Генератор униполярных комбинированных разрядов

. ДубровинрнандесСпекти авов др. 108 ьство СССР2 ф 1974дневский Н. К. ьный анализбинированприкладной978, аП ,УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ПИСАНИЕ ИЗОБР(54)(57) ГЕНЕРАТОР. УНИПОЛЯРНЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ РАЗРЯДОВ, .содержащий по крайней мере два искровых заряд- но-разрядных контура соответственно с меньшей и с большей разрядиюв иидуктивностями, каждый из которых образован емкостным ндмопителем иХ общими для них импульсным источником питания и последовательно включенными разрядником-излучателем и индук-, тнвностью поджига, и пороговый Формирователь импульсов, соединенный с выводом катушки индуктнвности поджига, при этом контур с большей разрядной индуктивностью содержит катушку индуктивности, включенную последовательно с емкостным накопителем этого контура, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повыаения эффективности возбуждения спектра и расширения Функциональных возможностей, он снабжен дополнительным пороговым Форьщрователем импульсов и двумя управляемыми ключами, одинФ из которых включен в разрядный контур с меньшей индуктивностью, а дру-гой - в разрядный контур с большей индуктивностью, прн этом вход каж- :( дого Формирователя соединен с емкостныл накопителем контура с большей разрядной индуктивностью, а выходс управлякзцим входом соответствующего управляемого ключа.Изобретение относится к импульсвой технике, .а именно к генераторам электрических разрядов, используемых в качестве источииков возбуждения эмиссионных оптических спектров, и может найти применение в металлургической, горнорудной, машиностроительной, химической и другихотраслях прожаапенности при спектральном анализе химического составаразличных металлов, а также в прибо Оростроении.Известен генератор комбинированныхимпульсно-.дуговых разрядов, содержащий дуговой и искровой разрядныйконтуры с общими разрядником-иэлучателем и индуктивностью поджига,кОнденсатор, управляемый вентиль вконтуре искрового разряда и вентильразрядного тока в дуговом контуре,причем катод управляемого вентиля 20соединен с положительным электродомдуги, а анод - с положительной обкладкой конденсатора1.Недостатком известного генератораявляется зависимость результатов 25анализа от состава, свойств массыи конфигурации анализируемого образца вследствие наличия в комбинированном импульсе дугового разряда,который может вызывать перегрев анализируемого образца и развитие в3анализируемой зоне процессов селективного поступления примесей в плаз-;му комбинированного разряда.Поэтому более перспективны генераторы комбинированных разрядов,обеспечивающие суперпоэицию двухискровых разрядов в общем разряднике-излучателе.Известен также генератор униполярных комбинированных разрядов, 40содержащий два искровых разрядных .контура с общим разрядником-излучателем и емкостными накопителями,один иэ которых соединен с источником переменного напряжения, а другой - с источником униполярногонапряжения, блок поджига и блок управления,поджигом.сИндуктивность одного из разрядныхконтуров меньше другого, что обеспечивает суперпоэицию "жесткого" и"мягкого" искровых разрядов. Приэтом вначале образуется жесткая"фаза комбинированного разряда 2Недостатком известного генератораявляется узкий диапазон независимогорегулирования параметров каждогоразрядного контура вследствие необходимости выполнения условия 3 Ъ 3где 3 - мгновенное значение тока 60апериодического разряда в контурес большей индуктивностью, а 3 - соответствующее З максимальное значение тока в обратной полуволне"жесткого" колебательного искрового 65 разряда в контуре с меньшей индуктивностью. Указанная причина приводит к снижению аналитических возможностей генератора.Кроме того, известный генератор имеет пониженные точность и эффективность возбуждения трудновозбудимых элементов вследствие нестабильности формю и амплитуды тока хвостовой части колебательного разряда и ограничения максимальной амплитуды его разрядного тока сопротивлением контура.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является . генератор униполярных комбинированных разрядов, содержащий по. крайней мере два искровых эарядно-разрядныхконтура с меньшей и с большей разрядньми индуктивностями, каждый из которых образован емкостным накопителем и общими для них импульсным источником питания накопителей и последовательно включенными разрядником- излучателем и индуктивностью поджига, и пороговый формирователь импульсов 33.В известном генараторе электрический пробой разрядника-излучателя искрой.:иоджига вызывает одновременное начало разряда через него емкостных накопителей обоих контуровПри этом вначале возникает "жесткая" Фаза искрового апериодического раз,- ряда с высокой скоростью нарастания и амплитудой разрядного тока, который воздействует на твердую поверхность образца, а сразу после ее окончания - "мягкая" фаза искрового апериодического разряда с меньшей амплитудой разрядного тока и большей длительностью, обусловленная разрядом накопителя контура с большей индуктивностью, Суперпозиция разрядов накопителей создает комбинированный импульс, частота следования которого в известном генераторе определяется частотой сетевого напряжения. Однако известный генератор имеет низкую эффективность возбуждения спектра "жесткой" Фазы, обусловленную зависимостью интенсивностиф этого спектра от структуры и физико-химических свойств обраэцапри воздействии"жесткойф фазы разряда на твердуюповерхность анализируемой эоны образца и пониженной скоростью поступления айализируемых элементов в плазмуразряда из твердой анализируемой зоныеКроме того, в известном генераторе частота комбинированных разрядов не превышает сетевой частоты, что ограничивает использование его при экспрессном определении химическогр состава материалов.Укаэанные причины приводят к сужению аналитических возможностей.Цель изобретения - повышение эфФективности .возбуждения спектра путем обеспечения электронно-регулиру. емого сдвига "жесткой" Фазы комбинированного импульса искрового разряда относительно этого импульса и расамрение функциональных возможностей,Поставленная цель достигается тем, что генератор униполярных комбиниро ванных разрядов, содержащий по крайней мере два искровых зарядно-разрядных контура соответственно с меныаей и с большей разрядными индуктивностями, каждый из которых образован емкостным накопителем и общими для них . импульсным источником питания накопителей.и последовательно включенными разрядником-излучателем и индуктивностью поджига, и пороговый Фор- д мирователь импульсов, соединенный с выводом катушки индуктивности поджига, при этом контур с большей разрядной индуктивностью содержит катушку индуктивности, включенную по следовательно с емкостным накопителем этого контура, снабжен дополнительным пороговым Формирователем им-, пульсов и двумя. управляемзми ключа" ми, один из которых включен в разря 1- ный контур с меныаей индуктивностью, а другой - в разрядный контур с большей индуктивностью, при этом вход каждого формирователя соединен с емкостным накопителем контура с боль-шей разрядной индуктивностью, а вы" ход - с управляющим входом соответствующего управляемого ключа.Чувствительный элемент каждого формирователя выполнен в виде элект-. ромагнитного реле, имеющего порог 40 отпускания. С целью обеспечения повьааенной мощности разрядных импульсов при возбуждении спектра трудно- возбудимых элементов, в качестве ключевого элемента. управляемого клю ча контура с меньшей разрядной индуктивностью использован электрический разрядник.На Фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого генератора, на фиг. 2- эпюры разрядного тока в раэрядникеизлучателе.Генератор имеет два искровых варядно-разрядных контура с меньшей и большей разрядными индуктивнос" .тями.Контур с меньшей индуктивностью содержит емкостйой накокитель 1 и вентиль 2 разрядного тока, а контур с большей разрядной индуктивностью - 60 емкостной накопитель 3 и регулируемую разрядную индуктивность 4.В цепь заряда накопителей 1 и 3 включены вентили 5 и 6 зарядного тока. Контуры содержат также общие . 65 для них импульсный источник 7 питания и последовательно соедйненные разрядник-излучатель 8 и индуктивность 9 поджига, которая соединена с пороговым Формирователем 10 импульсов.В разрядный контур с меньшей индуктивностью включен уцравляеьщй ключ 11, а в разрядный контур с большей индуктивностью - управляемый ключ 12.Генератор снабжен дополнительным Формирователем 13 импульсов. Входы Формирователей 10 и 13 соединены с емкостным накопителем 3; авыходыс управляющим входом соответствующих управляемых ключей. 11 и 12. При этом .по крайней мере на входе одного из Формирователей 10 и 13 включен элемент разряда накопителя. На входе формирователей 10 и 13 установлены чувствительные элементы, имеющиеопределенный порог .отпускания (срабатывания). К клеммам 14 и 15 форми" рователей 10 и 13 подведены соответствующие опорные напряжения О и О, :равные напряжению порога срабатыва , ния их.Гля обеспечения повышенной мощ- ,ности разрядных импульсов. при возбуждении спектра трудновозбудюых элементов управляемый ключ 11 содержит в качестве ключевого элементаэлектрический разрядник. При меньшей мощности разрядных импульсовв качестве клю 4 а 11 может быть использована, например, тиристорная схема.Генератор работает следующим образом.В исходном состоянии импульсный источник питания подключен к пита- щей сети (но не включен), управляемые ключи 11 и 12 закрыты, напряжения на накопителях 1 и 3 равны нулю. Формирователь 10 отрегулирован на напряжение порога отпускания Оа, а Форвщрователь 13 - на напряжение порога отпускания О . Величины напряжений Ю и О должны быть выбраны из условий:О, с О0,1 Ф.1, (2) обеспечивающих сдвиг начала фжесткойф фазы разряда относительно начала комбинированного разрядного импульса.Импульсный источник 7 питания отрегулирован на заряд накопителей 1 и 3 с заданной частотой до заданного напряжения О.Зля нормальной работы генератора величины напряжений. О и О должныбыть выбраны из условияъ 0 0 (МО ФПри включении импульсного источника7 питания накопители 1 и 3 заряжаются через вентили 5 и б импульсом разрядного тока источника 7 до напряжения О . В момент паузы после окончания зарядного импульса напряжениена накопителе 3 понижается вследствиеразряда через его разрядный элементна входе формирователя. Когда напряжение на накопителе 3 достигнет напряжения О порога срабатывания формирователя 10, выходной импульс последнего поступит на вход ключа 12и откроет его. Одновременно этот импульс поступит на индуктивность 9поджига, что обеспечит пробой разрядника-излучателя 8 маломощной вы"соковольтной искрой поджига и разряд накопителя 3 через нега, открытый ключ 12 и индуктивность 4.Разряд накопителя 3 создает "мягкую" фазу комбинированного импульса,при которой возможно расплавлениеанализируемой эоны.По мере разряда накопителя 3 напряжение на входе Формирователя 13понижается, Когда оно достигнет напряжения О порога отпускания Формирователя 13, на выходе последнегопоявится импульс, который откроетключ 11Накопитель 1, заряженный до напряжения О, после открытия ключа11, разрядится через последний,вентиль 2 и плазму фмягкой 1 фазыкомбинированного импульса в разряднике-излучателе 8. 35Разрядник накопителя 1 формирует"жесткую" фазу комбинированного импульса в разряднике-излучателе 8.По окончании разряда накопителей1 и 3 разрядный ток в разряднике" 40излучателе 8 прекращается, что приводит к закрытию ключей 11 и 12.Через промежуток времени, определяемый заданной частотой и скважностьюкомбинированных разрядов, импульсный 45источник 7 питания вновь зарядит накопители 1 и 3. Цикл работы генератора будет повторяться до автоматического отключения источника 7 питания после достижения заданногочисла импульсов "обжигаф и фэкспозицииф комбинированных разрядов..В генераторе жесткая" фаза ис"крового разряда возникает после образования "мягкой" Фазы, причем величина сдвига начала фжесткойф Фазы.относительно качала "мягкой" (начала комбинированного импульса) целиком определяется величиной отношеОнйя напряжений -1- порогов срабаты"Оз вания формирователей 10 и 13. Величина сдвига может быть оптимально отрегулирована путем соответствующих экспериментов при разработке методик анализов.На фиг. 2 о и д даны в качестве примера эпюры разрядного тока комбинированного импульса в раэрядникеизлучателе при двух различных длительностях "мягкой" фазы, заданных . соответственно двумя значениями О,/О .На фиг. 2 обозначены:длительность 6 началной "мягкой" фазы комбинированного импульса,длительность 6 "жесткой" Фазы комбинированного импульса, длительность6 комбинированного иМпульса.При оптимальном соотношении О /О,а следовательно, при оптимальномсдвиге начала "жесткой" фазы относительно начала комбинированного импульса, повышается эффективность возбуждения ее спектра. Это обаясняетсятем, что в момент возникновения "жесткойф фазы в разряднике-излучателеуже существует плазма "мягкойф Фазы,в бОлыаей степени обогащенная анализируемыми парами вещества, а "жесткая" Фаза разряда воздействует нарасплавленную "мягкой" фазой анализируемую зону образца, а не на твердую,как у прототипа.(Поэтому энергия "жесткой" фазырасходуется эффективно, так как,в основном, идет на возбуждение паров,Кроме того, воздействие фжесткойффазы на поверхность анализируемойэоны в состоянии расплавления ее"мягкой" фазой искрового разрядаснижает влияние структуры на точность анализов,Таким образом, предлагаемый генератор повышает эффективность возбуждения спектров нежесткой" Фазы,особенно трудновозбудимых элементов,и снижает влияние структуры, чтоувеличивает соответственно чувствительность и точность анализов. Кроме того, он обеспечивает более широкий диапазон частот разряда, регулировку и точную установку относительного заданного сдвига фмягкойф и "жесткой" фаз искрового разряда независимо от выбранных паРаметров разрядных контуров и нали чия информави о длительностях разрядов, составляшах комбинированный.Указанные преимущества генерато ра существенно расширяют его аналитические возможности,102230 1 Фмр Вил ЮЮ ЮЮЮ ЮЮ Ю исное 4 ая, 4 иал ППП "Патен город, Ул. Пр Уж Составителедактор А, Лежнина Техред А. аказ 406 3/48 Тираж. 93 б ВННИПК Государственного по делам изобретений 113035, Москва, ЖРаУыв. казакозбинец Корре комитета СССРоткрытий.скан наб., дЮЮЮ