Неисправности и дефекты в работе электровакуумных приборов

Введение

При эксплуатации электровакуумных приборов оказалось, что в них происходит непрерывное перемещение материалов с одних деталей на другие, причем направление этого перемещения бывает иногда неожиданным: с холодных деталей на горячие.Так, в катодах длительно проработавших электровакуумных приборов всегда обнаруживаются многие элементы, ранее в них не находившиеся, но входящие в состав материалов, из которых изготовлены другие детали. При исследовании процессов перемещения (миграции) элементов методом меченых атомов обнаружено, что в катод каким-то образом попадают материалы со всех окружающих его деталей, включая стекло и слюду, при чем интенсивность миграции возрастает при форсировании режима откачки и тренировки.Важнейшими приборами в электронике первой половины ХХ в. были электронные лампы, в которых использовался электрический ток в вакууме. Однако им на смену пришли полупроводниковые приборы. Но и сегодня ток в вакууме используется в электронно-лучевых трубках, при вакуумном плавлении и сварке, в том числе в космосе, и во многих других установках. Это и определяет важность изучения электрического тока в вакууме.Целью работы является изучение аспекта неисправности и дефекта в работе электровакуумных приборов.Задачи работы:Рассмотреть понятие и сущность электровакуумных приборов.Изучить метод технической диагностики.Изучить неисправности и дефекты в работе электровакуумных приборов.1. Понятие и сущность электровакуумных приборовЭлектровакуумные приборы (ЭВП), приборы для генерации, усиления и преобразования электромагнитной энергии, в которых рабочее пространство освобождено от воздуха и защищено от окружающей атмосферы жёсткой газонепроницаемой оболочкой. К ЭВП относятся лампы накаливания, вакуумные электронные приборы (в которых поток электронов проходит в вакууме), газоразрядные электронные приборы (в которых поток электронов проходит в газе).Лампы накаливания - наиболее массовый вид ЭВП (в 70-х гг. 20 в. ежегодный мировой выпуск составляет около 10 млрд. штук). Удаление воздуха из баллона лампы предотвращает окисление нити накала кислородом. Для уменьшения испарения накалённой нити лампы накаливания некоторых типов после удаления воздуха наполняют инертным газом. Это позволяет повысить рабочую температуру нити накала и тем самым - световую отдачу ламп без изменения срока их службы. Присутствие инертного газа не влияет на процесс преобразования подводимой к лампе электрической энергии в световую.Вакуумные электронные приборы изготовляют с таким расчётом, чтобы в рабочем режиме давление остаточных газов внутри баллона составляло 10-6-10-10 мм рт. ст. При такой степени разрежения ионы остаточных газов не влияют на траектории электронов и шумы, создаваемые потоком этих ионов при их движении к катоду, достаточно малы. Такие ЭВП охватывают следующие классы приборов:Электронные лампы - триоды, тетроды, пентоды и т. д.; предназначены для преобразования энергии постоянного тока в энергию электрических колебаний с частотой до 3×109 гц. Основные области применения электронных ламп - радиотехника, радиосвязь, радиовещание, телевидение. ЭВП СВЧ - магнетроны и магнетронного типа приборы, пролётные и отражательные клистроны, лампы бегущей волны и лампы обратной волны и т. д.; предназначены для преобразования энергии постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний с частотами от 3×108 до 3×1012 гц. ЭВП СВЧ используются главным образом в устройствах радиолокации, телевидения (для передачи телевизионных сигналов по линиям радиорелейной связи, спутниковым линиям), СВЧ радиосвязи, телеуправления (например, ИСЗ и космическими кораблями). Электроннолучевые приборы - осциллографические электроннолучевые трубки, кинескопы, запоминающие электроннолучевые трубки и т. д.; предназначены для различного рода преобразований информации, представленной в форме электрических или световых сигналов (например, визуализации электрических сигналов, преобразования двумерного оптического изображения в последовательность телевизионных сигналов и наоборот). Фотоэлектронные приборы - передающие телевизионные трубки, фотоэлектронные умножители, вакуумные фотоэлементы; служат для преобразования оптического излучения в электрический ток и применяются в устройствах автоматики, телевидения, астрономии, ядерной физики, звукового кино, факсимильной связи и т. д. Вакуумные индикаторы - электронносветовые индикаторы, цифровые индикаторные лампы и др. Работа индикаторных ламп основана на преобразовании энергии постоянного тока в световую энергию. Применяются в измерительных приборах, устройствах отображения информации, радиоприёмниках и т.д. Рентгеновские трубки; преобразуют энергию постоянного тока в рентгеновские лучи. Применяются: в медицине - для диагностики ряда заболеваний; в промышленности - для обнаружения невидимых внутренних дефектов в различных изделиях; в физике и химии - для определения структуры и параметров кристаллических решёток твёрдых тел, химического состава вещества, структуры органических веществ; в биологии - для определения структуры сложных молекул.В газоразрядных электронных приборах (ионных приборах) давление газа обычно значительно ниже атмосферного (поэтому их и относят к ЭВП). Класс газоразрядных ЭВП охватывает следующие виды приборов:Ионные приборы большой мощности (до нескольких Мвт при токах до тысячи, а), действие которых основано на нейтрализации объёмного заряда ионами газа. К таким ЭВП относятся ртутные вентили, используемые для преобразования переменного тока в постоянный в промышленности, на ж.-д. транспорте и в других отраслях; импульсные водородные тиратроны и таситроны, служащие для преобразования постоянного тока в импульсный в устройствах радиолокации, электроискровой обработки металлов и др.; искровые разрядники и клипперные приборы, применяемые для защиты аппаратуры от перенапряжений. Газоразрядные источники света непрерывного излучения, используемые для освещения помещений, улиц, в светящихся рекламах, киноаппаратуре и т. д., и импульсные источники света, применяемые в устройствах автоматики и телемеханики, передачи информации, оптической локации и т. д.Индикаторы газоразрядные (сигнальные, знаковые, линейные, матричные), служащие для визуального воспроизведения информации в ЭВМ и других устройствах. Квантовые газоразрядные приборы, преобразующие энергию постоянного тока в когерентное излучение - газовые лазеры, квантовые стандарты частоты.2. Техническая диагностикаТехническая диагностика имеет целью получение и анализ информации, позволяющей оценить техническое состояние машины в целом или ее элементов без разборки, а также составить прогноз возможного появления тех или иных неисправностей и времени возникновения отказов. Она позволяет своевременно принять меры по устранению выявленных неисправностей и выполняется опытными слесарями-ремонтниками или механиками в процессе плановых профилактических осмотров, а также перед ремонтами с целью установления подлежащих ликвидации дефектов.Методами технической диагностики являются:Субъективный метод определения повреждений по возникновению стуков и посторонних шумов, повышенному нагреву отдельных частей машины, увеличению вибраций, появлению запахов гари, масла, газа, наличию стружки в масле, а также визуально.Диагностика с помощью различных приборов и стендов, повышающая степень объективности оценки истинной картины дефектов машины. Она производится с помощью стендов диагностики отдельных узлов, механизмов, систем и машины в целом, приборов для контроля подшипников, дистанционного контроля температуры, термо-диагностических приборов, стетоскопов и других приборов для обнаружения шумов (акустическая диагностика), приборов вибро-метрического контроля и других приспособлений.Термическая индикация неисправностей для регистрации изменения температуры с помощью температурных датчиков, термоиндикаторных красок, изменяющих в этом случае свой цвет.Ароматическая диагностика по появлению запаха при критическом износе детали с помощью ампулы с пахучими веществами, заделываемой в данную деталь.Визуальный метод с использованием световодов для обнаружения дефектов в труднодоступных местах.Метод анализа качества (отклонения размеров, формы и расположения поверхностей) изделия, производимого на данном оборудовании.Методами прогнозирования отказов оборудования с помощью технической диагностики являются:Статистический метод, при котором опыт эксплуатации данного или аналогичного оборудования позволяет выявить зависимость числа отказов от времени наработки с целью определения момента в работе оборудования, когда необходима профилактика или ремонт.Метод индивидуальных измерений, позволяющий судить о техническом состоянии машины или ее элементов на основании диагностических симптомов (сигналов), полученных с помощью диагностической аппаратуры без предварительной разборки машины.Метод граничных испытаний, основанный на получении прогнозирующих параметров машины или ее элементов в условиях утяжеленных режимов работы, что позволяет в короткое время установить закономерность возникновения неисправностей и обнаружить слабые элементы, которые в процессе эксплуатации машины могут вызвать внезапные отказы.3. Неисправности и дефекты в работе электровакуумных приборовОсновными неисправностями электровакуумных приборов являются: обрыв нити накала, короткие замыкания между электродами, обрывы между электродами и их выводами, потеря катодами эмиссионной способности, изменение анодного тока лампы при нормальном напряжении на ее электродах, изменение крутизны сеточной характеристики, нарушение вакуума внутри баллона лампы, плохие контакты в лампе.Целостность нити накала и отсутствие коротких замыканий между электродами проверяются с помощью омметра, отсутствие обрывов между электродами и их выводами - по наличию токов в их цепях путем подачи положительного напряжения на все электроды с подключением соответствующего прибора. Если при этом в цепи какого-либо электрода тока не будет, то это указывает на наличие обрыва между электродом и его выводом.В электровакуумных приборах внезапные отказы происходят вследствие короткого замыкания между электродами, обрыва вводов, пробоя изоляции, трещин в стекле баллона и других явлений. Причины постепенных отказов заключаются в постепенных необратимых изменениях оксидного катода, приводящих к ослаблению эмиссии, в утечках между электродами, выделении газов из электродов и т. д.Для электронных ламп характерна интенсивность отказов 10-5 ч-1 и менее. Для обычных ламп и ламп с повышенной надежностью и долговечностью интенсивность отказов различается примерно в 5 - 10 раз, а иногда и больше. Наименьшую надежность имеют мощные генераторные, модуляторные и усилительные лампы, высоковольтные кенотроны и другие мощные приборы. Высокая надежность и долговечность приборов может быть обеспечена строгим соблюдением правил эксплуатации, изложенных в справочниках. Прежде всего нельзя допускать превышения предельных значений тока, напряжения и мощности, а также температуры, давления и влажности окружающей среды, уровня ударных, вибрационных и других механических воздействий. Нельзя эксплуатировать приборы в режимах, когда одновременно два параметра достигают предельных значений.Перегрев приборов - одна из главных причин отказов. Для повышения надежности прибор должен работать в режиме, создающем меньший нагрев. Повышение температуры даже на несколько градусов может иметь решающее влияние на надежность. Важно обеспечить хороший отвод теплоты. Иногда целесообразно на сильно нагревающийся баллон надеть радиатор с несколькими ребрами, сделанный из полоски листового металла, например, алюминия, латуни или меди. Наружную поверхность такого радиатора следует зачернить для лучшего излучения. Конечно, надо уменьшать нагрев и от внешних источников, например, от других деталей или от солнечных лучей. Следует иметь в виду, что большие дозы ионизирующего излучения могут отрицательно повлиять на нормальную работу ламп. Надежность контактов в ламповой панели снижается в тропических условиях под влиянием плесени и высокой влажности. К снижению надежности могут привести следующие режимы:наибольшее напряжение накала и малый ток катода;наименьшее напряжение накала и большой ток катода;наибольшая мощность, выделяемая на электродах, и большое сопротивление цепи управляющей сетки;наибольшая температура баллона при больших напряжениях электродов и малом токе катода.Следует всячески ослаблять вибрации, удары и другие механические воздействия на приборы. При работе при-боров в условиях пониженного давления ухудшается теплообмен, и в этом случае необходимо снижать предельную мощность, выделяемую на электродах. Повышение влажности может вызвать окисление и ухудшение контактов в ламповых панелях, увеличение токов утечки и даже пробой между выводами.Приборы должны быть правильно укреплены. Указываемое в справочниках для многих приборов вертикальное рабочее положение необходимо, и это условие надо соблюдать. Во время пайки выводов сверхминиатюрных ламп надо обеспечивать теплоотвод между местом пайки и баллоном, например, зажимая вывод плоскогубцами. Изгиб выводов разрешается делать не ближе 5 мм от баллона.Строгое и неуклонное соблюдение всех указанных выше и приводимых в справочниках правил эксплуатации электровакуумных приборов является необходимым условием для того, чтобы они работали с высокой надежностью и долговечностью.При нарушении нормальной работы РЭА поиски неисправности во многих случаях следует начинать с проверки ламп, так как наиболее часто отказывают именно в них. Существуют специальные испытатели, с помощью которых можно проверить приемно-усилительные лампы различных типов. Правила работы с такими испытателями изложены в инструкциях. Но если испытателя нет, то надо пользоваться более простыми способами. Один из них заключается в том, что проверяемая лампа вставляется на соответствующее место в другое, исправно работающее устройство. Тогда о качестве лампы можно судить по работе данного устройства.Необходимо также уметь проверять лампы и без помощи радиоаппаратуры. Проверка целости подогревателя или катода прямого накала, а также отсутствия замыканий между электродами производится с помощью омметра. Можно применить и простейший испытатель (пробник), состоящий из последовательно соединенных источника тока (например, сухого элемента) и вольтметра. Вместо последнего можно применить миллиамперметр с добавочным резистором, или головной телефон, или лампочку накаливания.

Заключение
В заключении, согласно все выше изученного, можно сделать несколько выводов: Электровакуумный прибор - устройство, предназначенное для генерации, усиления и преобразования электромагнитной энергии, в котором рабочее пространство освобождено от воздуха и защищено от окружающей атмосферы непроницаемой оболочкой.К таким приборам относят как вакуумные электронные приборы, в которых поток электронов проходит в вакууме, так и газоразрядные электронные приборы, в которых поток электронов проходит в газе. Так же к электровакуумным приборам относятся и лампы накаливания.В электровакуумных приборахпроводимость осуществляется посредством электронов или ионов, движущихся между электродами через вакуум или газ.

Список использованной литературы

Говорякин, Р.Г. Курс общей физики / Р.Г. Говорякин, В.В. Шепель. - М.: Высшая школа, 2019. - С. 72-118.Гончаренко, С.У. Физика: пробное учебное пособие для школ III степени, гимназий и классов гуманитарного профиля / С.У. Гончаренко. - М.: Академика, 2021. - С. 39-95.Кабардин, О.Ф. Физика: Справочные материалы: учебное пособие для учащихся / О.Ф. Кабардин. - М.: Просвещение, 2021. - 375 с.Коршак, Е.В. Физика: учебник для общеобразовательных учебных заведений / Е.В. Коршак, А.И. Ляшенко, В.Ф. Савченко. - СПб.: Перун, 2020. - С. 204-253.Стальмахов, В.С. Основы электроники сверхвысокочастотных приборов со скрещенными полями / В.С. Стальмахов. - М.: Российское радио, 2020. - 187 с.