Генератор униполярных комбинированных разрядов

 

ГЕНЕРАТОР УНИПОЛЯРШХ kOMБИНИЕЮВАННЫХ РАЗРЯДОВ, содержаишй ПО 1файней мере два искровых зар5здно-Нразрядных контура соответственно с меньшей и с большей разрядными индуктйвностями, каждый из которых образован емкостным на«гопнтелем и ЩЩ общими для них импульсным источником питания и последовательно включенными разрядником-излучателем и индукг тивностью поджига, и пороиовый формирователь импульсов, соединенный с выводом катушки индуктивности поджига , при этом контур с большей разрядной индуктивностью содержиткатушку индуктивности, включенную последовательно с емкостным накопителем этого контура, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эффективности возбуждения спектра и расширения функциональных возможностей , он снабжен дополнительным noporoKJM формирователем импульсов и двумя управляемыми ключами, один из которых включен в разрядный контур с меньшей индуктивностью, а другой - в разрядный контур с большей индуктивностью, при этом вход «аж- j дого фор1шрователя соединен с емкост-1 тал накопителем контура с большей g разрядной индуктивностью, а выход с у правляющим входом соответствующего у правляемогЬ ключа.

09) (30

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (д) Н 03 К 3 53

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ .ИЗОБРЕТЕНИЯ:.,. ц

H ABTopcK0Nlv ОВидетельстну

4 (21 ) 3373156/18-21 (22) 29.12.81 (46) 07.06.83. Бюп. В 21 (72) В» Н. Кудюкин, А. Н. дубровин, Ю. A. Снигирев и Л. Ф. Эрнандес (53) 621.373(088..8) (56) 1. Буравлев Ю. N. и др. Спект, ральный анализ металлов и сплавов.

Киев, "Техника", 1976, с. 108, рис. 75 в.

2. Авторское свидетельство СССР

411315, кл. G 01 J 3/02, 1974.

3. Резчиков В.. Г.; Рудневскнй Н.К. и Усватов .В. A. Спектральный анализ сталей с применением комбинированного разряда. — "журнал прикладной спектроскопии". Минск, 1978, XXYItI, вып. 2, с. 197-199. (54)(57) ГЕНЕРАТОР..УНИПОЛЯРНЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ РАЗРЯДОВ, содержащий

rio крайней мере два искровых заряд-но-разрядных контура соответственно с меньшей и с большей разрядныье индуктивностями, каждый из которых образован емкостным накопителем и

Х обшими питания и последовательно включенны- г ми разрядником-излучателем и индук-, тивностью поджига, и пороговый Формирователь импульсов, соединенный с выводом катушки индуктивности 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 форва рователем импульсов и двумя управляемыми ключами, один Е

Ф из которых включен в разрядный контур с меньшей индуктивностью, а дру- гой — в разрядный контур с большей индуктивностью, при этом вход каждого формирователя соединен с емкост-1 ньве накопителем контура с.большей разрядной индуктивностью, а выходс управляюшим входом соответствующего управляемого ключа.

1022301

Изобретение относится к импульсвой технике, .а именно к генераторам электрических разрядов, используе«ых в качестве источииков возбуждения эмиссионных оптических спектров, и может найти применение в металлургической, горнорудной, машиностроительной, химической и других отраслях прожиапенности при спектральном анализе химического состава различных металлов, а также в приборостроении.

Известен генератор комбинированных импульсно-.дуговых разрядов, содержащий дуговой и искровой разрядный

I контуры с общими разрядником-иэлуча- 15 телем и индуктивностью поджига, конденсатор, управляемый вентиль в контуре искрового разряда и вентиль разрядного тока в дуговом контуре, причем катод управляемого вентиля . 20 соединен с положительным электродом дуги, а анод - с положительной обкладкой конденсатора $ 1).

Недостатком известного генератора является зависимость результатов 25 анализа от состава, свойств массы и конфигурации анализируемого образца вследствие наличия в комбинированном импульсе дугового разряда, . который может вызывать перегрев анализируемого образца и развитие в

3 анализируемой зоне процессов селективного поступления примесей в плаз-,: му комбинированного разряда.

Поэтому более перспективны генераторы комбинированных разрядов, обеспечивающие суперпоэицию двух искровых разрядов в общем разряднике-излучателе.

Известен также генератор униполярных комбинированных разрядов, 40 содержащий два искровых разрядных контура с общим разрядником-излучателем и емкостными накопителями, один иэ которых соединен с источником переменного напряжения, а дру- 45 гой - с источником униполярного напряжения, блок поджига и блок управления,поджигом.

Индуктивность одного из разрядных контуров меньше другого, что обеспечивает суперпоэицию "жесткого" и

"мягкого" искровых разрядов. При этом вначале образуется "жесткая" фаза комбинированного разряда (2) °

Недостатком известного генератора является узкий диапазон независимого регулирования параметров каждого разрядного контура вследствие необходимости выполнения условия 3< Ъ Ц, где « - мгновенное значение тока 60 апериодического разряда в контуре с большей индуктивностью, а Й - со ответствующее 3g максимальное значение тока в обратной полуволне

"жесткого" колебательного искрового 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 форми 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-разрядных контура с меньшей и с большей разрядньми индуктивностями, каждый из которых образован емкостным накопителем и общими для них импульсным источником питания накопителей и последовательно включенными разрядникомизлучателем и индуктивностью поджига, и пороговый формирователь импульсов f3).

В известном генараторе электрический пробой разрядника-излучателя искрой.:иоджига вызывает одновременное начало разряда через него емкостных накопителей обоих контуров. При 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 интенсивности этого спектра от. структуры и физико-химических свойств образца при воздействии

"жесткой" фазы разряда на твердую поверхность анализируемой эоны образца и пониженной скоростью поступления анализируемых элементов в плазму разряда из твердой анализируемой зоные

Кроме того, s известном генераторе частота комбинированных разрядов не превышает сетевой частоты, что ограничивает использование его при экспрессном определении химическогр состава материалов.

1022301

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 расэм- . рение Функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что генератор униполярных комбинированных разрядов, содержащий по крайней мере два искровых зарядно-разрядных контура соответственно с меньшей и с большей разрядными индуктивностями, каждый из которых образован ем-15 костным 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 раз:рядной индуктивностью содержит катушку индуктивности, включенную по- 25 следовательно с емкостным накопителем этого контура, снабжен дополнительным пороговым Формирователем им-. пульсов и двумя. управляемыми ключами, один из которых включен в разря - » ный контур с меньшей 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 выход - 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 трудновозбудимых элементов, в качестве ключевого элемента. упРавляемого клю- 45 ча контура с меньшей разрядной индуктивностью использован электрический разрядник.

На Фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого генератора, на фиг. 2эпюры разрядного тока в раэрядникеизлучателе.

Генератор имеет два искровых варядно-разрядных контура с меньшей и большей разрядными индуктивностями б

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 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 уцравляеьияй 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>" а выходыс 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, имеющие определенный порог .отпускания (срабатывания). К клеммам 14 и 15 формирователей 10 и 13 подведены соответствующие опорные напряжения 0„ и 0,,равные напряжению порога срабатыва», ния их.

Гля обеспечения повышенной мощ- ,ности разрядных импульсов. при возбуждении спектра трудновозбудивых элементов управляемый ключ 11 содержит в качестве ключевого элемента электрический разрядник. При меньшей мощности разрядных импульсов в качестве ключа 11 может быть использована, например, тиристорная схема.

Генератор работает следующим образом.

В исходном состоянии импульсный источник питания подключен. к питающей 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 U, а Форвырователь 13 - на напряжение порога отпускания U< . Величины напряжений Ю„ и 0 должны быть выбраны из условий: с 0 (»)

0,1 Ф. w.1, (2) обеспечивающих сдвиг начала "жесткой" фазы разряда относительно начала комбинированного разрядного импульса.

Импульсный источник 7 питания отрегулирован на заряд накопителей

1 и 3 с заданной частотой до заданного напряжения U>, для.нормальной работы генератора величины напряжений. 0„ и U> должны быть выбраны из условия

1 — IO 0 (w»

Qq г

1022301

При включении импульсного источника

7 питания накопители 1 и 3 заряжаются через вентили 5 и б импульсом разрядного тока источника 7 до напряжения U> . В момент паузы после окончания зарядного импульса напряжение на накопителе 3 понижается вследствие разряда через его разрядный элемент на входе формирователя. Когда напряжение на накопителе 3 достигнет напряжения U< порога срабатывания фор- 10 мирователя 10, выходной импульс последнего поступит на вход ключа 12 и откроет его. Одновременно этот импульс поступит на индуктивность 9 поджига, что обеспечит пробой раз- 15 рядника-излучателя 8 маломощной высоковольтной 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 расплавление анализируемой эоны.

По мере разряда накопителя 3 на пряжение на входе формирователя 13 понижается. Когда оно достигнет напряжения 0 порога отпускания формирователя 13, на выходе последнего появится импульс, который откроет

11 °

Накопитель 1, заряженный до напряжения U> после открытия ключа

11, разрядится через последний, вентиль 2 и плазму "мягкой" фазы комбинированного импульса в разряднике-излучателе 8. .35

Разрядник накопителя 1 формирует

"жесткую" фазу комбинированного импульса в разряднике-излучателе 8.

По окончании разряда накопителей

1 и 3 разрядный ток в разряднике- 40 излучателе 8 прекращается, что приводит к закрытию ключей 11 и 12.

Через промежуток времени, определяемый заданной частотой и скважностью комбинированных разрядов, импульсный 45 источник 7 питания вновь зарядит накопители 1 и 3. Цикл работы генератора будет повторяться до автоматического отключения источника 7 питания после достижения заданного числа импульсов "обжига" и "экспо« зиции" комбинированных разрядов. .В генераторе "жесткая" фаза искрового разряда возникает после образования "мягкой" Фазы, причем Величина сдвига начала "жесткой" Фазы относительно качала "мягкой" (нача« ла комбинированного импульса) целиком определяется величиной отношеU нйя напряжений -1- порогов срабаты" из вания формирователей 10 и 13. Величина сдвига может быть оптимально отрегулирована путем соответствующих экспериментов при разработке методик анализов.

На фиг. 2а и д даны в качестве примера эпюры разрядного тока комбинированного импульса в раэрядникеизлучателе при двух различных длительностях "мягкой" фазы, заданных . соответственно двумя значениями U./U .

На фиг. 2 обозначены: длительность 6 начал ной "мягкой" фазы комбинированного импульса, длительность 6 "жесткой" фазы комбинированного импульса, длительность (» комбинированного иМпульса.

При оптимальном соотношении U„ /U а следовательно, при оптимальном сдвиге начала "жесткой" фазы относительно начала комбинированного импульса, повышается эффективность возбуждения ее спектра. Это объясняется тем, что в момент возникновения "жесткой" фазы в разряднике-излучателе уже существует плазма "мягкой" фазы, в бОльшей степени обогащенная анализируемыми парами .вещества, а "жесткая" фаза разряда воздействует на расплавленную "мягкой" фазой анализируемую зону образца, а не на твердую, как у прототипа. (Поэтому энергия "жесткой" фазы расходуется эффективно, так как, в основном, идет на возбуждение паров.

Кроме того, воздействие "жесткой" фазы на поверхность анализируемой эоны в состоянии расплавления ее

"мягкой" фазой искрового разряда снижает влияние структуры на точность анализов.

Таким образом, предлагаемый генератор повышает эффективность возбуждения спектров "жесткой" Фазы, особенно трудновозбудимых элементов, и снижает влияние структуры, что увеличивает соответственно чувствительность и точность анализов.

Кроме того, он обеспечивает более широкий диапазон частот разряда, регулировку и точную установку относительного заданного сдвига

"мягкой" и "жесткой" фаз искрового разряда независимо от выбранных параметров разрядных контуров и нали» чия информации о длительностях разрядов, составляищйх комбинированный.

Указанные преимущества генерато ра существенно расширяют его аналитические возможности.

102230 1

Составитель В. Еазакоз

Редактор А. Лежнина Техред A.Вабииец Корректор О. Билак ю» ю»»ю» е

Заказ 406 3/48 Тираж 936 Подписное

БНиИПИ Государственного койитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, москва, ж-35,. Рауыская иаб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, Ул. Проектная, 4