Способ измерения токов и напряжений электрометрической лампой

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 Н 01 Л 21/1 О Й КОМИТЕТМ И ОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕНН ПО ИЗОБРЕТЕНИ ПРИ ГКНТ СССР НИЕ ИЗОБРЕТЕН ПИС ескии ннст орто е электр с. 121 электро е-М.: Я ТОКОВ И НАПРЯСКОЙ ЛАМПОЙ осится к техникетности к электроЭМЛ), и можетя повышения точмощью ЭМЛ. Целью(54) ЖЕНИ (57) элек СПОСОБ ИЗМЕРЕН ЭЛЕКТРОМЕТРИЧ Изобретение от рометрии, в ча ческим лампам использовано дл ти измерений с п нос К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1.(56) Илюкович А.М. Техникметрии.-М.: Энергия, 1976Бонч-Бруевич А.М. Радика в экспериментальной фиНаука, 1966, с. 630. ЯО 351 ОО 22 А изобретения является повышение точности измерений путем уменьшения сеточного тока. Макет ЭМЛ, реализующей предложенный способ, состоит из цилиндрического фторопластового корпуса 1, помещенного:в вакуумную камеру исследовательской установки, вольфрамового термокатода 2, закрепленного внутри корпуса 1 на керамическом изоляторе 3, никелевой сетки 4, которая полукольцом охватывает окно в корпусе лампы и крепится на янтарном изоляторе 5, никелевого анода 6 и вторично- электронного умножителя 7. Предложенный способ позволяет снизить сеточный ток ЭМЛ до оптимальной величины, без снижения усилительных свойств лампы и дает возможность существенно повысить точность измерения токов и потенциалов в высокоомных цепях при помощи ЭЮ. 3 ил,Сеточный ток электронной лампы складывается из нескольких составля ющих19 л электронный ток сети, вызван Оседанием на сетку час.и электронов, летящих от ката да к аноду;ток утечки по изоляторам ток термоэлектропной эмиссии с сетки, вызван передачей тепла от катода к сетке; 40 ток фотоэмиссии с сетки, вызван воздействием света1 ф=1 ф+1 фг+1 фз +1 И компонента, вызванная световым излучением катода; 45 компонента, вызванная внешним источником света; компонента, вызванная свечением возбужденных молекул остаточного газа; 50 компонента, вызванная сверх- мягким рентгеновским излучением с анода;ионный ток вызван ионами оседа 1 ощим 11 на сетку, 55 фас где 1 ф 1 1 фгов 1 н 1 и+ 1 з где 1, - компонента, связанная с ио-. низацией молекул остаточного Изобретение относится к техникеэлектрометрии, в частности к электрометрическим лампам (ЭМЛ), и можетбыть использовано для повышения точ 5ности измерений с помощью ЭМЛ .Цель изобретения - повышение точпости измерепий за счет уменьшениясеточного тока,На Фиг, 1 представлена конструкция макета ЭМЛ; на фиг, 2 - схемавключения ЭМЛ; на фиг, 3 - зависимость потенциала Б , измеренногоэлектрометрической лампой, от выходного сопротивления источника сигнала, 15Макет ЭМЛ состоит из цилиндрического торопластового корпуса 1, помещенного в вакуумную камеру исследовательской установки, вольфрамовоготермокатода 2, закрепленного внутри 20корпуса 1 па керамическом изоляторе3, никелевой сетки 4 (диаметр проволоки 20 мкм, шаг ячейки 0,5 мм), полукольцом охватывающей окно в корпуселампы и крепящейся на янтарном изоляторе 5, никелевого анода 6 и вторично-электронного умножителя 7 типаВЭУ,газа электронами, летящимиот катода к аноду;1 - компонента, вызванная иона-,ми, эмиттированными с катода, и термоионами, возникающими при попадании молекулостаточного газа на катод;1 - компонента вызванная ионаизми, образованными при ионизации остаточного газа космическим или радиоактивнымизлучением окружающей среды;1 - остаточный ток.остОсновной вклад в сеточный ток усовременных ЭМЛ дают компоненты 1,1 Н 11 иг Величина 11 за+1 фз+1 ф++1 линейно зависит от тока катода,Величина 1= 1 т,+ 1,+ 1 ф,зависитот температуры катода, Гсли снижениемтемпературы катода уменьшать катодныйток, то сумма 1, + 1 г будет стремитьСЯ К НУЛЮ р ПОЛ НЫИ С ЕТОЧНЫИ Ч ОК Квеличине 1 3 1 т+1 фг+1 НЗ+1 осткотораяот катодного тока нс зависит,Суммарное значение компонент сеточного тока, зависящих от тока катода, т,е. сумму 1 + 1 г можно определить по разности полного сеточноготока 1, и сеточного тока 1 с, при 1== 0 и при эксплуатационном значенииНа 11 РЯжЕНИЯ На СЕТКЕ Цс,ццс12 1 с 1 соз,чк ак Г с Т, 1 г+ з 1 со 13 фЗначения 1 и 1 с,можно определить с некоторой средней квадратической погрешностью й 1 си ь 1 соответственно, обусловленной шумовым током сетки и.погрешностью измерительной аппаратуры, Погрешность разности этихзначенийЙ 11,-11= Й,д тНеобходимо уменьшать ток катода и сетки с номинальной величины 1,1 с , до тех пор, пока сумма компонент сеточного тока, зависящих от тока катода, не станет равна погрешности ее измерения, т,е, до оптимальных,опс 9 1 с Оптгде 4 1 с. оп - погрешность определениясеточного тока;Дальнейшее уменьшение тока катода не приводит к снижению Сеточного тока, так как последний полностью определяется компонентами, независимы 1 я 1 от катодного токас,юот 3 определяющее сеточныйоптимальному5 Условие,ток, равный с является необходимым для определения оптим тода 1Здесь 1 сеточного тока при 1 достаточны ьного тока значение41 с,оптТак какмаксиюят опта ени погрешность его опред внутри рабочего. диапа мальный катодный ток,а а с едовательачение 1, набс, то выборться при Ц и максимальное зается при У= Пс.мдолжен производ ски 1 к опт Пс.юнак Из всех мпонент сеточного ток ишь злектронная имеет сильную завиимость от потенциала управляющейетки "юкть поэтому снижение тока катода по 1 к,тпозволя ет расширить раб очий диапазонсеточного потенциала в область положительных значений без существенногоувеличения сеточного тока,Однако снижение тока катода при 3водит к потере усилительных свойствЭМЛ. Чтобы предотвратить это явление,поток электронов, прошедших сквозьуправляющую сетку, перед анодом усиливают при помощи дополнительно введенного электронного умножителя. Коэффициент усиления К умножителявыбирают так, чтобы при снижении ка.тодного тока анодный ток оставалсянеизменным 10 ря 1 к. кюм1 кю.Таким образом, способ позволяет понизить сеточный ток ЭМЛ до величи 1 с,юпт 1 зт+1 Ф+1 иь+1 ,без сниже ния усилительных свойств лампы и позволяет существенно повысить точность измерения токов и потенциалов в высокоомных цепях при помощи ЭМЛ,Пример реализации способа иллюстрирован на макете лампы, конструкция которой приведена на фиг. 1.В исходном режиме лампа работает без электронного умножителя. При токе катода 1 н,= 10 А, анодном нап ряжении 10 В и потенциале сетки Пс = + 5 В сеточный ток составляет 7,3оА. Он измеряется по скорости зада эталонного конденсатора, подклю ствляют следующим висимости величин тока катода, Путе лученной зависимоласть катодного ы сеточного тока о м экстраполяции по сти определяют обтока, где можетие 1 полняться усл 1=4имальныйо результатам н нутри этой обла г гс. опт + 1 1 сок катода определен скольких измерений ти и составляет ченного к сетке лампы. Минимальныйсеточный ток наблюдается при П с =-2 Ви составляет 10 А.Для измерения напряжений в высокоомных цепях предварительно изученаанодно-сеточная характеристика лампы - зависимость анодного тока 1 о, отпотенциала сетки Б с, Дальнейшее измерение потенциала на сетке лампы осуществляют по величине анодного тока.Схема включения ЭМЛ при измерениинапряжения в высокоомных цепях приведена на фиг, 2. Измеряемое напряжениеБ и подается от источника питанияпостоянного тока и контролируетсяцифровым вольтметром 8. Высокое вы.,ходное сопротивление источника питания моделируется резистором Кдвеличина которого варьируется от 10 т доо10 Ом, Анодный ток лампы измеряютпри помощи шунта В. и вольтметра 9.ЦНа фиг. 3 показаны зависимости показаний ЭМЛ (приведенные через анодносеточную характеристику лампы к величине П ) от номинального сопротивления резистора К 6.для двух значенийБ :+5 В (кривая 10) и 2 В (кривая 1 1) .При Р , большем 10 Ом, в первомдоГлслучае, и 10 Ом во втором показания ЭМЛ существенным образом отличаются от измеряемого напряжения Цо.Различие между значениями У . и П ,т.е. погрешность измерения, возникаетза счет протекания сеточного тока через выходное сопротивление источникапитания К ,6 при больших номиналахпоследнего,Способ осуще образом.Температуру катода уменьшают путемснижения напряжения накала катодаБ, . Усиление потока электронов,прошедших сквозь управляющую сетку,обеспечивается дополнительно установленным между сеткой и анодом электронным умножителем. Серия измеренийсеточного тока при различных токахкатода позволяет определить вид за 15100221 к.= 1,6 10 +А. КоэфФициент усиления электронного потока выбирается по соотношению1 к,ном К 5Чс 1 к, опг и равен К,= 6,251 ОСеточный ток при 1 к.оп и Ус.мк=+5 В составляет 1 с,о,=- Э 10+ 1,5 10 "А, а сеточный ток при Бс.макс=+5 В и 1=0 равен 1 со= 7 10 + 15 1" АСеточный ток 1 с,о., измеряют по следующей методике,На сетку подают потенциал Б, = +5 В, затем цепь сетки разрывают и по скорости разряда собственной емкости сетки определяют токС У 1 с (20 где С - емкость сетки; небольшое, порядка 57, изменение сеточного потенциалавбилизи значения Уопределяемое по изменению тока 25 анода и анодно-сеточной характеристике; с - интервал времени, необходимый для изменения сеточного потенциала на Б, 30 Погрешность определения 1 составляет1 с,опт где ЛС, дБ, дс - средние квадрати чеекие погрешности определения величин С, Г и с соответственно.Г 1 етодика измерения 1, несколько отличается, На сетку подают потенциал цс,кс цепь сетки разрывают и на вре- "0 мя и выключают накал катода. По истечении этого времени включают накал катода и измеряют уход напряжения на сетке Б от первоначального значения Б 45Контрольные измерения сеточного тока при р,азличных напряжениях на управляющей сетке показывают, что се 17 точный ток не превьппает 9 10 Ь во всем рабочем диапазоне Бс. 50Измерение напряжения в высокоомноц цепи после реализации предлагаемого способа проводят при тех же условиях, что и измерения в иаходном режиме, На фиг. 3 кривая 12 изображает 55 экспериментальную зависимость показаний ЭМЛ от выходного сопротивления источника питания при Ц=+5 В. Кри этого Таким образом, предлагаемый способ позволяет существенно повысить точность измерения напряжений в высокоомных цепях при помощи электрометрической лампы за счет уменьшения ее сеточного тока, Аналогично улучшается точность измерения тока, заряда и сопротивления в в сокоомных цепях. формула изобретения Способ измерения токов и напряжений электрометрической лампой включающий снижение температуры катода для уменьшения токов катода и сетки с номинальных величин соответствен 1 к ном 1 с,но до оптимальных плуатационном значении напряжения иа сетке Бподачу измеряемого напряжения на сетку, определение величины измеряемых напряжений или токов по величине анодного тока, л и ч а ю щ и й с я тем, что, лью повышения точности за счет т- це- мень- ока ия сето ного тока, значениевыбирают так, чтоб 1 с, уменьшился до еляемой из соотноше катода 1точный ток ели ины, опр я,опт+1 со ф 1 со 1 с, опт где 1, 11 с,опт э 1 со сеточный ток при 1 = О,средние квадратические пог решности определения соот-, ветственно величин 1,и с веденноо между управляющей с электронного умножител ус усиления электро кои и анодкоэффициенного поток1 выбирают из соотношения 1 к.ном1 к вая 13 показывает такую же зависимость при П =-2 В. Обнаруживается совпадение показаний ЭМЛ, приведенных ки значений Уво всем диапазоне варьирования К,.,т.е, погрешность измерения, обусловленная сеточным током, не наблюдается, Ожидается, что эта погрешность будет возрастать лишь при Кдо ъ 10 Ом, однако отсутствиеикалиброванных резисторов с номиналами выше 1.0 "Ом не позволяет выявить/НЮ Составитель Н. Логуедактор А. Мотыль Техред А. Кравчук ректор М, Шарощи Заказ 5824/53 Тираж 696 Подписное ВНИИПИ Государст ета по изобретениям и открытияма, Ж, Раушская наб., д, 4/5 КНТ СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгоро Гагарина,1 08Ф венного комит113035, Москв