Способ оценки качества холодных катодов

 

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к газоразрядным приборам с холодным катодом. Техническим результатом является повышение объективности и достоверности контроля качества холодных катодов газоразрядных приборов путем определения соответствия катода заданному сроку службы. Способ оценки качества холодных катодов включает импульсную стимуляцию поверхности катода, измерение временной зависимости постэмиссии с последующим сравнением полученной зависимости с эталонной, причем стимуляцию и измерения временной зависимости постэмиссии осуществляют в условиях, когда плотность разрядного тока, амплитуда напряжения и длительность импульса более чем на 25% превышают плотность нормального тлеющего разряда, статистический потенциал зажигания разряда и время статистического запаздывания разряда. Проводят измерение времени запаздывания разряда не менее 30 раз, отбрасывают максимальные и минимальные значения, при этом годными для заданного срока службы R признают катоды, удовлетворяющие соотношениям I_пэ AR, _iпэ 0,5I_пэ, где I_пэ - средний ток постэмиссии, который вычисляют по формуле где t_33i - время запаздывания разряда в i-м измерении; _iпэ - среднее квадратичное отклонение тока постэмиссии от среднего тока постэмиссии; А - коэффициент, равный тангенсу угла наклона зависимости тока постэмиссии от заданного срока службы катода. Для холодных катодов из чистых материалов с концентрацией примесей не более 0,01% с оксидной пленкой на поверхности коэффициент А = 3,510^-20 А/ч. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к газоразрядным приборам с холодным катодом.

Известно несколько способов оценки качества холодных катодов [1,2]. Во всех этих способах осуществляется стимуляция поверхности катода импульсами тока, а качество холодного катода газоразрядного прибора определяют по попаданию кривой послеразрядной эмиссии в пределы экспериментально установленной зоны.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является способ оценки качества холодных катодов в смесях газов по результатам измерений статистического времени запаздывания зажигания [3]. Этот способ включает импульсную стимуляцию поверхности катода, измерение временной зависимости эмиссии последействия с последующим сравнением полученной зависимости с эталонной, причем приложенное напряжение (перенапряжение) на 25% превышает статистический потенциал зажигания разряда. Недостатком данного способа является то, что он обеспечивает лишь качественные сведения о свойствах холодного катода по принципу: есть на поверхности катода загрязнения и нарушения эмиттирующего слоя или нет.

Задачей настоящего изобретения является повышение объективности и достоверности контроля качества холодных катодов газоразрядных приборов путем определения соответствия катода заданному сроку службы.

Указанная задача решается за счет того в способе оценки качества холодных катодов, включающем импульсную стимуляцию поверхности катода, измерение временной зависимости постэмиссии с последующим сравнением полученной зависимости с эталонной, причем стимуляцию и измерения временной зависимости постэмиссии осуществляют в условиях, когда плотность разрядного тока, амплитуда напряжения и длительность импульса более чем на 25% превышают плотность нормального тлеющего разряда, статистический потенциал зажигания разряда и время статистического запаздывания разряда, проводят измерение времени запаздывания разряда не менее 30 раз, отбрасывают max и min значения, при этом годными для заданного срока службы R признают катоды, удовлетворяющие соотношениям I_пэ AR, _iпэ 0,5I_пэ, где I_пэ - средний ток постэмиссии, который вычисляют по формуле
где t_{зз i} - время запаздывания разряда в i-м измерении, с;
_iпэ - среднее квадратичное отклонение тока постэмиссии от среднего тока постэмиссии;
A - коэффициент, равный тангенсу угла наклона зависимости тока постэмиссии от заданного срока службы катода.

Для холодных катодов из чистых материалов с концентрацией примесей не более 0,1% с оксидной пленкой на поверхности коэффициент A = 3,510^-20 А/ч.

Предлагаемый способ оценки качества холодных катодов реализован следующим образом.

Газоразрядный прибор с холодным катодом, наполненный рабочим газом при рабочем давлении от 1,33 до 2,6610^-3 Па, подключают к импульсному источнику тока с напряжением в импульс не менее чем на 25% превышающем напряжение зажигания разряда и измеряют время запаздывания зажигания t_зз импульса тока относительно заданного импульса не менее 30 раз при интервале следования импульсов 60 с и скважности не менее 10³. Это обеспечивает повышение точности определения I_пэ за счет полного рассасывания заряда на поверхности катода после действия импульса. Количество измерений выбирается из требования получения результата с доверительной вероятностью не хуже 99,7%.

Рассчитывают ток постэмиссии I_пэ по времени запаздывания зажигания t_зз, отбросив максимальное и минимальное значения, пользуясь соотношением

т.е. I_пэ - среднее по всем измерениям.

По серии экспериментов вычисляют среднее квадратичное отклонение тока постэмиссии от среднего тока постэмиссии _iпэ по формуле
.

На чертеже показана экспериментальная зависимость срока службы оксидированных холодных катодов с концентрацией примесей не более 0,01 % (их качества) от величины I_пэ при различных значениях _iпэ,, измеренная на 100 газоразрядных приборах с холодными катодами. Доверительный интервал соответствует 90%-ной вероятности верного прогноза. Величины тока постэмиссии I_пэ характеризует качество (срок службы) холодного катода, т.е. его эмиссионные свойства в целом, а разброс _iпэ характеризует однородность эмиссионных свойств. Как видно из чертежа, при _iпэ< 0,5 I_пэ для катодов со сроком службы более 200 ч все испытуемые приборы укладываются в доверительный интервал. Коэффициент A при этом равен 3,510^-20 А/ч.

Проведенные испытания показали, что достоверность полученных результатов составила 99,7%, что в 2 раза лучше прототипа.

Литература
1. А. К. Ерохов и др. Установка определения качества холодных катодов газоразрядных приборов. Электронная промышленность. Вып. 5, 1989 г.

2. Авт.св.N 915578. Способ определения заряда диэлектриков. Крютченко О. Н., Чижиков А.Е. - Б.Н., 1984 г., N 12, с. 230.

3. Farguhar R. L., Ray B., Swift Y.D. Determination of cathode quantum efficiencies using statistical time lag measurements. y. Phes. D: Appl. Phys - 1980 - V.13 - N 11 - P. 2067-2075.

Формула изобретения

1. Способ оценки качества холодных катодов, включающий импульсную стимуляцию поверхности катода, измерение временной зависимости постэмиссии с последующим сравнением полученной зависимости с эталонной, причем стимуляцию и измерения временной зависимости постэмиссии осуществляют в условиях, когда плотность разрядного тока, амплитуда напряжения и длительность импульса более чем на 25% превышают плотность нормального тлеющего разряда, статистический потенциал зажигания разряда и время статистического запаздывания разряда, отличающийся тем, что проводят измерение времени запаздывания разряда не менее 30 раз, отбрасывают максимальное и минимальное значения, при этом годными для заданного срока службы R признают катоды, удовлетворяющие соотношениям
I_пэ A R;
_iпэ 0,5I_пэ,
где I_пэ - средний ток постэмиссии, который вычисляют по формуле

где t_ззi - время запаздывания разряда в i-м измерении, с;
_iпэ - среднее квадратичное отклонение тока постэмиссии от среднего тока постэмиссии;
A - коэффициент, равный тангенсу угла наклона зависимости тока постэмиссии от заданного срока службы катода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для холодных катодов из чистых материалов с концентрацией примесей не более 0,01% с оксидной пленкой на поверхности коэффициент A = 3,5 10^-20 А/ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1