Page 91 - 《真空与低温》2025年第3期

362 真空与低温 第 31 卷 第 3 期

2 性能测试 正弦振动的试验条件为三轴向 13.5g@25~100 Hz，
随机振动的试验条件为三轴向总方均根加速度
灯丝的发射性能测试主要在自制的真空测试
14.8 g rms ，功率谱密度为 0.084g Hz @500~1 500 Hz，
2
−1
腔体中完成。在完成灯丝的制备和焊接之后，将灯
冲击试验的条件为三轴向 1 000g@400~3 000 Hz。
丝通过法兰安装到真空测试腔体中，测试的压力
热冲击试验的条件为±110 ℃ 测试重复 500 次，维
−3
为 2×10 ~1×10 Pa。将灯丝的两端连接到直流稳
−5
持时间为 5 min，灯丝未焊接、未加电。
压电源上，然后将收集极连接到另一个电源上，并
使两个稳压电源共地。通过灯丝两端的电源加热 3 测试结果及分析讨论

灯丝，在收集极上施加正偏压以收集灯丝的发射电 3.1 螺旋灯丝的发射能力
流。本文中灯丝的收集电压均为 100 V。灯丝测温 热发射灯丝的发射能力和温度正相关，使用寿
的设备选用红外热像仪，可以通过测量灯丝工作时 命和温度负相关。因此，需要在同等温度下对比灯
的热辐射谱线推算灯丝的工作温度。考虑到灯丝 丝的性能。对直径为 0.15 mm、圈数分别为 8 圈和
的表面为绝缘的氧化钇材料，材料的发射系数被设 18 圈的螺旋灯丝进行了温度测试。图 3（a）展示了
定为 0.9。温度读数选取热像仪中灯丝选区的最大 一个 18 圈灯丝在工作状态下的红外测温图像，图
值。航天环模试验在中国科学院国家空间科学中 中发白的区域为温度最高的发射面，可以看出整个
心可靠性与环境试验中心完成，分别进行了正弦振 灯丝除最边上的 2 圈之外，其余位置的温度比较
动、随机振动、冲击试验以及热冲击试验。其中， 均匀。

1 600
1 550
1 550
温度/℃ 1 450
1 400
1 350
1 300
8 圈
1 250 18 圈
1 200
4 6 8 10 12
功率/W
（a）铱-氧化钇灯丝在工作状态下的红外影像 （b）8 圈/18 圈灯丝温度随加热功率的变化曲线
5.0 250
60
8 圈 1 550 ℃ 灯丝电流
18 圈 发射电流
50 4.8 200
发射电流/mA 40 1 450 ℃ 灯丝电流/A 4.6 150 发射电流/mA
1 500 ℃
30
4.4
100
20
收集极电压
10 4.2 50
200 V
0
4.0 0
3 4 5 6 7 8 9 10 5.5 6.0
功率/W 灯丝电压/V
（c）8 圈/18 圈灯丝的发射电流随加热功率的变化曲线 （d）直径 0.29 mm 的螺旋灯丝的总发射电流随加热电压的变化曲线

图 3 螺旋灯丝的发射能力测试
Fig. 3 The emission performance of spiral filaments

改变两个灯丝的加热功率，从图像中提取了灯 丝表面的温度范围在 1 200～1 600 °C 之间。达到同
丝表面的温度，如图 3（b）所示。可以看出，从开始 样的工作温度时，8 圈灯丝所需的功耗更低。图 3（c）
发射电子到发射电流到达到较高的发射性能时，灯 是 8 圈灯丝和 18 圈灯丝的发射电流随加热功率的