Генератор униполярных комбинированных разрядов Советский патент 1983 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к генераторам электрических разрядов, используемых в качестве источников возбуждения эмиссионных оптических спектров, и может найти применение в металлургической, горнорудной, машиностроительной, химической и других отрарлях прО1 лшленности при спектральном анализе химического состава различных металлов, а также в приборостроенИИ.

Известен генератор комбинированны импульсно-дуговых разрядов, содержащий дуговой и искровой разрядный |Контуры с общими разрядником-излучателем и индуктивностью поджига, конденсатор, управляемый вентиль в контуре искрового разряда и вентиль разрядного тока в дуговом контуре, причем катод управляемого вентиля соединен с положительным электродом дуги, а анод - с положительной обкладкой конденсатора .

Недостатком известного генератора является зависимость результатов анализа от состава, свойств массы и конфигурации ангшизиручмого образца вследствие наличия в комбинированном импульсе дугового разряда, который может вызывать перегрев анализируемого образца и развитие в анализируемой зоне процессов селективного поступления примесей в плазму комбинированного разряда.

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

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

Индуктивность одного из разрядных контуров меньше другого, что обеспечивает суперпозицию 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 U 3 где 3 - мгновенное значение тока апериодического разряда в контуре с большей индуктивностью, а 3 - со ответствующее D-i максимальное значение тока в обратной полуволне жесткого колебательного искровохю

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 формы 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 зарядно-разрядных контура с меньшей и с большей разряднь ми 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 з.

В известном генараторе электрический пробой разрядника-излучателя искрой..поджига вызывает одновременное начало разряда через него емкостных накопителей обоих контуров. При этом вначале возникает жесткая фаза искрового апериодического рааряда 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-хикических свойств образца при воздействи жесткой фазы разряда на твердую поверхность ангшизируемой зоны образца и пониженной скоростью поступления анализируемых элементов в плазму разряда из твердой анализируемой зоны.;

Кроме того, в известном генераторе частота комбинированных разрядов не превышает сетерой частоты, что ограничивает использование его при экспрессном определении химического состава материалов. Указанные причины приводят к сужению аналитических возможностей. Цель изобретения - повышение эффективности возбуждения спектра путем обеспечения электронно-регулиру емого сдвига жесткой фазы комбини рованного импульса искрового разряд относительно этого импульса и расии рение функциональных возможностей. Поставленная цель достигается те что генератор униполярных комбиниро ванных разрядов, содержащий по край ней мере два искровых зарядно-разря ных контура соответственно с меньше и с большей разрядными индуктивностями, каждый из которых образован е костным накопителем и общими для ни импульсным источником питания накопителей и последовательно включенны ми разрядником-излучателем и индуктивностью поджига, и пороговый форкофователь импульсов, соединенный с выводом катушки индуктивности под жига, при этом контур с большей раз рядной индуктивностью содержит катушку индуктивности, включенную последовательно с емкостным накопителем этого контура, снабжен дополнительным пороговым формирователем им пульсов и двумя: управляемыми ключами, один из которых включен в разряд ный контур с мё ньшей индуктивностью а другой - в разрядный контур с бол шей индуктивностью, при этом вход каждого формирователя соединен с ем костным накопителем контура с большей разрядной индуктивностью, а выход - с управляющим входом соответствующего управляемого ключа. Чувствительный элемент каждого формирователя выполнен в виде элект ромагнитного реле, имеющего порог отпускания, С целью обеспечения повышенной мощности разрядных импульсов при возбуждении спектра трудновозбудимых элементов, в качестве ключевого элемента управляемого клю ча контура с меньшей разрядной индуктивностью использован злектрический разрядник. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого генератора, на фиг. 2 эпюры разрядного тока в разрядникеизлучателе. Генератор имеет два искровых варядно-разрядных контура с ьюньшей и большей разрядными индуктивнос.тями. : Контур с меньшей индуктивностью содержит емкостной накопитель 1 и вентиль 2 разрядного тока, а контур с большей разрядной индуктивностью 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 для них импульсный источник 7 питания и последовательно соединенные разрядник-излучатель 8 и индуктивность 9 поджига, которая соединена с пороговым формирователем 10 импульсов. . В разр.ядный контур с меньшей индуктивностью включен управляемый ключ 11, а в разрядный контур с большей индуктивность;Ю - управляемый ключ 12. Генератор снабжен дополнительным формирователем 13 импульсов. Входы фор1 рователей 10 и 13 соединены с емкостным накопителем 3, а выходы с управляющим в.ходом 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 форьгарователей 10 и 13 установлены чувствительные элементы, имеющие определенный порог отпускания (срабатывания) . К клеммам 14 и 15 формирователей 10 и 13 подведены соответствующие опорные напряжения II, и и, равные напряжению порога срабатывания их. Для обеспечения повышенной мощности разрядных импульсов, при возбуждении спектра трудновозбудимых элементов управляемый ключ 11 содержит в качестве ключевого элемента электрический разрйдник. При меньшей мощности разрядных импульсов в качестве клю 11 может быть использована, например, тиристорная схема. Генератор работает следукядим образсял. 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 Ц« а формирователь 13 - на напряжение порога отпускания U. Величины напряжений 11 и U должны выбраны из условий: o, V. 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 нап1М жения U;. Для нормальной работы генератора величины напряжений. U . и и должны Шть выбраны из условия 1,,о,) (г) При вк.люче«ии импульсного источника 7 питания накопители 1 и 3 заряжают ся через вентили 5 и 6 импульсом ра рядного тока источника 7 до напряже ния и. В момент паузы после оконча ния зарядного импульса напряжение на накопителе 3 понижается вследств разряда через его разрядный элемент на входе формирователя. Когда напря жение на накопителе 3 достигнет напряжения и порога срабатывания фор мирователя 10, выходной импульс пос леднего поступит на вход ключа 12 и откроет его. Одновременно этот им пульс поступит на индуктивность 9 поджига, что обеспечит пробой разрядника-излучателя 8 маломощной высоковольтной искрой поджига и разряд накопителя 3 через него, открытый ключ 12 и индуктивность 4, Разряд накопителя 3 создает мяг кую фазу комбинированного импульса при которой возможно расплавление анализируемой зоны. По мере разряда накопителя 3 на пряжение на входе формирователя 13 понижается. Когда оно достигнет напряжения и-) порога отпускандия формирователя 13, на выходе последнего появится импульс, который откроет ключ 11. Накопитель 1, заряженный до напряжения и, после открытия ключа 11, разрядится через последний, вентиль 2 и плазму мягкой фазы комбинированного импульса в разряднике-излучателе 8. Разрядник накопителя 1 формирует жесткую фазу комбинированного импульса в разряднике-излучателе 8. По окончании разряда накопителей 1 и 3 разрядный ток в разрядникеизлучателе 8 прекращается, что приводит к закрытию ключей 11 и 12. Через промежуток времени, определяемый заданной частотой и скважность комбинированных разрядов, импульсны источник 7 питания вновь зарядит на копители 1 и 3. Цикл работы генератора будет повторяться до автоматического отключения источника 7 питания после достижения заданного числа импульсов обжига и экспозиции комбинированных разрядов. В генераторе жесткая фаза искрового разряда возникает после образования мягкой фазы, причем величина сдвига начала жесткой фазы относительно начала мягкой (начала комбинированного импульса) целиком ощ еделяется величиной отношеНИИ напряжений гг порогов срабатыUaвания формирователей 10 и 13. Величина сдвига может быть оптимально отрегулирована путем соответствующих экспериментов при разработке методик анализов. На фиг. 2а и ff даны в качестве примера эпюры разрядного тока комбинированного импульса в разрядникеизлучателе при .двух различных длительностях мягкой фазы, заданных соответственно двумя значениями . На фиг. 2 обозначены: длительность G начальной мягкой фазы комбинированного импульса, длительность жесткой фазы комбинированного импульса, длительность 6 комбинированного импульса. При оптимальном соотношении , 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 обогащённая 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 зоны 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 ан.гшизов. 1фомв того, о« обеспечивает более широкий диапазон частот разряда, регулировку и точную установку относительного заданного сдвига мягкой и жесткой фаз Искрового разряда независимо от выбргшных параметров разрядных контуров и наличия информации о длительностях разрядов, составляющих ксхмбинированный. Указанные преимущества генератора существенно расширяют его аналитические возможности.

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.