автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация процесса выбора параметров импульсной обработки электродов при изготовлении электровакуумных приборов

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОДОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими

процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орёл 2009

003489994

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Орловский государственный технический

университет».

Научный руководитель: доктор технических наук

Емельянов Александр Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ерёменко Владимир Тарасович (Орловский государственный технический университет)

доктор технических наук, профессор Трофимов Валерий Владимирович (Санкт-Петербургский государственный университет экономики и финансов)

Ведущее предприятие: ГОУ ВПО «Тульский государственный

университет» (г. Тула)

Защита состоится «26» января 2010 г. в 14 ч 00 мин на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.182.01 при ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет» (ГОУ ВПО «ОрёлГТУ») по адресу: 302020 г.Орёл, Наугорское шоссе д. 29, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «ОрёлГТУ».

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять Ученому секретарю Совета Д 212.182.01.

Автореферат разослан «25» декабря 2009 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.182.01, кандидат технических наук, доцент

В.Н. Волков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Применение современных средств автоматизации наиболее эффективно в тех областях науки и техники, которые имеют дело с использованием больших объёмов информации. Автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) способствуют повышению производительности труда в исследовательских и испытательных подразделениях, улучшению технико-экономических и качественных показателей продукции, сокращению дорогостоящих натурных испытаний, исключению некоторых стадий опытно-конструкторских работ и уменьшению продолжительности рабочего цикла, что приводит к снижению затрат на производство и увеличению выхода годных изделий, снимаемых с оборудования. Одной из возможных областей применения АСНИ является исследование импульсной электрической прочности вакуумной изоляции на заключительных операциях процесса изготовления электровакуумных приборов (ЭВП).

Электровакуумное производство отличается большим разнообразием технологических процессов и методов, материалов и оборудования. Вопросы повышения качества и надёжности ЭВП относятся к числу важнейших и обеспечиваются проведением обширных теоретических и экспериментальных исследований. Одним из важнейших направлений повышения надёжности ЭВП является повышение электрической прочности вакуумной изоляции. К настоящему времени получены значительные экспериментальные и теоретические результаты по физике процессов, приводящих к возникновению и развитию электрического пробоя вакуумной изоляции. Однако достижение высокой электрической прочности ЭВП остается актуальной научной задачей.

Для исследования прочностных характеристик вакуумной изоляции, наряду с дорогостоящим натурным экспериментом, используются методы математического моделирования и вычислительного эксперимента. В виду сложности процессов, приводящих к инициированию вакуумного пробоя, основное внимание исследователей направлено на составление и совершенствование математических моделей. При этом численное решение поставленных задач осуществляется с помощью систем математических расчётов, затрудняющих проведение серии вычислительных экспериментов, а выполнение анализа полученных данных обеспечивается дополнительными программными средствами.

Таким образом, в виду важности автоматизации процессов, сопровождающих исследования импульсной электрической прочности вакуумной изоляции при изготовлении ЭВП, разработка программного инструмента, обеспечивающего проведение серии вычислительных экспериментов, анализ и систематизацию полученных данных, является актуальной.

Объект исследования - процесс повышения импульсной электрической прочности вакуумной изоляции при изготовлении ЭВП.

В качестве предмета исследования выступают модели, алгоритмы и методы, определяющие режимы импульсной обработки электродов ЭВП.

Цель диссертационного исследования состоит в повышении качества и надёжности электровакуумных приборов за счёт оптимизации параметров импульсной обработки электродов в результате использования автоматизированной

системы, реализующей вычислительный эксперимент по инициированию электрического пробоя вакуумной изоляции.

Задачи, решаемые для достижения цели исследования:

1. Систематизация и совершенствование процессов исследования импульсной электрической прочности вакуумной изоляции при изготовлении ЭВП на основе применения математических методов и средств вычислительной техники.

2. Разработка методики расчёта импульсной электрической прочности вакуумной изоляции, обеспечивающей автоматизацию трудоёмких работ и замену натурных испытаний математическим моделированием при тренировке ЭВП.

3. Анализ математических моделей инициирования пробоя вакуумной изоляции ЭВП с возможностью их распространения на импульсы напряжения с конечным фронтом.

4. Разработка алгоритмов, структуры и информационного обеспечения системы, реализующей вычислительный эксперимент по инициированию импульсного пробоя в вакууме и обеспечивающей оценку электрической прочности вакуумной изоляции для выбора параметров импульсной обработки электродов ЭВП.

5. Разработка АСНИ импульсной электрической прочности вакуумной изоляции.

6. Разработка метода повышения импульсной электрической прочности вакуумной изоляции.

Методы и средства исследования. При выполнении диссертационной работы использовались методы теории систем и системный анализ, теории вычислительных процессов, численные методы решения дифференциальных уравнений и методы аналитической аппроксимации, методы объектно-ориентированного программирования.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждается сравнением расчётных данных с результатами натурного эксперимента.

Научная новизна

1. Математическая модель инициирования импульсного пробоя вакуумной изоляции ЭВП, базирующаяся на модели джоулева разогрева эмиттера термоавтоэлектронным током большой плотности, отличающаяся учётом линейного нарастания напряжения на фронте импульса, впервые применена для высоковольтных импульсов с конечным фронтом.

2. Разработаны алгоритмы, реализующие вычислительный эксперимент по инициированию электрического пробоя в вакууме, основанные на методе прогонки, отличающиеся обработкой точек разрыва и изменением шага аппроксимации.

3. Разработаны алгоритмы анализа результатов вычислительного эксперимента для оценки электрической прочности вакуумной изоляции ЭВП, использующие алгоритм сортировки, отличающиеся процедурой группировки данных по заданным параметрам.

4. Предложена методика оценки импульсной электрической прочности вакуумной изоляции ЭВП, основанная на вычислительном эксперименте по инициированию импульсного пробоя в вакууме и отличающаяся использованием импульсов микро- и наносекундной длительности.

5. Разработана структура автоматизированной системы исследования электрической прочности вакуумной изоляции.

6. Предложен метод повышения электрической прочности вакуумной изоляции, базирующийся на модели джоулева инициирования вакуумного пробоя и отличающийся реализацией оптимального режима импульсной обработки электродов вакуумного промежутка ЭВП.

Практическая значимость

Использование разработанных средств автоматизации позволило сократить продолжительность исследований по оценке импульсной электрической прочности вакуумной изоляции ЭВП в ~3 раза и увеличить точность оценки на ~12% по сравнению с существующими методами. Применение разработанных алгоритмов позволило расширить диапазон напряжённости электрического поля, используемой при обработке электродов ЭВП, в ~ 1,5 раза, и сократить время одного прогона модели в ~ 2,6 раза, а объём затрачиваемой оперативной памяти в 10 раз.

Предложенная методика расчёта позволяет оценивать максимальную электрическую прочность вакуумной изоляции для электродов из разных материалов на импульсах напряжения различной формы в диапазоне длительностей 1(Г||</н<1(Г4с.

Разработан способ повышения электрической прочности вакуумной изоляции, реализующий оптимальный режим обработки электродов вакуумного промежутка высоковольтными импульсами наносекундной длительности при тренировке ЭВП (Патент РФ №2241277).

Реализация и внедрение результатов работы

Результаты, полученные в диссертации, внедрены при разработке вакуумных конденсаторов на ФГУП "НИИ Электронно-механические приборы" (г. Пенза), использованы при выполнении работ по гранту РФФИ № 08-08-07029, в научных исследованиях на кафедрах «Физика» и «Автоматизированные станочные и инструментальные системы», а также - в учебном процессе дисциплины «Физика» ОрёлГТУ (г. Орёл).

Положения, выносимые на защиту

1. Математическая модель инициирования вакуумного пробоя для импульсов напряжения с конечным фронтом.

2. Алгоритмы, реализующие вычислительный эксперимент по инициированию импульсного пробоя в вакууме и анализирующие полученные результаты.

3. Методика расчёта электрической прочности вакуумной изоляции на импульсах нано- и микросекундной длительности.

4. Структура автоматизированной системы оценки импульсной электрической прочности вакуумной изоляции.

5. Метод повышения электрической прочности вакуумной изоляции.

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования

были представлены на Международных и Всероссийских симпозиумах и конференциях: XV и XVI научно-технические конференции «Вакуумная наука и техника», Дагомыс, 2008 г. и Сочи, 2009 г.; Международная научно-практическая конференция «Состояние, проблемы и перспективы автоматизации технической подготовки производства на промышленных предприятиях», Брянск, 2009 г.; XXIII

и XXII Международные симпозиумы по разрядам и электрической изоляции в вакууме (XXIII-d International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum (ISDEIV), Romania, Bucharest, 2008r.; XXII-nd ISDEIV, Japan, Matsue, 2006г.); 4-я Международная конференция Азии и Австралии по вакуумным и поверхностным наукам (4-th Vacuum and Surface Sciences Conference of Asia and Australia, Japan, Matsue, 2008 г.); 3-я Международная конференция по физике электронных материалов (ФИЭМ-08), Калуга, 2008 г.; Международная научно-практическая конференция «Электронные средства и системы управления», Томск, 2007 г.

Результаты исследований отмечены благодарностью Губернатора Орловской области (2008 г.), дипломами Минобрнауки РФ по разделу «Электроника и автоматика физических установок» (приказы № 201 от 15.07.05 г. и № 167 от 28.03.2006 г.) и дипломом Третьей Российской студенческой НТК «Вакуумная техника и технология» (Казань, 2007 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 работ, включая 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, в том числе один патент РФ на изобретение и 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ и базы данных.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 185 страницах машинописного текста, включающего 63 рисунка, две таблицы, список литературы из 117 наименований и 9 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертационного исследования, сформулированы цели и задачи работы, отмечена научная новизна и практическая значимость результатов, апробация и достоверность результатов, а также дано краткое изложение работы по главам.

В первой главе «Обзор методов и средств исследований импульсной электрической прочности вакуумной изоляции» выполнен обзор работ, посвященных методам и средствам исследования импульсной электрической прочности вакуумной изоляции при изготовлении ЭВП. Рассмотрена проблема повышения электрической прочности ЭВП и конструкций. Приведены основные причины и механизмы её нарушения вида «пробой». Выполнен анализ подходов к моделированию инициирования вакуумного пробоя. Проведен обзор методов и средств автоматизации исследований электрической прочности вакуумной изоляции ЭВП. В качестве основных средств автоматизации используются математические системы, позволяющие решать только задачи численного моделирования. Задачи планирования вычислительного эксперимента, а также автоматизированной обработки и хранения полученных результатов остаются нерешёнными.

Во второй главе «Моделирование процесса исследования импульсной электрической прочности вакуумной изоляции» формализован процесс исследования импульсной электрической прочности вакуумной изоляции при изготовлении ЭВП. В исследовании электрической прочности вакуумной изоляции, базирующемся на численном моделировании можно выделить два основных процесса: проведение вычислительного эксперимента и исследование полученных

данных. Вычислительный эксперимент представляет собой имитацию процесса обработки электродов вакуумного промежутка ЭВП высоковольтными импульсами различной формы и длительности. В процессе реализации вычислительного эксперимента требуется автоматизировать задачи поддержки целостности данных при определении экспериментальных условий, реализации серии экспериментов и хранения полученных результатов, а также задачи отображения данных. В процессе исследования результатов выделены следующие задачи, подлежащие автоматизации: выявление всех изменяющихся экспериментальных условий при определении параметров анализа, анализ результатов вычислительного эксперимента, отображение полученных данных.

Вычислительный эксперимент реализован в рамках численного решения задачи джоулева разогрева микроэмиттера термоавтоэлектронным током большой плотности (1)

дТ . рс— = Л Ы

1/=0

ГЪ2Т | 1 8ТЛ дг2 г дг

V / \

у

/ Isin^J

71

I Г=Г,

,дТ

дг

= -лкТ(г0)

7о(0

г=г0

^sin у.

cosy

(1)

Уо(0 = 1,54 • 10"6 ^-ехр{- 6,83 • 10 V'20(*)£(O~'} (р

E(t) = yt при £(/) = £ при />/ф

где р,с,Я - соответственно, плотность, удельная теплоёмкость и теплопроводность материала эмиттера; - коэффициент пропорциональности в зависимости удельного сопротивления от температуры /с(Т) = /с0Т; Г0 - начальная температура; r0 = Rq/since, rx =^]/sina; у = лТ(г0)/2Т'; T* =5,61-Ю~9 E<p~112 - температура инверсии; ср - работа выхода электрона; А - постоянная Больцмана; е-элементарный электрический заряд; jQ(t) - плотность тока автоэлектронной эмиссии; удовлетворяющая уравнению Фаулера-Нордгейма; 6{z) - функция Нордгейма, при расчёте которой использовалась параболическая аппроксимация 9{z) = 0,965 -l,lz2, где z = 3,62 • Ю-4 Е0,5(р~'; у - крутизна импульса; /ф -

длительность фронта импульса.

В известную модель джоулева инициирования пробоя добавлена зависимость напряжённости электрического поля от длительности воздействующего импульса £(/), позволяющая осуществлять расчёт модели для импульсов с конечным фронтом. Математическая модель аппроксимирована методом конечных разностей и решена методом прогонки. Сходимость и устойчивость метода конечных разностей доказана.

Разработаны алгоритмы, реализующие вычислительный эксперимент по инициированию импульсного пробоя в вакууме и анализ полученных данных. Алгоритм моделирования процесса инициирования пробоя (рис. 1) базируется на методе прогонки и отличается учётом изменения воздействия в зависимости от

Рис. 1. Блок-схема алгоритма моделирования импульсного пробоя

в вакууме.

условий соответствующего метода. Алгоритм дополнен обработчиком точек разрыва второго рода и возможностью изменения шага аппроксимации в зависимости от формы воздействующего импульса. Алгоритм обработки точек разрыва второго рода расширил диапазон напряжённости электрического поля в ~ 1,5 раза, уменьшив нижнюю границу с 9-109В/м до 7-109В/м, что соответствует микросекундному диапазону времени запаздывания. За счёт изменения шага аппроксимации сокращено время одного прогона модели в ~ 2,6 раза, а объём затрачиваемой оперативной памяти в 10 раз. Алгоритм анализа результатов вычислительного эксперимента позволяет строить зависимости времени запаздывания пробоя от микронапряжённости электрического поля /3(£).

Ошибка округления результатов численного моделирования не превосходит относительную ошибку представления вещественных чисел в ЭВМ и в ходе реализации алгоритмов остаётся ограниченной, что говорит об их устойчивости.

В результате численного моделирования получены распределения во времени температуры эмиссионной поверхности для вольфрама, молибдена, меди, железа и алюминия при воздействии прямоугольного импульса с конечным и бесконечно коротким фронтом и косоугольной волны напряжения. Порядок следования кривых временного распределения температуры и величина расхождения между ними соответствуют известным натурным результатам, что говорит об адекватности модификации известной модели, а также свидетельствует о

сходимости разработанных алгоритмов.

Результаты анализа данных вычислительного эксперимента

соответствуют известным

экспериментальным зависимостям,

полученным на вольфрамовом эмиттере, в диапазоне времени запаздывания вакуумного пробоя 1(Г5 <13 <1(Г9с. Анализ расчётных зависимостей показал, что реализованные вычислительные алгоритмы позволяют адекватно воспроизводить процесс инициирования импульсного электрического пробоя в вакууме и получать данные, необходимые для оценки электрической прочности в случае обработки электродов ЭВП импульсами длительностью равной времени запаздывания пробоя 1И=(3.

Предложена методика оценки импульсной электрической прочности вакуумной изоляции при изготовлении ЭВП (рис. 2). Методика заключается в проведении серии вычислительных экспериментов по инициированию импульсного пробоя на основе модели,

С

Да Г

Конец

3

Рис. 2. Блок-схема методики оценки импульсной электрической прочности вакуумной изоляции.

учитывающей влияние формы высоковольтного импульса, построении зависимостей времени запаздывания пробоя от микронапряжённости электрического поля и преобразования их в зависимости импульсной электрической прочности от длительности высоковольтного импульса, а также в сопоставлении полученных результатов с известными экспериментальными данными.

Методика составляет основу автоматизации процесса выбора параметров импульсной обработки электродов при изготовлении ЭВП и позволяет оценивать электрическую прочность вакуумной изоляции для разных материалов электродов, различных форм импульсных воздействий и в широком диапазоне времени запаздывания вакуумного пробоя.

Третья глава «Разработка структуры АСНИ импульсной электрической прочности вакуумной изоляции» посвящена структуре, функциональному составу и модели информационной базы автоматизированной системы, как инструмента поддержки вычислительного эксперимента для задач повышения электрической прочности вакуумной изоляции при изготовлении ЭВП.

Разработана структура АСНИ электрической прочности вакуумной изоляции и зарегистрирована как программа для ЭВМ в Федеральном институте промышленной собственности. В структуре АСНИ импульсной электрической прочности выделены подсистемы объектного и сервисного уровня (рис. 3). Объектный уровень отражает реализацию специфических функций, необходимых для изучения объекта исследования. Подсистемы сервисного уровня обеспечивают реализацию действий, общих для всего исследования.

Рис. 3. Структура АСНИ электрической прочности вакуумной изоляции на основе вычислительного эксперимента.

Объектный уровень реализован в рамках подсистемы вычислительного эксперимента, обеспечивающей постановку и проведение серии машинных экспериментов, соответствующих обработке электродов ЭВП высоковольтными импульсами различной формы и длительности. Вычислительный эксперимент

реализован на основе разработанных алгоритмов численного решения задачи инициирования вакуумного пробоя.

Подсистемы сервисного уровня обеспечивают автоматизированный анализ данных и построение зависимостей. Среди подсистем сервисного уровня выделены: аналитическая подсистема, подсистема визуализации данных и подсистема обработки данных. Аналитическая подсистема реализует механизмы исследования результатов вычислительного эксперимента. В рамках рассматриваемой подсистемы обеспечивается формирование зависимостей заданных величин от различных факторов, определяющих условия вычислительного эксперимента. Подсистема визуализации предназначена для реализации логики диалога АСНИ с пользователем, ввода и отображения данных в удобной форме. Диалог исследователя с автоматизированной системой разработан в соответствии с концепцией индуктивного пользовательского интерфейса и обеспечивает эффективную работу пользователя на всех этапах научного исследования. Подсистема обработки данных связана с информационной базой АСНИ и реализует механизмы работы с данными, выполняющие процедуры манипулирования, фиксации и поиска. Структура базы данных зарегистрирована в Реестре баз данных Федерального института промышленной собственности и содержит результаты вычислительного эксперимента и данные, полученные в результате известных натурных экспериментов по вакуумному пробою (рис. 4).

Результаты расчета_

Справочник материалов

Файл, содержащий результаты расчета

Время нагрева Температура

Напряженность электрического поля

Идентификатор материала

Наименование Температура плавления Плотность

Удельная теплоемкость Коэффициент теплопровод ности Температурный коэффициент удельного сопротивления Работа выхода

Журнал расчетов

Идентификатор расчета

Дата проведения расчета

Время достижения критической температуры

Идентификатор условия (РК)

Файл, содержащий результаты расчета (РК)

Журнал аналитики

Идентификатор анализа

Дата проведения анализа Анализируемые параметры Идентификатор условия (РК) Файл, содержащий результаты аналитики (РК)

Условия расч ета/эксперимента Идентификатор условия

I___

Результаты аналитики

Файл, содержащий результаты аналитики

Время запаздывания

Напряженность

Крутизна

Начальная температура Напряженность электрического поля Радиус вершины микроострия Радиус основания микроострия Угол конуса

Идентификатор формы импульса (РК) Идентификатор материала (РК)

Справочник формы импульса

г

Тип импульса

Идентификатор формы импульса

Идентификатор типа (РК) Длительность фронта Название формы импульса

Идентификатор типа Название типа

Журнал натурных экспериментов

Идентификатор эксперимента

Автор эксперимента Идентификатор условия (РК)

Файл, содержащий результаты эксперимента (РК) • •

Результаты натурных экспериментов

Файл, содержащий результаты эксперимента

Время запаздывания Напряженность электрического поля

Рис. 4. Концептуальная схема базы данных АСНИ импульсной электрической прочности вакуумной изоляции.

Основное назначение разработанной программной системы состоит в автоматизации процесса выбора параметров импульсного воздействия, приводящего к повышению электрической прочности вакуумной изоляции, при изготовлении ЭВП. АСНИ позволяет проводить серию вычислительных экспериментов по инициированию вакуумного пробоя, автоматизировать процесс обработки полученных результатов и построения зависимостей определяемых величин от заданных экспериментальных параметров.

В четвертой главе «Применение АСНИ в задачах повышения электрической прочности вакуумной изоляции при изготовлении ЭВП» приведены основные результаты вычислительного эксперимента, иллюстрирующие работу автоматизированной системы и подтверждающие её адекватность в задачах повышения электрической прочности вакуумной изоляции на этапе тренировки ЭВП.

С целью верификации алгоритмов АСНИ результаты вычислительного эксперимента использовались при оценке качества поверхности катода и электрической прочности ЭВП. Все экспериментальные данные, использованные при верификации, ограничивались условием равенства длительности импульса времени запаздывания пробоя = .

Для оценки качества катодной поверхности проведено сопоставление полученной в результате вычислительного эксперимента зависимости микронапряжённости электрического поля /3(£) и кривой /3(£0), обобщающей известные натурные данные по запаздыванию пробоя. В результате построены зависимости коэффициента усиления поля ¡3 от параметров оптимального режима обработки медных электродов (Рис. 5).

Ео, В/м /и> с

Рис. 5. Коэффициент усиления как функция макронапряжённости электрического поля (а) и длительности импульса (б) в результате оптимальных режимов обработки медных электродов. Экспериментальные данные соответствуют межэлектродным зазорам: • - 3<^<200мкм; о - 0,1 < с? < 1мм; А - 2<^<20см; 0 - ^ = 0,35 мм;

*-1<с?<5мм.

Кривая /3(Е0) (Рис. 5.а) аппроксимируется степенной зависимостью

/? = 1,32-109£o"°'9| • (2)

Из выражения (2) следует, что обработка электродов вакуумного промежутка ЭВП импульсами /и = /3 позволяет, регулируя амплитуду, изменять более чем на два порядка величины коэффициент усиления поля /3, а, следовательно, и качество катодной поверхности. Относительная погрешность оценки качества катодной поверхности с помощью разработанной АСНИ составила £(/?) = 3,63% относительно экспериментальных данных для меди (рис. 5.а).

Для оптимального режима обработки электродов ЭВП получено соотношение, связывающее импульсную электрическую прочность с микронапряжённостью, инициирующей пробой,

= (3)

где £кр =1,36 10'° В/м.

С помощью выражения (3) рассчитаны зависимости электрической прочности от длительности импульсов /3 = /и оптимального режима обработки электродов ЭВП из разных материалов. Зависимость £0(i„) для медных электродов подтверждена известными экспериментальными данными (Рис. б.а). Представленные на рис. 6.6 кривые /и(£0) соответствуют максимальной электрической прочности, достижимой в результате обработки электродов ЭВП импульсами /и = 1г разной формы, и подтверждены известными экспериментальными данными, полученными в субнаносекундном диапазоне длительностей на прямоугольных импульсах с фронтом = 0,03 мкс. Расхождение

между экспериментальными и расчётными результатами, полученными в АСНИ, для электрической прочности и времени запаздывания пробоя составили, соответственно, S(\g(E0)) = 1,56%, 5(lg(/J) = 2,7% (рис. б.а) и 5(Ig(£0)) = l,59%, 5(lg(iJ) = 1,38% (рис. 6.6).

На основе полученных результатов предложен метод повышения электрической прочности вакуумной изоляции при изготовлении ЭВП. Метод заключается в обработке электродов вакуумного промежутка ЭВП высоковольтными импульсами, причем в процессе обработки обеспечивают равенство длительности импульса времени запаздывания пробоя /и = /3, постепенно увеличивая длительность импульса при U = const или плавно повышая амплитуду при /и = const. Метод обеспечивает разрушение имеющихся катодных микронеоднородностей без генерации новых. Метод реализован в виде способа повышения электрической прочности вакуумной изоляции (патент РФ № 2241277).

Использование разработанной АСНИ позволяет сократить продолжительность экспериментальных исследований по оценке импульсной электрической прочности вакуумной изоляции при тренировке ЭВП в ~3 раза и увеличить точность оценки на —12% по сравнению с существующими методами.

Е0, В/м

1,00Е+10 -

1.00Е+08

1,00Е+06

(а)

Е0, В/м

1.00Б-12 1.00Е-08 1,00Е-04

(б)

Рис. 6. Зависимости электрической прочности от длительности /и = /3 высоковольтного импульса для медных электродов: (а) прямоугольный импульс Гф = 0, экспериментальные данные соответствуют межэлектродным зазорам: • - 3 < с! < 200 мкм; о-0,1<й?<1мм;Д-2<с/ <20 см; 0 - с/= 0,35 мм; * - 1 < с? <5 мм; (б) прямоугольный импульс: /ф = 0 - /; ?ф= 0,03 не - 2; /ф = 1нс - 3; косоугольная волна напряжения - 4\ • - эксперимент.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Математическая модель инициирования пробоя вакуумной изоляции ЭВП в результате разогрева эмиттера термоавтоэлектронным током большой плотности, разработанная для высоковольтного импульса с бесконечно коротким фронтом, впервые применена для импульсов напряжения с конечным фронтом.

2. Разработаны алгоритмы, реализующие вычислительный эксперимент по инициированию вакуумного пробоя на импульсах напряжения с конечным и бесконечно коротким фронтом, анализирующие его результаты и позволяющие строить зависимости времени запаздывания вакуумного пробоя от микронапряжённости электрического поля.

3. Предложена методика расчёта импульсной электрической прочности вакуумной изоляции на основе вычислительного эксперимента по инициированию вакуумного пробоя, обеспечивающая возможность автоматизации процесса выбора параметров импульсной обработки электродов при изготовлении ЭВП.

4. Разработана структура АСНИ, реализующей вычислительный эксперимент по инициированию вакуумного пробоя и позволяющей проводить исследования электрической прочности вакуумной изоляции на импульсах напряжения различной формы для электродов из разных материалов при оптимальных режимах воздействия.

5. Разработана информационная база автоматизированной системы, содержащая результаты вычислительного эксперимента, а также данные, полученные в известных натурных экспериментах.

6. Зависимости времени запаздывания от напряжённости электрического поля, полученные в результате вычислительного эксперимента по инициированию вакуумного пробоя, подтверждены известными экспериментальными данными, что обосновывает распространение математической модели инициирования пробоя на импульсы напряжения с конечным фронтом и подтверждает адекватность разработанных алгоритмов.

7. Проведена верификация алгоритмов АСНИ импульсной электрической прочности вакуумной изоляции и получены удовлетворительные соответствия расчётных данных известным экспериментальным результатам по оценке качества поверхности и импульсной электрической прочности при изготовлении ЭВП.

8. Предложен метод повышения электрической прочности вакуумной изоляции ЭВП, использующий обработку электродов вакуумного промежутка высоковольтными импульсами, длительность которых равна времени запаздывания пробоя. Метод реализован в виде способа повышения электрической прочности (патент РФ №2241277).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

В изданиях, рекомендованных ВАК России

1. Емельянова, Е.А. Программный комплекс для реализации вычислительного эксперимента по инициированию импульсного пробоя в вакууме [Текст] / Е.А. Емельянова // Информационные системы и технологии. Известия ОрёлГТУ, 2009. - № 4/54(567). - С. 32-36.

2. Емельянова, Е.А. Алгоритм обработки критической ситуации при численном моделировании процесса инициирования вакуумного пробоя [Текст] / Е.А. Емельянова// Известия ОрёлГТУ, 2008. -№ 3/271(546). - С. 39-42.

3. Emelyanov, A.A. Pulsed electric strength of vacuum gaps [Текст] / A.A. Emelyanov, E.A. Emelyanova // IEEE TDEI (USA), 2008. - V. 15. - Iss. 2. - P. 591-599. - ISSN: 1070-9878.

4. Емельянов, A.A. Влияние длительности фронта импульса на электрическую прочность вакуумного промежутка [Текст] / A.A. Емельянов, Е.А. Емельянова//ЖТФ, 2007. - Т. 77. - Вып. 1,-С. 117-120.

В других изданиях

5. Емельянова, Е.А. Использование АСНИ на этапе технической подготовки электровакуумного производства [Текст] / Е.А. Емельянова //МНПК «Состояние, проблемы и перспективы автоматизации технической подготовки производства на промышленных предприятиях», Брянск, 2009. - С. 23.

6. Емельянова, Е.А. Электрическая прочность вакуумной изоляции на импульсах напряжения с конечным и бесконечно коротким фронтом [Текст] / Е.А. Емельянова // XVI НТК «Вакуумная наука и техника», Сочи, 2009, С. 299-302.

7. Свидетельство о государственной регистрации базы данных «Моделирование вакуумного пробоя» / Е.А. Емельянова. - RU №2008620317, зарегистрировано в Реестре баз данных 9 декабря 2008.

8. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ «Автоматизированная система моделирования и анализа вакуумного пробоя» / Е.А. Емельянова. - RU № 200861289, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 9 июня 2008.

9. Emelyanova, Е.А. Application of the model of emitter Joule heating to the estimation of the electric strength of vacuum insulation [Текст] / Е.А. Емельянова // Материалы 3-й Международной конференции «Физика электронных материалов», Калуга, 2008г. - Том 1. - С.284-287.

10. Емельянова, Е.А. Электрическая прочность вакуумной изоляции на косоугольной волне напряжения [Текст] / Е.А. Емельянова // XV НТК «Вакуумная наука и техника», Дагомыс, 2008, С. 203-207.

11. Emelyanova, Е.А. Estimation of Pulse Electric Strength of Vacuum Insulation [Текст] / Е.А. Emelyanova// XXIII-d ISDEIV, Romania, Bucharest, 2008. - V. 2.-P. 443-447.

12. Emelyanova, E.A. The Quality of Copper Cathode Surface at Optimum Modes of Electrodes Conditioning in Vacuum [Текст] / Vacuum and Surface Sciences Conference of Asia and Australia-4, Matsue, Japan, Program and abstracts, 2008. - P. 575.

13. Емельянова, Е.А. Автоматизированная система моделирования и анализа пробоя в вакууме [Текст] / Е.А. Емельянова. - Четвертая МНПК «Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития», Томск, ТУСУР, 2007. - С. 288-290.

14. Emelyanova, Е.А. Pulsed electric strength and full-voltage effect [Текст] / E.A. Emelyanova // Proc. XXII-th ISDEIV, Japan, Matsue, 2006. - V. 1. - P. 41 -44.

15. Патент 2241277 RU, CI 7 H01 J 21/00. Способ повышения электрической прочности вакуумной изоляции [Текст] / А.А. Емельянов, Е.А. Емельянова; заявитель и патентообладатель ОрёлГТУ. - № 2003127326 ; заявл. 08.09.03 ; опубл. 27.11.04, Бюл. № 33. - 3 с.: ил.

ЛР ИД № 00670 от 05.01.2000 г. Подписано к печати «21» декабря 2009 г. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз.

_Заказ №118_

Полиграфический отдел ОрёлГТУ 302030, г. Орёл, ул. Московская, 65

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИССЛЕДОВАНИЙ ИМПУЛЬСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ВАКУУМНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ЭВП

1.1 Специфика задач и методов исследования

1.1.1 Общая характеристика проблемы повышения электрической прочности вакуумной изоляции при изготовлении ЭВП

1.1.2 Импульсный электрический пробой в вакууме

1.1.3 Исследования импульсной электрической прочности вакуумной изоляции в электровакуумном производстве

1.1.4 Подходы к моделированию процесса инициирования импульсного пробоя в вакууме

1.1.5 Вычислительный эксперимент

1.2 Обзор методов и средств автоматизации научных исследований

1.2.1 Научное исследование как объект автоматизации

1.2.2 Обобщённая структура систем автоматизации научных исследований

1.2.3 Существующие системы автоматизации научных исследований

1.3 Постановка задачи

2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИССЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ВАКУУМНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ЭВП

2.1 Формализация процесса исследования

2.1.1 Модель процессов

2.1.2 Модель объектов

2.2 Численное моделирование

2.2.1 Модель джоулева инициирования импульсного пробоя в вакууме

2.2.2 Численное решение

2.3 Вычислительные алгоритмы „—

2.3.1 Моделирование вакуумного пробоя

2.3.2 Анализ результатов вычислительного эксперимента

2.3.3 Верификация вычислительных алгоритмов

2.4 Методика оценки импульсной электрической прочности вакуумной изоляции при изготовлении ЭВП

3 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ АСНИ ИМПУЛЬСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ВАКУУМНОЙ ИЗОЛЯЦИИ

3.1 Структурная модель

3.2 Организация диалога пользователя с АСНИ

3.3 Информационная база автоматизированной системы

4 ПРИМЕНЕНИЕ АСНИ В ЗАДАЧАХ ПОВЫШЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ВАКУУМНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ЭВП

4.1 Качество поверхности катода

4.2 Электрическая прочность

4.3 Метод повышения электрической прочности

4.4 Оценка эффективности автоматизации исследований импульсной электрической прочности вакуумной изоляции при производстве ЭВП 156 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 161 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 163 ПРИЛОЖЕНИЕ А 177 ПРИЛОЖЕНИЕ Б 178 ПРИЛОЖЕНИЕ В 179 ПРИЛОЖЕНИЕ Г 180 ПРИЛОЖЕНИЕ Д 182 ПРИЛОЖЕНИЕ Е 180 ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 183 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 184 ПРИЛОЖЕНИЕ И

Актуальность работы. Применение современных средств автоматизации наиболее эффективно в тех областях науки и техники, которые имеют дело с использованием больших объёмов информации. Автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) способствуют повышению производительности труда в исследовательских и испытательных подразделениях, улучшению технико-экономических и качественных показателей продукции, сокращению дорогостоящих натурных испытаний, исключению некоторых стадий опытно-конструкторских работ и уменьшению продолжительности рабочего цикла, что приводит к снижению затрат на производство и увеличению выхода годных изделий, снимаемых с оборудования. Одной из возможных областей применения АСНИ является исследование импульсной электрической прочности вакуумной изоляции на заключительных операциях процесса изготовления электровакуумных приборов (ЭВП).

Электровакуумное производство отличается большим разнообразием технологических процессов и методов, материалов и оборудования. Вопросы повышения качества и надёжности ЭВП относятся к числу важнейших и обеспечиваются проведением обширных теоретических и экспериментальных исследований. Одним из важнейших направлений повышения надёжности ЭВП является повышение электрической прочности вакуумной изоляции. К настоящему времени получены значительные экспериментальные [1-14] и теоретические [15-28] результаты по физике процессов, приводящих к возникновению и развитию электрического пробоя вакуумной изоляции. Однако достижение высокой электрической прочности ЭВП остается актуальной научной задачей [7, 19-21].

Для исследования прочностных характеристик вакуумной изоляции, наряду с дорогостоящим натурным экспериментом, используются методы математического моделирования и вычислительного эксперимента. В виду сложности процессов, приводящих к инициированию вакуумного пробоя, основное внимание исследователей направлено на составление и совершенствование математических моделей [16-17,22-28]. При этом реализация вычислительного эксперимента осуществляется с помощью систем математических расчётов [29-34], затрудняющих проведение серии вычислительных экспериментов, а выполнение анализа полученных данных обеспечивается дополнительными программными средствами.

Таким образом, в виду важности автоматизации процессов, сопровождающих исследования импульсной электрической прочности вакуумной изоляции при изготовлении ЭВП, разработка программного инструмента, обеспечивающего проведение серии вычислительных экспериментов, анализ и систематизацию полученных данных, является актуальной.

Объект исследования - процесс повышения импульсной электрической прочности вакуумной изоляции при изготовлении ЭВП.

В качестве предмета исследования выступают модели, алгоритмы и методы, определяющие режимы импульсной обработки ЭВП.

Цель диссертационного исследования состоит в повышении качества и надежности электровакуумных приборов за счёт оптимизации параметров импульсной обработки электродов в результате использования автоматизированной системы, реализующей вычислительный эксперимент по инициированию электрического пробоя вакуумной изоляции.

Задачи, решаемые для достижения цели исследования:

1. Систематизация и совершенствование процессов исследования импульсной электрической прочности вакуумной изоляции при изготовлении ЭВП на основе применения математических методов и средств вычислительной техники.

2. Разработка методики расчёта импульсной электрической прочности вакуумной изоляции, обеспечивающей автоматизацию трудоёмких работ и замену натурных испытаний математическим моделированием при тренировке ЭВП.

3. Анализ математических моделей инициирования пробоя вакуумной изоляции ЭВП с возможностью их распространения на импульсы напряжения с конечным фронтом.

4. Разработка алгоритмов, структуры и информационного обеспечения системы, реализующей вычислительный эксперимент по инициированию импульсного пробоя в вакууме и обеспечивающей оценку электрической прочности вакуумной изоляции для выбора параметров импульсной обработки ЭВП.

5. Разработка АСНИ импульсной электрической прочности вакуумной изоляции.

6. Разработка метода повышения импульсной электрической прочности вакуумной изоляции.

Методы и средства исследования. При выполнении диссертационной работы использовались методы теории систем и системный анализ, теории вычислительных процессов, численные методы решения дифференциальных уравнений и методы аналитической аппроксимации, методы объектно-ориентированного программирования.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждается сравнением расчётных данных с результатами натурного эксперимента.

Научная новизна

1. Математическая модель инициирования импульсного пробоя вакуумной изоляции ЭВП, базирующаяся на модели джоулева разогрева эмиттера термоавтоэлектронным током большой плотности, отличающаяся учётом линейного нарастания напряжения на фронте импульса, впервые применена для высоковольтных импульсов с конечным фронтом.

2. Разработаны алгоритмы, реализующие вычислительный эксперимент по инициированию электрического пробоя в вакууме, основанные на методе прогонки, отличающиеся обработкой точек разрыва и изменением шага аппроксимации.

3. Разработаны алгоритмы анализа результатов вычислительного эксперимента для оценки электрической прочности вакуумной изоляции ЭВП, использующие алгоритм сортировки, отличающиеся процедурой группировки данных по заданным параметрам.

4. Предложена методика оценки импульсной электрической прочности вакуумной изоляции ЭВП, основанная на вычислительном эксперименте по инициированию импульсного пробоя в вакууме и отличающаяся использованием импульсов микро- и наносекундной длительности.

5. Разработана структура автоматизированной системы исследования электрической прочности вакуумной изоляции.

6. Предложен метод повышения электрической прочности вакуумной изоляции, базирующийся на модели джоулева инициирования вакуумного пробоя и отличающийся реализацией оптимального режима импульсной обработки электродов вакуумного промежутка ЭВП.

Практическая значимость

Использование разработанных вычислительных средств позволило сократить продолжительность исследований по оценке импульсной электрической прочности вакуумной изоляции ЭВП в ~3 раза и увеличить точность оценки на -12% по сравнению с существующими методами. Применение разработанных алгоритмов позволило расширить диапазон напряжённости электрического поля, используемой при обработке электродов ЭВП, в ~ 1,5 раза, сократить время одного прогона модели в ~ 2,6 раза, а объём затрачиваемой оперативной памяти в 10 раз.

Предложенная методика расчёта позволяет оценивать максимальную электрическую прочность вакуумной изоляции для электродов из разных материалов на импульсах напряжения различной формы в диапазоне длительностей Ю-11 <tl^ <10"4с.

Разработан способ повышения электрической прочности вакуумной изоляции, реализующий оптимальный режим обработки электродов вакуумного промежутка высоковольтными импульсами наносекундной длительности при тренировке ЭВП (Патент РФ № 2241277, Приложение А).

Реализация и внедрение результатов работы

Результаты, полученные в диссертации, внедрены при разработке вакуумных конденсаторов на ФГУП "НИИ Электронно-механические приборы" (г. Пенза, Приложение Б), использованы при выполнении работ по гранту РФФИ № 08-08-07029, в научных исследованиях на кафедрах «Физика» и «Автоматизированные станочные и инструментальные системы», а также - в учебном процессе дисциплины «Физика» ОрёлГТУ (г. Орёл, Приложение В).

Положения, выносимые на защиту

1. Математическая модель инициирования вакуумного пробоя для импульсов напряжения с конечным фронтом.

2. Алгоритмы, реализующие вычислительный эксперимент по инициированию импульсного пробоя в вакууме и анализирующие полученные результаты.

3. Методика расчёта электрической прочности вакуумной изоляции на импульсах нано- и микросекундной длительности.

4. Структура автоматизированной системы оценки импульсной электрической прочности вакуумной изоляции.

5. Метод повышения электрической прочности вакуумной изоляции.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 185 страницах машинописного текста, включающего 63 рисунка, две таблицы, список литературы из 117 наименований и 9 приложений.

Выводы по четвертой главе

Сопоставление зависимости ¡3(Е) для микронапряжённости электрического поля, полученной в результате вычислительного эксперимента, с кривой tz(E0) для макронапряжённости, обобщающей известные экспериментальные результаты по времени запаздывания вакуумного пробоя, позволило оценить качество катодной поверхности в результате обработки электродов ЭВП импульсами /и =t2. Построены зависимости коэффициента усиления поля Р на катодных микронеоднородностях от параметров оптимального режима обработки для Р(Ео) и /?(7И) медных электродов ЭВП. Показано, что обработка электродов вакуумного промежутка ЭВП импульсами = t3 позволяет, регулируя амплитуду высоковольтных импульсов, изменять более чем на два порядка величины качество катодной поверхности.

Для достижения катодной поверхности с коэффициентом усиления Р = 100 следует использовать высоковольтные импульсы длительностью о и=10нс при электрической напряжённости £0=Ю В/м. Катод с более высоким качеством поверхности, характеризуемым коэффициентом Р = 10, можно получить в результате обработки импульсами, длительность которых в тридцать раз меньше tи «0,3 не, но при большей на порядок величины напряжённости Е0 =109В/м.

Полученные в результате вычислительного эксперимента, зависимости времени запаздывания от микронапряжённости преобразованы нами в зависимости электрической прочности от длительности импульсов = t3 оптимального режима импульсной обработки электродов ЭВП из разных материалов и подтверждены экспериментальными данными для медных электродов на импульсах с бесконечно коротким фронтом в диапазонах длительности 10~П</И<104си напряженности электрического поля 107 < Е0 <Ю10 В/м. Показано, что при уменьшении длительности импульсов оптимального режима на семь порядков величины от 10~4с до Ю-1'с импульсная электрическая прочность

7 1П

ЭВП увеличивается на три порядка от ~ 10 В/м до 10 В/м.

Разработан метод повышения электрической прочности вакуумной изоляции ЭВП и способ, его реализующий. Метод основан на обработке электродов вакуумного промежутка ЭВП высоковольтными импульсами при соотношении амплитуды и длительности, обеспечивающем разрушение катодных микронеоднородностей без создания новых образований. Способ защищен патентом РФ № 2241277.

Данные вычислительного эксперимента удовлетворительно соответствуют известным натурным результатам по вакуумному пробою, что подтверждает адекватность разработанных алгоритмов и предложенной математической модели инициирования вакуумного пробоя для импульсов с фронтом конечной длительности.

В результате применения АСНИ импульсной электрической прочности вакуумной изоляции для определения оптимальных параметров импульсного воздействия при изготовлении ЭВП отмечено повышение эффективности исследований за счёт сокращения времени на проведение натурного эксперимента и обработку данных, уменьшение материальных затрат на исследования, а также повышение точности оценки параметров импульсной обработки электродов ЭВП.

В процессе диссертационного исследования были получены следующие результаты:

1. Математическая модель инициирования пробоя вакуумной изоляции ЭВП в результате разогрева эмиттера термоавтоэлектронным током большой плотности, разработанная для высоковольтного импульса с бесконечно коротким фронтом, впервые применена для импульсов напряжения с конечным фронтом.

2. Разработаны алгоритмы, реализующие вычислительный эксперимент по инициированию вакуумного пробоя на импульсах напряжения с конечным и бесконечно коротким фронтом, анализирующие его результаты и позволяющие строить зависимости времени запаздывания вакуумного пробоя от микронапряжённости электрического поля.

3. Предложена методика расчёта импульсной электрической прочности вакуумной изоляции на основе вычислительного эксперимента по инициированию вакуумного пробоя, обеспечивающая возможность автоматизации процесса выбора параметров импульсной обработки электродов при изготовлении ЭВП.

4. Разработана структура АСНИ, реализующей вычислительный эксперимент по инициированию вакуумного пробоя и позволяющей проводить исследования электрической прочности вакуумной изоляции на импульсах напряжения различной формы для электродов из разных материалов при оптимальных режимах воздействия.

5. Разработана информационная база автоматизированной системы, содержащая результаты вычислительного эксперимента, а также данные, полученные в известных натурных экспериментах.

6. Зависимости времени запаздывания от напряжённости электрического поля, полученные в результате вычислительного эксперимента по инициированию вакуумного пробоя, подтверждены известными экспериментальными данными, что обосновывает распространение математической модели инициирования пробоя на импульсы напряжения с конечным фронтом и подтверждает адекватность разработанных алгоритмов.

7. Проведена верификация алгоритмов АСНИ импульсной электрической прочности вакуумной изоляции и получены удовлетворительные соответствия расчётных данных известным экспериментальным результатам по оценке качества поверхности и импульсной электрической прочности при изготовлении ЭВП.

8. Предложен метод повышения электрической прочности вакуумной изоляции ЭВП, использующий обработку электродов вакуумного промежутка высоковольтными импульсами, длительность которых равна времени запаздывания пробоя. Метод реализован в виде способа повышения электрической прочности (патент РФ № 2241277).

1. Электрический пробой и разряд в вакууме Текст. / И. Н. Сливков, В. И. Михайлов, Н. И. Сидоров, А. И. Настюха: Под ред. Б. М. Гохберга. -М.: Атомиздат, 1966. 298с.

2. Раховский, В. И. Физические основы коммутации электрического тока в вакууме Текст. / В.И. Раховский. М.: Наука, 1970. - 536с.

3. Сливков, И. Н. Электроизоляция и разряд в вакууме Текст. / И.Н. Сливков. М.: Атомиздат, 1972. - 304с.

4. Месяц, Г. А. Генерирование мощных наносекундных импульсов Текст. / Г.А. Месяц. М.: Сов. Радио, 1974. - 256с.

5. Королев, Ю. Д. Автоэмиссионные и взрывные процессы в газовом разряде Текст. / Ю. Д. Королев, Г. А. Месяц. Новосибирск: Наука, 1982.-256с.

6. Месяц, Г. А. Импульсный электрический разряд в вакууме Текст. / Г. А. Месяц, Д. И. Проскуровский. М.: Атомиздат, 1984. - 256с.

7. Латам, Р. Вакуумная изоляция установок высокого напряжения Текст. / Р. Латам. Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 192с.

8. Сливков, И.Н. Процессы при высоком напряжении в вакууме Текст. / И. Н. Сливков. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 256с.

9. Месяц, Г. А. Эктоны Текст. / Г. А. Месяц. — Екатеринбург: Наука, 1993. Часть 1 - 184с., Часть 2 - 247с., Часть 3 - 256с.

10. Jüttner,B. Time delay of vacuum sparks in the subnanosecond region Текст. / В. Jüttner, W. Rohrbeck, H. Wolff// Proc. IX-th 1С PIG, Bucharest, 1969.-P. 140.

11. Jüttner, В. Zeretürung und erzeugung von feldemittern auf ausgedechnten Metalloberflächen Текст. / В.Jüttner, W. Rohrbeck, H. Wolff // Beitr. Plasmaphys., 1970. В.10. - H. 4/5. - P. 383-396.

12. Jüttner,B. Nanosecond field emission. Production and destruction of field emitting micro-tips by cathode flares Текст. / B.Jüttner, V. F.Puchkarov, W. Rohrbeck // Berlin: ZIE, Preprint 75-3, 1975. 80p.

13. Mesyats, G. A. Cathode surface microrelief formation at the explosive electron emission Текст. / G. A.Mesyats, D. I. Proskourovsky, E. B. Yankelevitch // Proc. VII-th IS DEIV, Novosibirsk, 1976. P. 230-233.

14. Месяц, Г. А. Наблюдение регенерации микроострий и полировки катода при наносекундных импульсах тока взрывной эмиссии Текст. / Г. А. Месяц, Д. И. Проскуровский, Е. Б Янкелевич и др. // ДАН СССР, 1976. Т. 227.-N. 6.-С. 1335-1337.

15. Емельянов, A.A. О некоторых режимах повышения электрической прочности вакуумной изоляции Текст. / A.A. Емельянов // ПТЭ, 1997. № 5. - С. 68-71.

16. Литвинов, Е. А. Расчёт термоавтоэмиссии, предшествующей взрыву микроэмиттеров под действием импульсов автоэлектронного тока Текст. / Е. А. Литвинов, Г. А. Месяц, А. Ф. Шубин // Изв. вузов. Физика, 1970.-N. 4.-С. 147-151.

17. Литвинов, Е. А. Разогрев металлического катода термоавтоэлектронным током большой плотности Текст. / Е. А. Литвинов, А. Ф. Шубин // Изв. вузов. Физика, 1974. -N. 1. С. 152-154.

18. Литвинов, Е. А. Нестационарная термоавтоэмиссия с острийного катода Текст. / Е. А. Литвинов, А. Ф. Шубин // ЖТФ, 1974. Т. 44. - N. 8. -С. 1804-1805.

19. Буц, В. П. Вакуумные конденсаторы Текст. / В. П. Буц, Ю. Т. Железнов, М. М. Юринов. Л.: Энергия, 1971. - 136с.

20. Черепнин, Н.В. Сорбционные явления в вакуумной технике Текст. /Н.В. Черепнин. -М.: Сов. Радио, 1973. -383с.

21. Ингберман, М. И. Оптимальные режимы применения и эксплуатации электровакуумных приборов Текст. / М. И. Ингберман, М. С. Эпштейн. М.: Радио и связь, 1985. - 136с.

22. Chatterton, P.A. A theoretical study of field emission initiated vacuum breakdown Текст. / P.A. Chatterton // Proc. Phys. Soc.(London), 1966. — N 88.-P. 231-245.

23. Utsumi, T. Cathode- and anode-induced electrical breakdown in vacuum Текст. / T. Utsumi // J. Appl. Phys., 1967. N 38. - P. 2989-2997.

24. Charbonier, F. M. Electrical breakdown between metal electrodes in high vacuum Текст.: I. Theory / F. M. Charbonier, C. J. Benette and L.W. Swanson//J. Appl. Phys., 1967. -N 38. P. 627-633.

25. Williams, D.W. Field-emitted current necessary for cathode initiated vacuum breakdown Текст. / D.W. Williams, W.T. Williams // J.Phys. D:Appl. Phys., 1972. -N 5. P. 280-290.

26. Горьков, B.A. Теоретические и экспериментальные исследования преддуговых явлений при автоэлектронной эмиссии Текст. / В.А. Горысов, М.И. Елинсон, Г.Д. Яковлева. «Радиотехника и электроника», 1962. - 7. -№9.-с. 1474-1483.

27. Mitterauer, J. Computer simulation of transient heating of surface prostrutions initiating cathode induced vacuum breakdown Текст. / J. Mitterauer, P. Till // Proc. VIISDEIV, 1974. P. 95-100.

28. Mitterauer, J. The initiation of cathode induced vacuum breakdown by dynamic field emission (DF-emission) from microprostrusions Текст. / J. Mitterauer, P. Till, E. Fraunscheil and M. Haider // Proc. VII ISDEIV, 1976. -P. 83-87.

29. Дьяконов, В. Mathcad 200 Текст.: учебный курс / В. Дьяконов. -Спб: Питер, 2000. 592 е.: ил. - 5000 экз. - ISBN 5-272-00196-6.

30. Потемкин, В.Г. Система инженерных и научных расчётов Matlab 5.x. Текст. Том 2 / В.Г. Потемкин. М.: Диалог-МИФИ, 1999. - 304 с. - ISBN 5-86404-125-4.

31. Татаренко, Н.И. Автоэмиссионные наноструктуры и приборы на их основе Текст. / Н.И. Татаренко, В.Ф. Кравченко. М. Физматлит, 2006. -192с.

32. Шехмейстер, Е. И. Общая теория электровакуумного производства: Учеб. Для сред. Проф.-техн. Училищ Текст. / Ефим Ильич Шехмейстер / 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1984 - 287с., ил.

33. Емельянов, A.A. Электроимпульсное кондиционирование электродов в вакууме Текст.: автореферат дис. . докт. техн. наук: 05.09.03 / Емельянов Александр Александрович. Алматы: АИЭС. - 1998. - 50 с. -Бибиогр.: 41-45.

34. Луфт, Б.Д. Очистка деталей электронных приборов Текст. / Б.Д. Луфт, А.Л. Шустина. -М. : Энергия, 1968. 320 с. - 1.13 р.

35. Сверхвысокий вакуум в радиационно-физическом эксперименте Текст. / Под ред. Г.Л. Саксаганского. -М.: Атомиздат, 1976. 287с.

36. Lyman, Е. М. The effect of gas pressure on electrical breakdown and field emission Текст. / E. M. Lyman, D. A. Lee, H. E. Tomaschke, e.a.// Proc. II-d ISDEIV, Boston, 1966. P. 33 - 39.

37. Чистяков, П.Н. Пробой вакуума при контролируемом состоянии поверхности электродов Текст. / П.Н. Чистяков, А.Л. Радионовский, Н.В. Татаринова и др. // Журн. техн. физ., 1969. Т.39. - №6. - с. 1075-1079. -т.42. - №4. — с. 821-825.

38. Чистяков, П.Н. Пробой вакуума при электрическом поле вдиапазоне (5 — 7) • 106 В/см Текст. / П.Н. Чистяков, Н.П. Дубинин // Изв. вузов Радиофизика, 1979. -т.22. -№8. с. 1020-1025.

39. Физическая энциклопедия Текст. / Гл. ред. A.M. Прохоров. Ред.кол. Д.М. Алексеев, A.M. Балдин, A.M. Бонч-бруевич, А.С. Боровик-Романов и др. М.: Советская энциклопедия. Т. 1. Ааронова - Бома эффект -Длинные линии, 1988. — 704с., ил.

40. Mesyats, G.A. Cathode phenomena in a vacuum discharge: the breakdown, the spark and the arc Текст. / G.A. Mesyats. M: Nauka, 2000. - 400 pp.

41. Wood, R. W. A new form of cathode discharge and the production of X-rays together with some notes on diffraction Текст. / R. W. Wood // Phys. Rev. Ser. I. - 1897. - V. 5. - P. 1-10.

42. Fowler, R. H. Electron emission in intense electric fields Текст. / R. H. Fowler, L.Nordheim // Proc. Roy. Soc. (London), A119, 1928. P. 173-181

43. Физический энциклопедический словарь Текст. / Гл. ред. A.M. Прохоров. Ред. Кол. Д.М. Алексеев, A.M. Балдин, A.M. Бонч-бруевич, А.С. Боровик-Романов и др. М.: Советская энциклопедия, 1983. - 928с., ил., 2л. цв. ил.

44. Ahearn, A. J. The effect of temperature, degree of thoriation and breakdown on field currents from tungsten and thoriated tungsten Текст. / A. J. Ahearn // Phys. Rev., 1936. V. 50. - P. 238-253.

45. Dyke, W. P. The field emission: large current densities, space charge, and the vacuum arc Текст. / W. P. Dyke, J. K. Trolan // Phys. Rev., 1953. V. 89.-N. 4.-P. 799-808.

46. Dyke W. P., Trolan J. K., Martin E. E., Barbour J. P. The field emission initiated vacuum arc Текст. // Phys. Rev., 1953. V. 91. - N. 5. - P. 1043-1057.

47. Alpert, D. Initiation of electrical breakdown in ultrahigh vacuum Текст. / Alpert D., Lee D. A., Lyman F. M., e.a. // J. Vac. Sci. Techn., 1964. -V. l.-N. 2.-P. 35-50.

48. Kranjec, P. Test of the critical theory of electrical breakdown in ultrahigh vacuum Текст. / P. Kranjec, L. Ruby // J. Vac. Sci. Tech., 1967. V. 4. -N. 2.-P. 94-96.

49. Brodie J. Prediction of the voltage for electrical breakdown in ultrahigh vacuum Текст. / J. Brodie // J. Vac. Sci. Tech., 1966. V. 3. - N. 4. -P. 222-223.

50. Карцев, Г. К. Исследование временных характеристик перехода автоэлектронной эмиссии в катодную дугу Текст. / Г. К. Карцев, Г. А.

51. Месяц, Д. И. Проскуровский и др. // ДАН СССР, 1970. Т. 192. - N. 2. - С. 309-312.

52. Физическая энциклопедия Текст. / Гл. ред. A.M. Прохоров. Ред.кол. Д.М. Алексеев, A.M. Балдин, A.M. Бонч-бруевич, A.C. Боровик-Романов и др. М.: Советская энциклопедия. Т. И. Добротность — Магнитооптика. 1990. - 703с., ил. - ISBN 5-85270-061-4 (т.2).

53. Олендзская, Н. Ф. Временные характеристики электрического пробоя в вакууме Текст. / Н. Ф. Олендзская, Г. К. Карцев, Г. А. Месяц, Д. И. Проскуровский и др. // ЖТФ, 1970. Т. 40. - N. 2. - С. 333 -337.

54. Емельянов, A.A. Влияние формы импульсного напряжения на время запаздывания вакуумного пробоя Текст. / A.A. Емельянов, Г.М. Кассиров // Изв. ВУЗов. Физика, 1976. №9. - С. 105-110.

55. Кассиров, Г. М. Влияние материала электродов на время запаздывания разряда при электрическом пробое вакуумного промежутка Текст./Кассиров Г. МЛ ЖТФ, 1966.-Т. 36.-N. 10.-С. 1883-1885.

56. Каляцкий, И. И. Временные характеристики пробоя сантиметровых вакуумных промежутков Текст. / И. И. Каляцкий, Г. М. Кассиров, Г. В. Смирнов и H.H. Фролов // ЖТФ, 1975. Т. 45. - N. 7. - С. 1547-1550.

57. Месяц, Г. А. Исследование инициирования и развития импульсного пробоя коротких вакуумных промежутков в наносекундном диапазоне времени Текст. / Г. А. Месяц, С. П. Бугаев, Д. И. Проскуровский и др.//РЭ, 1969.-Т. 14.-N. 12.-С. 2222-2230.

58. Вавилов, С. П. Исследование роста тока при импульсном пробое миллиметровых вакуумных промежутков Текст. / С. П. Вавилов, Г. А. Месяц // Изв. вузов. Физика, 1970. N. 8. - С. 90-94.

59. Емельянов, A.A. Импульсное кондиционирование электродов в вакууме Текст. / A.A. Емельянов. Усть-Каменогорск: ВКГТУ им. Д. Серикбаева, 1999. - 184с.

60. Yemelyanov, A. A. Problems of the forecasting of the electrical strength of pulse-voltage cm vacuum gaps Текст. / A. A. Yemelyanov, I. I. Kalyatskiy, G. M. Kassirov, and G. V. Smirnov // Proc. Vllth ISDEIV, Novosibirsk, 1976.-pp. 130-133.

61. Елинсон, М.И. Автоэлектронная эмиссия Текст. / Г.Ф. Васильев, М.И. Елинсон. М.: ФизМатЛит, 1958. - 273с.

62. Шредник, В. Н. Теория автоэлектронной эмиссии Текст. / В. Н. Шредник // Ненакаливаемые катоды. М., 1974. — С. 165—177.

63. Емельянов, A.A. К оценке времени запаздывания пробоя вакуумных промежутков Текст. / A.A. Емельянов, Г.М. Кассиров, Г.В. Смирнов // Изв. ВУЗов. Физика, 1976. №4. - С. 142-145.

64. Компьютеры, модели, вычислительный эксперимент. Введение в информатику с позиций математического моделирования Текст. / Авт. пред. A.A. Самарский. М: Наука, 1988. - 176с. ил.

65. Власова, Е.А. Приближенные методы математической физики Текст.: Учеб. для вузов / Е.А. Власова, B.C. Зарубин, Г.Н. Кувыркин / под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко. М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 700с. -Библиогр. 81 назв.-ISBN 5-7038-1768.

66. Тихонов, А.Н. Уравнения математической физики Текст.: Учебник. 7-е изд. / А.Н Тихонов, A.A. Самарский. - М.: Наука, 2004. - 798с. -ISBN 5-02-033599-1.

67. Самарский, A.A. Введение в численные методы Текст.: Учебники для вузов. Специальная литература / A.A. Самарский Спб.: Лань, 2005г.-288с.

68. Котляков, Н.С. Уравнения в частных производных математической физики Текст. / Н.С. Кошляков, Э.Б. Глинер, М.М. Смирнов. -М: Изд-во «Высшая школа», 1970. 713с.

69. Кормен, Т. Алгоритмы. Построение и анализ Текст.: классические учебники: Computer Science / Т. Кормен, Ч. Лейзерсон. М.: Изд-во. МЦНМО, 1990. - 960с.

70. Гудман, С. Введение в разработку и анализ алгоритмов Тескт. / С. Гудман, С. Хидетниеми. Пер. с англ. Ю.Б. Котова, Л.В. Сухарева, Л.В. Ухова / Под. ред.В.В. Мартынюка. - М.: Изд-во «Мир», 1981. - 364с.

71. Виноградова, H.A. Научно-методические основы построения АСНИ Текст. / H.A. Виноградова, A.A. Есюткин, Г.Ф. Филаретов. М.: МЭИ, 1989. -84с.

72. Общеотраслевые руководящие методические материалы по созданию автоматизированных систем научных исследований и комплексных испытаний образцов новой техники Текст. / Редакция 1-80. -М.: 1980.

73. Египко, В.М. Организация и проектирование систем автоматизации научно-технических экспериментов Текст./ В.М. Египко. -К.: Наукова Думка, 1978. 232с.

74. Баронов, В.В. Автоматизация управления предприятием Текст./ В.В. Баронов, Г.Н. Калянов, Ю.И. Попов, А.И. Рыбников, И.Н. Титовский. -М.: ИНФРА-М, 2000. -239с.

75. Френкель, Б.А. Автоматизация экспериментальных установок Текст.: Монография / Б.А. Френкель. М.: Химия, 1980. - 368с.

76. Основы научных исследований и патентоведения Электронный ресурс.: электронный учебник / http://www.asni.fiit.info. Систем, требования: ПК 486 или выше; 8 Мб ОЗУ; Windows 3.1 или Windows 95;

77. SVGA 32768 и более цв.; 640x480; Internet Explorer 4.0 и выше. Загл. с экрана.

78. Прикладной анализ случайных процессов Текст. / под. ред. С.А. Прохорова. СНЦ РАН, 2007. - 582с., ил.

79. Крачтен, Ф. Введение в Rational Unified Process Текст.: 2-е издание / Филипп Крачтен. — М.: Вильяме, 2002. 240с. — ил.

80. Боггс, М. UML и Rational Rose Текст. / Уэнди Боггс, Майкл Боггс. Лори, 2008. -600с. — ил.

81. Brodie, I. Temperature of a strongly field emitting surface Текст. / Brodie, I.//Int. J. Electronics, 1965. -V. 18. P. 249-256.

82. Емельянова, E.A. Алгоритм обработки критической ситуации при численном моделировании процесса инициирования вакуумного пробоя Текст. / Е.А. Емельянова // Известия ОрёлГТУ, 2008. № 3/271(546). -С. 39-42.

83. Кнут, Д. Э. Искусство программирования на ЭВМ Текст.: Том 3. Сортировка и поиск, 2-е изд./ Дональд Эрвин Кнут / Под ред. Ю.В. Казаченко. М. Вильяме, 2008. - 824с.

84. Погрешности вычислений Электронный ресурс. /www.mgopu.ru/PVU/2.1/nummethods/Chapterl.htm. Систем, требования: ПК486 или выше; 8 Мб ОЗУ; Windows 3.1 или Windows 95; SVGA 32768 и более цв.; 640x480; Internet Explorer 4.0 и выше. — Загл. с экрана.

85. Емельянова, Е.А. Автоматизированная система моделирования и анализа пробоя в вакууме Текст. / Е.А. Емельянова. — Четвертая МНПК «Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития», Томск, ТУСУР, 2007. С. 288-290.

86. Емельянова, Е.А. Электрическая прочность вакуумной изоляции на косоугольной волне напряжения Текст. / Е.А.Емельянова // XV НТК «Вакуумная наука и техника», 2008, С. 203-207.

87. Емельянова, Е.А. Электрическая прочность вакуумной изоляции на импульсах напряжения с конечным и бесконечно коротким фронтом Текст. / Е.А. Емельянова // XVI НТК «Вакуумная наука и техника», Сочи, 2009, С. 299-302.

88. Emelyanova, Е.А. Estimation of Pulse Electric Strength of Vacuum Insulation Текст. / Е.А. Emelyanova // XXIII-d ISDEIV, 2008. V. 2. - P. 443447.

89. Самарский, А. А. Численные методы Текст. / А. А. Самарский, Ф. В. Гулин. М.: Наука, 1988. - 432с.

90. Емельянов, А.А. Влияние длительности фронта импульса на электрическую прочность вакуумного промежутка Текст. / А.А. Емельянов, Е.А. Емельянова // ЖТФ, 2007. Т. 77. - Вып. 1. - С. 117-120.

91. Emelyanov, А.А. Effect of the pulse leading-edge time on the dielectric strength of a vacuum gap Текст. / А.А. Emelyanov, Е.А. Emelyanova// Tech. Phys., 2007.-V. l.-N. l.-P. 113-116.

92. Emelyanov, A.A. Effect of the pulse leading-edge time on the dielectric strength of a vacuum gap Электронный ресурс. / A.A. Emelyanov, Е.А.

93. Свидетельство о государственной регистрации программ для

94. ЭВМ «Автоматизированная система моделирования и анализа вакуумного пробоя» / Е.А. Емельянова. — RU № 200861289, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 9 июня 2008.

95. Поспелов, Д.А. Диалоговые системы в АСУ Текст. / Под редакцией Д.А. Поспелова. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 208 с.

96. SVGA 32768 и более цв.; 640x480; Internet Explorer 4.0 и выше. Загл. с экрана.

97. Емельянова, Е.А. Программный комплекс для реализации вычислительного эксперимента по инициированию импульсного пробоя в вакууме Текст. / Е.А. Емельянова // «Информационные системы и технологии» Известия ОрёлГТУ, 2009. № 4/54(567). - С. 32-35.

98. Модели данных Электронный ресурс. / http://www.datbases.net/db4.html. Систем, требования: ПК 486 или выше; 8 Мб ОЗУ; Windows 3.1 или Windows 95; SVGA 32768 и более цв.; 640x480; Internet Explorer 4.0 и выше. - Загл. с экрана.

99. ГОСТ 34.601-90. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания Текст. -Введ. 1992-01-01. М.: Изд-во стандартов, 2001.

100. Гаврилова, Т.А. Базы знаний интеллектуальных систем Текст. / Т.А. Гаврилова, В.Ф. Хорошевский. Спб.: Питер, 2000. - 380с.

101. Диго, С.М. Проектирование и использование баз данных Текст. : Учебник / С.М. Диго. М.: Финансы и статистика, 1995. - 2008с.

102. Свидетельство о государственной регистрации базы данных «Моделирование вакуумного пробоя» / Е.А. Емельянова. RU №2008620317, зарегистрировано в Реестре баз данных 9 декабря 2008.

103. Emelyanova, E.A. The Quality of Copper Cathode Surface at Optimum Modes of Electrodes Conditioning in Vacuum Текст. / Vacuum and Surface Sciences Conference of Asia and Australia-4, Matsue, Japan, Program and abstracts 2008.-P. 575.

104. Emelyanov, A.A. Pulsed electric strength of vacuum gaps Текст. / Emelyanov A.A., Emelyanova E.A // IEEE TDEI (USA), 2008. V. 15. - Iss. 2. -P. 591-599.- ISSN: 1070-9878.

105. Патент 2241277 RU, CI 7 H01 J 21/00. Способ повышения электрической прочности вакуумной изоляции Текст. / А.А. Емельянов, Е.А. Емельянова; заявитель и патентообладатель ОрёлГТУ. — № 2003127326 ; заявл. 08.09.03 ; опубл. 27.11.04, Бюл. № 33. 3 с. : ил.

106. Копия патента на изобретение «Способ повышения электрической прочностивакуумной изоляции»теОТШЖШЕАЖ ФВДШРАЩШШ1. ЙЙЙЙЙЙш\ ййй Й й й й Й й Й1. Й ©ж Й й Й Й Й Й Й й ЙV1. НА ИЗОБРЕТЕНИЕ2241277

107. СПОСОБ ПОВЬШШНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ВАКУУМНОЙ ИЗОЛЯЦИИ

108. Патыггсюбладатсль'Сли):'Орловский государственный**?-, техничеспсий университет (Ш1)1А\\то?{ы): Шьельянов Александр Александрович (1Ш), Емельянова Екатерина Александровна (К11)

109. Заявка* 2003127326 £ Приоритет изобретения 08 сентября -2003.г.' ^¿•лЗарешстрнровано в Государственном реестрис- " изобретении РоссийскойФедерации 27ноября2004г.

110. Срок действия патета истекает 08 сентября 2023 г

111. Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным макам ^1. Ы1 Симонов1. ЙЙЙЙЙЙ "Й1. Й Й

112. Й Й Й Й Й Й Й Й Й й Й Й Й Й Й й Й й Й Й Й Й Й Й Й й Й Й Й Й Йтг «•1-»Й