровке, упаковке, транспортировке и методы проверки качества маркировки и упаковки. Также оговариваются требования к испытательным установкам, стендам и измерительным приборам (класс точности стрелочных измерительных приборов, пульсация и стабильность источников питания, плавность регулировки напряжений, вопросы аттестации и сроки поверки и т. д.). В частных технических условиях (ЧТУ) указываются специальные требования и методы испытаний, не оговоренные в ОТУ, даются рекомендации по эксплуатации прибора, приво­ дится таблица норм и режимов испытаний и таблица допустимых значений параметров. Могут приводиться в качестве справочного материала различные характе­ ристики прибора. Проверку электрических и светотех­ нических параметров прибора производят по методике, изложенной в ОТУ, на специальном оборудовании в лю­ бой последовательности, если она особо не оговорена в ЧТУ. Проверку параметра ведут в табличном режиме ЧТУ после установления режима, т. е. через 2—3 мин после включения тока накала. При условии совпадения режимов испытаний допускается совмещение испытаний, причем при проверке нескольких параметров подряд предварительный подогрев производится только перед измерением первого параметра. Если испытания пресле­ дуют цель разбраковки на приборы, удовлетворяющие требованиям ГОСТ, ОТУ и ЧТУ, и на приборы, имеющие отступления от предъявляемых требований, то абсолют­ ные значения проверяемых параметров в большинстве случаев не важны, так как предъявляемые требования устанавливают лишь граничные значения параметров. Такие испытания, защищая интересы потребителя, опре­ деляют работоспособность прибора в электрическом ре­ жиме при механических и климатических воздействиях.

222

Для контроля и управления производством широко используются методы инженерного анализа производства. В этом случае могут применяться специальные методы испытаний, не предусмотренные ТУ. При разработ­ ке и ведении технологических процессов, контроле про­ изводства на различных стадиях становится необходи­ мым определять абсолютное значение измеряемых пара­ метров, средние значения и распределение измеряемых параметров по партиям приборов и по времени изготов­ ления, связь статистического разброса параметров при­ бора с технологическими факторами. Целый ряд элек­ трических параметров определяется конструктивными особенностями и зависит от геометрических размеров деталей, их взаимного расположения и расстояний меж­ ду ними. Нарушение геометрии возможно в результате износа инструмента. Замена изношенного инструмента может быть произведена по результатам испытаний, если ведется систематическое наблюдение за изменением электрического параметра, зависящего от износа инстру­ мента. Это наиболее простой пример зависимости элек­ трических параметров прибора от технологических фак­ торов. На практике связи оказываются более сложными и завуалированными влиянием многих факторов одно­ временно.

Основные требования к испытательному оборудова­ нию определяются спецификой измерения параметра и условий эксплуатации с учетом количественного выпуска и назначением испытаний. Специфика измерения элек­ трического параметра электровакуумного прибора за­ ключается в зависимости точности измерения от целого ряда факторов, таких, как стабильность источников пи­ тания, погрешность установки заданного режима испы­ тания (погрешность измерительных приборов), погреш­ ность метода измерения и погрешность прибора измере­ ния параметра. Поэтому для различных видов испытаний и разных типов электровакуумных приборов государст­ венный стандарт предъявляет несколько различные требования, которым должны удовлетворять испытатель­ ные установки. Например, требования к испытательным установкам для ламп приемно-усилительных и генера­ торных мощностью, продолжительно рассеиваемой ано­ дом, до 25 Вт устанавливаются по ГОСТ 8089-71, а тре­ бования к испытательным установкам кинескопов для цветного телевидения устанавливаются по ГОСТ

223

17103-71. При конструировании испытательного оборудо­ вания необходимо учитывать специфику условий рабо­ ты испытательного оборудования дополнительными тре­ бованиями к механической прочности, времени успокое­ ния измерительных приборов, влияния температуры окружающей среды и других факторов. Так, при массо­ вом выпуске производительность испытательного обору­ дования должна быть согласована с производитель­ ностью остального оборудования, и это исключает при­ менение малостабильных источников питания, так как ручная корректировка режима испытания, обычно про­ водимая в лабораторных условиях, невозможна. Авто­ матизация процесса измерения также требует примене­ ния высокостабильных источников питания, в качестве которых очень широко используются различные типы стабилизирующих устройств. Для этих целей могут быть применены феррорезонансные стабилизаторы, различные виды магнитных усилителей, газовые стабилизаторы, раз­ личные электронные и полупроводниковые стабилизато­ ры тока и напряжения. Применение различных элек­ тронных и полупроводниковых схем стабилизации, кроме получения высокой стабильности в условиях изме­ нения нагрузки и питающего напряжения сети, позволяет получить малое значение пульсации выходного напряже­ ния (тока), а также решить целый ряд проблемных за­ дач техники испытаний. Большое значение имеют меха­ нические и климатические испытания ламп. Надежность электронных ламп зависит от их способности противо­ стоять различным механическим (удары, вибрации, ускорения и т. д.) и климатическим (температура, влаж­ ность, давление и т. д.) воздействиям, сохраняя задан­ ные значения электрических параметров и не увеличивая число отказов аппаратуры. Механические испытания обычно проводятся после электрических и заключаются в определении изменений (по результатам электрических испытаний, которые могут проводиться как во время, так и после механических испытаний), происходящих в испытываемых лампах при различных механических воздействиях. Для обнаружения ослабления прочности конструктивных элементов лампы и выявления в ней различных посторонних частиц в условиях ударных на­ грузок, тряски и вибраций проводятся испытания на вибропрочность. В зависимости от назначения ламп ТУ оговаривают условия испытаний. Один из видов испы-

224

таний на вибропрочность состоит в том, что лампы под­ вергаются вибрации поочередно в двух взаимно перпен­ дикулярных плоскостях на вибростенде. Для ламп по­ вышенной надежности испытания проводятся в более тяжелых условиях — в условиях длительной вибрации и в широком диапазоне частот с целью выявления меха­ нических резонансов как отдельных элементов, так и всей конструкции. При этом у испытываемых ламп фи­ ксируются короткие замыкания, обрывы, измеряются величины виброшумов, а также неоднократно проверя­ ются электрические параметры. Подобные испытания на прочность проводятся в центрифуге при воздействии различных ударов и ускорений. Механические испыта­ ния являются весьма сложными испытаниями, и для их проведения необходима специальная, а иногда и уни­ кальная, аппаратура, с помощью которой возможны правильное проведение испытаний и оценка их резуль­ татов (подробно о механических испытаниях см. § 3-3). Климатические испытания проводятся с целью выявления возможности данной партии ламп противо­ стоять различным неблагоприятным климатическим воз­ действиям, причем по результатам испытаний возможно определение как слабых мест конструктивного исполне­ ния, так и нарушения технологии изготовления. Объем и условия испытания определяются ТУ, ОТУ и ГОСТ для отдельных типов приборов в зависимости от назна­ чения. Приборы повышенной надежности, например, подвергаются испытаниям на долговечность при повы­ шенной температуре, на устойчивость к повышенному и пониженному давлению, на термостойкость оболочки, на влагоустойчивость, на устойчивость к тропическим усло­ виям работы и некоторым другим видам испытаний. Отдельные типы приборов специального назначения под­ вергаются климатическим испытаниям в ограниченном объеме или некоторым специальным испытаниям. Испы­ тания при повышенной температуре проводятся в термо­ камерах, причем ухудшение вакуума из-за повышенного газоотделения контролируется измерением ионного тока (обратного тока управляющей сетки) и эмиссионных параметров (анодного тока, крутизны). Устойчивость

к пониженному или повышенному давлению проверяется

вбарокамере. Проверка термостойкости может произ­ водиться или в виде испытания на термоудар (две вод­ ные среды, одна — нагрета до кипения, другая — охлаж­

дена до 0°С, в которые поочередно помещается испыты­ ваемый прибор), или циклическим многократным изме­ нением температуры с использованием камер тепла и холода. Величина температурного изменения для прибо­ ров, имеющих стеклянную оболочку, лежит в пределах от —60°С до +200-*-250°С. При этих испытаниях также кон­ тролируются обратный ток первой сетки и эмиссионные параметры. Влагоустойчивость проверяется длительной выдержкой прибора (до 30 сут) в камере влажности при температуре 50°С и относительной влажности до 98%, если иное не оговорено в ТУ. При этих испытаниях про­ веряется сопротивление изоляции, а также измеряются обратный ток первой сетки и анодный ток. В отдельных случаях испытание ужесточается путем распыления рас­ творов хлористых солей натрия, кальция, магния или калия, что создает атмосферу «морского тумана». (По­ дробно о климатических испытаниях см. § 3-4.)

И З М Е Р Е Н И Е С Т А Т И Ч Е С К И Х П А Р А М Е Т Р О В Э В П

Свойства электровакуумных приборов, а следователь­ но, и их использование в схемах определяются электри­ ческими характеристиками и параметрами этих приборов. Под электрической характеристикой электровакуум­ ного прибора обычно понимают зависимости между зна­ чениями тока и напряжения на отдельных электродах или соотношения между параметрами прибора. Пара­ метрами электровакуумных приборов называют основ­ ные величины, характеризующие свойства электроваку­ умного прибора.

У большинства электровакуумных приборов в зави­ симости от режима их работы определяют параметры статические и динамические. В общем случае методы измерения статических параметров основаны на теоре­ тическом определении параметра (по формуле). Заменяя в формуле частные производные малыми конечными при­ ращениями (что можно сделать, считая участок харак­ теристики прямолинейным из-за его малости), в резуль­ тате получают значение искомого параметра. Малые приращения могут быть в виде приращений постоянного, переменного или импульсного тока (напряжения). Из­ мерения статических параметров производят при посто­ янных, переменных и импульсных приращениях. Следует заметить, что наибольшее распространение получил ме-

22G

тод измерения статических параметров с приращениями на переменном токе, имеющий ряд технических преиму­ ществ (повышенная точность измерения благодаря усреднению результатов ряда многократных измерений, уменьшенные значения приращений при технической простоте аппаратуры измерения малых величин пере­ менного тока и т. д.).

Повышение точности измерения при приращениях постоянного тока может быть получено в результате применения компенсационных схем измерения, что, однако, требует более сложной измерительной аппара­ туры.

Импульсные методы измерения требуют применения сложной аппаратуры и не дают существенного выигры­ ша в точности измерений. Их применение диктуется не­ возможностью или нецелесообразностью использования других методов измерения (желание избежать наруше­ ния теплового баланса или превышения допустимой мощности рассеяния, работа в комплексе с различной аппаратурой вычислительной техники без переходных устройств, определение специальных импульсных пара­ метров электровакуумных приборов и т. д.).

Однако не следует забывать, что применение импульс­ ных методов измерения в электровакуумной технике связано с рядом трудностей. Подавляющее большинство электровакуумных приборов представляют собою слож­ ные приборы, обладающие междуэлектродными емко­ стями, индуктивностями вводов, центрами холодной эмиссии, способностью отдавать большие токи в импуль­ се и т. д. Поэтому при использовании импульсного ме­ тода измерения необходимо считаться с возможностью искажения результатов измерения токами, вызванными появлением холодной эмиссии и наличием междуэлектродных емкостей, импульсной эмиссионной способ­ ностью, а также возможным отравлением катода при больших импульсных нагрузках.

Во многих случаях необходимо определять не только статические параметры, но и снимать статические харак­ теристики. Они могут быть построены графически по точкам, снятым на постоянном, переменном или им­ пульсном напряжении, либо непосредственно разверну­ ты на экране осциллографа (при помощи аппаратуры типа характериографа). Графическое построение харак­ теристик по точкам является более точным по сравне-

нию с осциллографическим методом, однако требует больших затрат времени и труда.

Требования к электрооборудованию испытательных установок определяются современным состоянием изме­ рительной техники и задачами, поставленными перед ней сегодня производством. Примером может служить испы­ тательное оборудование для приемно-усилительных радиоламп как наиболее массовой продукции или испы­ тательное оборудование для электронно-лучевых прибо­ ров (ЭЛТ) как сложного прибора с широким кругом метрологических задач. В производстве приемно-усили­ тельных радиоламп серьезной задачей является выявле­ ние ламп, имеющих короткие замыкания между элек­ тродами и обрывы в цепях электродов, причем короткие замыкания между электродами в зависимости от вызвав­ ших их причин могут быть как постоянными, так и вре­ менными. Лампа при возникновении таких дефектов должна быть изъята, и ее дальнейшая обработка и испы­ тание не имеют смысла в связи с тем, что такая лампа может нарушить нормальное функционирование обору­ дования и даже вывести его из строя в результате воз­ никновения коротких замыканий в таких цепях, где не предусмотрена от них защита. Это положение усугубля­ ется при массовом выпуске, когда количество дефектных ламп достаточно велико. На тренировочном оборудова­ нии такие дефектные лампы могут быть обнаружены благодаря применению буферных ламп накаливания и различных систем индикации, описание работы которых приводится в § 3-2 этой главы. Лампы, имеющие времен­ ные короткие замыкания, могут быть обнаружены только на специальном оборудовании. В силу указанных причин испытание ламп на короткие замыкания и обрывы пред^ шествует всем остальным испытаниям. Одним из методов испытания ламп на короткие замыкания и обрывы явля­ ется испытание на переменном токе с использованием в качестве индикатора коротких замыканий и обрывов сигнальной лампы тлеющего разряда (неоновой лампы). Фазосдвинутые напряжения переменного тока снимаются с общего делителя и через сигнальную лампу тлеющего разряда, включенную последовательно с ограничитель­ ным сопротивлением, подаются на электроды горячей лампы. Использование фазовых сдвигов между напря­ жениями общего делителя, получаемыми в результате питания делителя от шестифазного трансформатора, при

228