книги / Электрооборудование электровакуумного производства

При нагреве катода до высоких температур барий вос­ станавливается из окиси и диффундирует в оксидном покрытии к поверхности катода. Связывание кислорода атомами присадки, т. е. процесс активирования присад­ ками, проходит на границе между керном и оксидным покрытием. Токоотбор с катода вызывает удаление из оксидного покрытия ионов кислорода в результате их диффузии сквозь оксид под действием электрического поля. Скорости активирующих процессов возрастают с ростом температуры, однако при высоких температу­ рах (выше 1000°С) скорости дезактивирующих процес­ сов, таких, как испарение окиси бария с катода, спекание оксида и образование крупнокристаллической структу­

катода и значений токоотбора с него, зависит от приме­ няемых материалов для керна катода, оксида и режима предыдущей обработки на откачке. В связи с тем, что основной процесс активирования катода на тренировке осуществляется за малое время (минуты), его иногда называют кратковременной тренировкой в отличие от длительного процесса стабилизации параметров, нося­ щего название длительной тренировки. Основной мерой борьбы с нестабильностью параметров является умень­ шение газосодержания деталей арматуры и очистка их от окислов и других химических соединений. При работе благодаря нагреву и электронной бомбардировке элек­ тродов адсорбированные газы (углерод и продукты раз­ ложения окислов) выделяются во внутреннем объеме, снижая вакуум, а отравление катода возрастает со сни­ жением вакуума и резко уменьшается с ростом темпера­ туры катода. Так как газопоглотитель работает медлен­ но, то в начале процесса очистки электродов повышают температуру катода для уменьшения возможности отрав­ ления катода, а затем снижают по мере очистки и по­ вышения вакуума до нормальной температуры в конце очистки. Очистка электродов проводится в режиме пе­ регрузки по рассеиваемой мощности и напряжениям. Перегрузка электродов по температуре в режиме тре­ нировки обычно составляет не менее 100—200°С. Очист­ ка электродов сопровождается дальнейшим активирова­ нием катода. Для импульсных и долговечных ламп, у

281

которых используется кери из чистого никеля, активиро­ вание катода возможно только за счет токоотбора, поэто­ му для них очистка электродов и активирование совме­ щены и происходят одновременно. Скорость активиро­ вания определяется величиной токоотбора, и это опре­ деляет применение многократных перегрузок катода по току по сравнению с номинальным режимом, вплоть до пятидесятикратных. Такой режим для разных приборов длится от десятков минут до нескольких часов. Для специальных ламп, предназначенных для работы в от­ ветственной аппаратуре, режим длительной тренировки может продолжаться значительно дольше (около 100 ч). Это связано с двумя причинами. Первая причина заклю­ чается в том, что выделение основного количества газа происходит в приборе, работающем без перегрузок, в первые 50—100 ч работы. Вторая причина заключает­ ся в том, что основные и наиболее значительные изме­ нения параметров наблюдаются в первые 50 ч работы прибора. Увеличение токоотбора в режиме тренировки приводит к повышенному распылению бария с катода из-за его перегрева и перегрева электродов. Это и огра­ ничивает возможности тренировки и активирования ка­ тода током в статическом режиме. Особенно опасен пе­ регрев катода для долговечных приемно-усилительных ламп и импульсных модуляторных ламп и некоторых других приборов, где нежелательно появление термотока сеток в результате напыления бария. Поэтому, кроме тренировки в статическом режиме, используются тре­ нировки в динамическом и импульсном режимах. Им­ пульсная тренировка позволяет создать очень напряжен­ ный как по току, так и по напряжению режим обработ­ ки при относительно невысокой мощности рассеивания. Возможны различные переходные режимы тренировок, когда электроды питаются пульсирующим, переменным или постоянным напряжением с наложением пульсирую­ щего или переменного напряжения. Одним из способов борьбы с термотоком сеток и уменьшением абсолютного значения контактной разности потенциалов как результа­ та напыления бария является нагрев сетки электронной бомбардировкой до 500—550°С, что приводит к испаре­ нию окиси бария. Такой способ требует заниженной тем­ пературы катода и может привести к его отравлению за счет газовыделения сетки при нагреве последней, а так­ же к деформации самой сетки. Стабилизация контактной

282

разности потенциалов достигается применением формиргеттера. Этот алюминиево-магниевый активатор, наноси­ мый на траверсу сетки, распыляется во время трениров­ ки при нагреве до 500—550°С электронной бомбардиров­ кой. Магний напыляется на катод и электроды, устойчиво активируя их.

Улучшение изоляции катод — подогреватель происхо­ дит при подаче напряжения между катодом и подогре­ вателем (минусом на подогреватель). После тренировки утечка по алундовому изолятору подогревателя состав­ ляет несколько микроампер в режиме максимально до­ пустимого напряжения.

Для улучшения изоляции и повышения пробивной прочности приборов, работающих при повышенных на­ пряжениях, применяется высоковольтная тренировка. Такая тренировка заключается в постепенном (по мере

до значений, резко превышающих рабочие. В резуль­ тате пробоев прожигаются различные проводящие мостики, разрушаются центры холодной эмиссии, элек­ троды очищаются от загрязнений, служащих источ­ никами возникновения пробоев. Такая высоковольтная тренировка применяется в производстве электронно­ лучевых трубок и, в частности, для обработки кинескопов под названием «высоковольтный прожиг».

В зависимости от принятой технологии и конструк­ ции трубки прожиг может проводиться на постоянном или переменном токе промышленной или высокой часто­ ты или их комбинаций. Для осуществления прожига вы­ сокой частотой могут применяться бобины типа автомо­ бильных катушек зажигания.

При использовании источника переменного тока про­ мышленной частоты или источника постоянного тока (либо их комбинации) необходимо применять защитные RC-цепи.

От высоковольтного источника через большой огра­ ничительный резистор заряжается емкость, параллель­ но которой включен тренируемый прибор. По мере за­ ряда емкости возрастает напряжение на ней. При воз­ никновении пробоя происходит разряд емкости, причем энергия, запасенная в емкости, расходуется на разруше­ ние центров, вызывающих пробой, и на разрушение про­ водящих мостиков. Ограничительный резистор препят-

283

ствует переходу пробоя в режим дугового разряда, что привело бы к гибели прибора. Высоковольтный прожиг приводит к частичной потере эмиссии за счет разруше­ ния катода. Попытки предохранить оксидное покрытие от прямого разрушения с помощью соединения всех электродов, находящихся вблизи катода, с катодом (осуществляется внешними соединениями, выполняемы­ ми на панельке) являются эффективными, но не обес­ печивают защиту катода от частичной потери эмиссии. В случае несоблюдения такого предохранения (что мо­ жет быть при нарушении контакта в панельке) возможен прямой пробой на катод как результат появления боль­ ших потенциалов на электродах. Поэтому обычно высоковольтный прожиг требует дополнительной активировки для восстановления эмиссионной способности ка­ тода. Это может привести к понижению электрической прочности из-за напыления при тепловой обработке ка­ тода и требует тесной связи режима прожига и режима тренировки.

Для приборов специального назначения или при вы­ пуске в малых количествах отдельных типов приборов

284

Т а б л и ц а 3-4-

Режимы тренировки генераторных и приемно-усилительных ламп

285

могут применяться различные виды тренировок, в осно­ ву проведения которых положено воспроизведение экс­ плуатационных режимов с целью стабилизации парамет­ ров (с учетом специфических условий работы или при отсутствии возможностей создания равнозначных усло­ вий в других режимах). Такая тренировка носит назва­ ние тренировки в динамическом режиме и применяется для большинства газоразрядных приборов, генераторных ламп и других приборов. В табл. 3-3 и 3-4 приведены режимы тренировки для различных электровакуумных приборов. Различия в режимах продиктованы конструк­ тивными особенностями приборов и принятой технологи­ ей у разных изготовителей. Например, для генераторной лампы с торированным катодом режим тренировки на­ чинается с обезгаживания при напряжении накала 8, 10

и12 В. Восстановление тория происходит при сильном перекале (20 В). Выдержка при напряжении накала 14

и12,6 необходима для образования активной пленки на поверхности катода в результате диффузии тория. Ста­

билизация параметров с целью сохранения запасенного тория ведется при номинальном напряжении накала 12,6 В. Высоковольтная тренировка проводится в облег­ ченном режиме (без включения питания подогревателя). Для кинескопов проводится более тяжелый режим — высоковольтный прожиг при повышенном напряжении накала. Таким образом, большое разнообразие трениро­ вочных режимов вызвано разнообразием применяемых материалов, различием конструкций приборов, их специ­ фикой и применяемой технологией изготовления. Наи­ лучшие результаты могут быть получены при использо­ вании специализированного оборудования, предназначен­ ного для тренировки данного типа приборов. Однако в связи с тем, что изготовитель выпускает не одно изде­ лие, а целую гамму, а также в целях экономии площа­ дей и по другим экономическим соображениям специа­ лизированное тренировочное оборудование должно иметь возможность переналадки для тренировки разных типов приборов в разных режимах. Возможность переналадки обеспечивается применением источников питания с бо­ лее широкими пределами регулирования, временных программирующих устройств с большими возможностя­ ми изменения программы и других средств, позволяющих проводить переход тренировки с одного типа прибора на другой без замены оборудования. Таким средством

286

может быть простой комплект сменных колодок, позво­ ляющий осуществить переход для приборов, обладаю­ щих другой цоколевкой. Такое более универсальное оборудование имеет ряд преимуществ, позволяя относи­ тельно легко и быстро менять выпускаемую продукцию в серийном производстве, а также вести поисковые ра­ боты по улучшению режимов обработки и повышению качества продукции на стандартном оборудовании. Кон­ структивные особенности тренировочного оборудования связаны с конструктивными особенностями тренируемых приборов, их размерами и потребляемой мощностью, а также зависят от количественного выпуска, техниче­ ского уровня производства и многих других факторов. Поэтому конструкции тренировочного оборудования весь­ ма разнообразны, но можно указать на целый ряд черт, характерных для существующего и вновь разрабатывае­ мого тренировочного оборудования. Прежде всего это тенденция к автоматизации процесса тренировки позво­ ляющая резко повысить производительность и отказать­ ся от применения ручного труда, стабилизировать и стандартизировать технологический процесс благодаря исключению субъективного фактора. На конструктивный облик оборудования сильно влияет проведение политики повышения съема продукции при уменьшении занимае­ мой производственной площади. Это направление четко прослеживается в вертикальной компоновке оборудова­ ния, в совмещении технологического оборудования с транспортным конвейером. При массовом или серийном выпуске приборов, когда технологический процесс обра­ ботки имеет высокую степень автоматизации, очень часто совмещенный с оборудованием транспортный конвейер располагается на высоте (под потолком), опускаясь вниз только в том случае, когда это необходимо, например, на позиции испытаний кинескопов для визуального кон­ троля качества экранов или для выполнения таких опе­ раций, как загрузка, выгрузка и перегрузка с одного конвейера на другой, и то только в том случае, когда эти операции выполняются вручную, а не специальными устройствами типа переставителей. Переставители нача­ ли применять для облегчения труда в связи с ростом размеров и массы некоторых массовых видов продукции, таких, как кинескопы для черно-белого и цветного телевидения. Переставитель представляет собою «меха­ ническую руку», снабженную вакуумным присосом. Пе­

287

редвижение осуществляется с помощью электропривода по заданной программе с возможностью перехода на ручное управление. Контроль положения и управление по заданной программе производятся автоматически с помощью электронных схем. Для крупногабаритных приборов с малым выпуском также характерно совме­ щение технологического оборудования с транспортным. Обычное исполнение транспортных тележек дополняется электрической разводкой, оканчивающейся контактными гнездами для подключения электровакуумного прибора. Это дает возможность проводить тренировку прямо на транспортной тележке без дополнительных погрузо-раз- грузочных работ. Такая тележка подключается к элек­

компоновке, занимает малую производственную площадь и снабжается программным устройством для управления технологическим процессом тренировки. Транспортная тележка, предназначенная для тренировки, дополни­ тельно оборудуется специальной поисковой системой, опрашивающей последовательно все приборы, установ­ ленные на тележке. Принципиально такая система опро­ са каждого прибора может быть построена для опреде­ ления любых наперед заданных значений электрических величин. При опросе прибора истинная величина срав­ нивается с эталоном или значением этой величины, за­ данной программой. Разность этих величин является отклонением от задания (эталона). Если эта разность превышает допускаемое отклонение, то система поиска включает красную лампочку под номером позиции, на которой обнаружено отклонение. Если разность меньше допускаемого отклонения, то система продолжает опрос. Система опроса может работать как в непрерывном, так и ждущем режиме. Она позволяет осуществлять кон­ троль за правильным проведением технологического режима обработки прибора. Для защиты прибора от выхода из строя в случае возникновения пробоя или при низком вакууме, а также в целях защиты источников питания от коротких замыканий в приборе применяется релейная защита в виде реле максимального тока, защи­ та с помощью ограничительных сопротивлений и другие меры. Релейная защита имеет ограниченное применение, так как при увеличении числа приборов она становится очень громоздкой. Обычно в цепь каждого электрода

288

устанавливается ограничительный резистор. Установка резисторов в бестоковых цепях оправдывает себя пол­ ностью. Если в цепи протекает ток, то на ограничитель­ ном резисторе возникает падение напряжения, на величи­ ну которого будет отличаться напряжение на электроде от напряжения, установленного на выходе источника питания и контролируемого измерительным прибором. Это вызывает необходимость уменьшения величины ограничительного резистора, и тогда он перестает выпол­ нять функции ограничения. В таком варианте применя­ ется смешанное включение ограничительных резисторов и релейной защиты на группу приборов. В схемах тре­ нировки приборов, имеющих рабочие напряжения на электродах ниже 250 В, широко применяются лампы накаливания. Это объясняется тем, что нить накала обладает нелинейной характеристикой. Холодная нить накала обладает малым сопротивлением, а по мере ее нагревания при увеличении тока сопротивление нити резко возрастает. Это позволяет при некотором навыке визуально определять режим тренировки прибора [по силе света лампы накаливания определяется ток, про­ текающий в цепи, где установлена лампа (или его отсут­ ствие)]. В случае короткого замыкания в цепи лампа ярко загорается (при условии, что рабочее напряжение ламп накаливания не очень сильно отличается от напря­ жения источника питания этой цепи). Таким образом, лампа накаливания выполняет не только функции огра­ ничения и защиты, но также и функцию сигнализации. Основное достоинство ламп накаливания, обеспечиваю­ щее их широкое применение до сих пор, несмотря на громоздкость и другие недостатки, заключается в том, что нелинейность характеристики позволяет получать разные режимы для различных по параметрам трени­ руемых приборов при питании от одного источника. Механизм создания индивидуального режима может быть представлен в упрощенном виде следующим обра­ зом: один тренируемый прибор обладает хорошо обра­ ботанным катодом с высоким значением эмиссии, дру­ гой— плохо обработанным с низким значением эмиссии. Для первого прибора благодаря высокому значению эмис­ сии напряжения на электродах будут иметь заниженные значения в результате повышенных падений напряжений на сопротивлении нити лампы накаливания. Для второго прибора из-за малого падения напряжения на лампе

накаливания напряжения на электродах будут иметь значения, близкие к значению напряжения источника питания. В результате оказывается, что первый прибор, обладающий хорошо обработанным катодом, тренирует­

шенных напряжениях. Индивидуальный режим трениров­ ки позволяет исправить в некоторой степени нарушение режимов и другие недостатки предыдущей обработки и привести параметры к «среднему прибору». Автоматиза­ ция производства предъявляет очень жесткие требования к организации производства, качеству исходных мате­ риалов, ужесточает нормы допусков при различных видах обработки и проведения различных технологических процессов, т. е. требует качественного улучшения произ­ водства и подъема его технического уровня. Автоматиза­ ция тренировочного оборудования проводится в двух направлениях.

Первое направление — применение поточно-конвейер­ ных и роторных (карусельных) установок, в которых же­ сткое соблюдение технологического режима обеспечива­ ется автоматически при механическом перемещении тре­ нируемых приборов. Соблюдение электрического режима обработки обеспечивается применением различных спо­ собов стабилизации, как, например, использование ста­ билизированной питающей сети, стабилизированных источников питания отделтых электродов, стабилизато­ ров тока и т. д. Контроль соблюдения технологического режима проводится оператором визуально по контроль­ ным приборам и сигнальным лампам, вынесенным на пульт управления. Подавляющее большинство трениро­ вочного оборудования такого типа оснащается позицией или несколькими позициями испытания приборов. Изме­ рение параметров также автоматизировано (кроме отдельных измерений, где по каким-либо причинам необ­ ходимо вмешательство человека), и предусмотрена воз­ можность проведения измерений вручную по контроль­ ным приборам. Эта возможность предоставлена техно­ логу для определения абсолютных значений отдельных параметров, знание которых позволяет вносить коррек­ тивы в ход производственного процесса в связи с тем, что при автоматизированных испытаниях в качестве кри­

290