источник света для спектрального анализа

Формула изобретения

Источник света для спектрального анализа, включающий генератор, усилитель, конденсатор, трансформатор, электрод-индуктор, центральный электрод с осевым отверстием, отличающийся тем, что усилитель через согласующее устройство охватывается цепью отрицательной обратной связи по току, кроме того, дуга и первичная обмотка трансформатора включены последовательно, а индуктор подключен к вторичной обмотке этого же трансформатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано для получения эмиссионных спектров.

Известен источник света для спектрального анализа [SU 134770, кл. G01J 3/10, 01.01.61], отличающийся тем, что с целью обеспечения высокой точности анализа он выполнен в виде питаемого постоянным током плазмотрона, анод которого имеет отверстие, в которое набивается порошкообразное анализируемое вещество, или изготовлен из анализируемого металла.

Недостатком описываемого аналога является то, что при анализе непроводящих веществ, из которых нельзя изготовить электрод, возникает большая ошибка измерения, т.к. в результате эрозии металлического электрода спектр содержит много линий, мешающих анализу. Эрозия электродов при питании дуги постоянным током превышает 10^-9 кг/Кл. Это связано с тем, что электродное пятно, в котором выделяется до 30% энергии дуги, интенсивно разрушает поверхность электрода.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является источник света для спектрального анализа [SU 1654677, кл. G01J 3/10, 07.06.91]. Источник света содержит центральный электрод, который выполнен в виде охлаждаемого водой цилиндра, имеющего осевое отверстие, наполняемое анализируемым веществом, и внешний электрод, охлаждаемый водой. Внешний электрод выполнен в виде одновиткового индуктора и соединен с вторичной обмоткой понижающего трансформатора, первичная обмотка которого, выход усилителя и конденсатор соединены последовательно, а центральный электрод, выход другого усилителя, другой конденсатор и катушка индуктивности также соединены последовательно, причем вход одного усилителя соединен с выходом фазовращателя, вход которого соединен с выходом того же генератора.

Недостатком прототипа является наличие ошибки измерения, связанной с отсутствием стабилизации фазового сдвига на 180° между током дуги и током индуктора, а также отсутствием стабилизации величины тока дуги и тока индуктора.

Техническим результатом изобретения является повышение точности анализа за счет стабилизации фазового сдвига на 180° между током дуги и током индуктора и стабилизации величины тока дуги и тока индуктора.

Указанный технический результат достигается тем, что в схему источника света, состоящую из генератора, конденсатора, трансформатора, электрода-индуктора, центрального электрода с осевым отверстием, включен усилитель, который через согласующее устройство охватывается цепью отрицательной обратной связи по току, что позволяет задавать и стабилизировать необходимое значение величины тока, кроме того, дуга и первичная обмотка трансформатора включены последовательно, а индуктор подключен к вторичной обмотке этого же трансформатора, что обеспечивает постоянный сдвиг фазы между током дуги и током индуктора.

Принципиальная схема источника света представлена на фиг.1. Схема распределения электрического и магнитного полей в аналитическом промежутке представлена на фиг.2.

Источник света содержит генератор 1, усилитель 2, цепь отрицательной обратной связи по току 3, конденсатор 4, трансформатор 5, электрод-индуктор 6, центральный электрод с осевым отверстием 7 (фиг.1).

Источник работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает переменный ток. Усилитель 2 производит усиление переменного тока по мощности. Через согласующее устройство он охватывается цепью отрицательной обратной связи по току 3, что позволяет задавать коэффициент усиления усилителя и стабилизировать необходимое значение тока. Конденсатор 4 и индуктивность первичной обмотки трансформатора 5 образуют колебательный контур, причем параметры этого контура, т.е. величина емкости С и индуктивности L, выбираются соответствующими резонансной частоте, при которых частота колебательного контура совпадает с частотой переменного тока генератора. Трансформатор обеспечивает согласование параметров источника питания и нагрузки, т.е. генератора 1 и индуктора 6. Первичная обмотка трансформатора 5 последовательно соединена с дугой, а вторичная с индуктором 6, в результате ток дуги и ток индуктора сдвинуты по фазе на половину периода колебания.

Ток, протекая по индуктору 6, создает магнитное поле, имеющее осевую и радиальную составляющие (фиг.2, силовые линии 8 магнитного поля). В соответствии с электрическим полем 9, приложенным между центральным электродом 7 и внешним электродом 6, в аналитическом промежутке протекает электрический ток. Радиальная компонента тока разряда и осевая компонента магнитного поля взаимодействуют по закону Ампера. В результате на разряд действует сила Лоренца, приводящая к его вращению вокруг оси. Последовательное соединение первичной обмотки трансформатора 5 с дугой, а вторичной обмотки с индуктором 6 позволяет получить постоянный сдвиг фазы между током в индукторе и током дуги на 180°, что обеспечивает максимальную величину силы Лоренса, т.е. максимальную скорость вращения плазмы в аналитическом промежутке. Усилитель 2 согласующим устройством охватывается цепью отрицательной обратной связи по току 3, что приводит к стабилизации по времени тока дуги, а значит подводимой к разряду энергии, в результате стабилизируются интенсивности излучаемых спектральных линий.

Работа плазмотрона на переменном токе и соответственно наличие в схеме питания генератора 1 переменного тока и усилителя 2 обеспечивают малую эрозию внешнего электрода. В нашем случае переменного тока разряд каждые полпериода формируется заново, причем в нарастающем магнитном поле. Стадия формирования разряда на электроде индуктора не характеризуется наличием ярко выраженного электродного пятна, а имеет объемную природу, т.е. каждые полпериода разряд проходит все стадии своего формирования - стримерного, тлеющего, дугового. Интенсивное разрушение электрода происходит в дуговой фазе разряда. В результате использование переменного тока позволяет уменьшить эрозию электродов, что приводит к обеспечению высокой точности анализа.

Осевое отверстие центрального электрода 7 позволяет, используя устройство подачи пробы, равномерно вводить вдоль оси разряда анализируемую пробу в любом агрегатном состоянии с потоком плазмообразующего газа, что увеличивает продолжительность введения и количество подаваемого в разрядный промежуток вещества и позволяет исследовать его без дополнительной подготовки пробы, при этом повышаются точность анализа и воспроизводимость результатов.

Для количественной оценки стабильности излучения плазмы разряда был определен коэффициент вариации, являющийся стандартным в математической статистике. Для определения коэффициента вариации по линии меди на длине волны =2492,15 Å были обработаны 10 спектров излучения, полученные в течение одного эксперимента при идентичных условиях. Коэффициент вариации составил 1,7%.

Такая схема питания и конструкция плазмотрона позволяют возбуждать дуговой разряд переменного тока, который служит источником света для проведения атомно-эмиссионного спектрального анализа с высокой точностью и воспроизводимостью результатов.