Générateur de lumière pour l'analyse spectrochimique
En analyse spectrochimique, une décharge électrique est produite entre une électrode de la matière à examiner et une contre-électrode, puis le spectre d'émission résultant est analysé. I1 existe plusieurs types de sources capables de produire ces décharges, selon le type de spectre désiré. Toutefois, ces sources peuvent être classées d'une façon générale en deux catégories : dans l'une, la tension appliquée à travers l'intervalle entre les électrodes (intervalle analytique) atteint une valeur suffisante pour ioniser cet intervalle, tandis que dans l'autre la tension appliquée est faible et il faut un circuit d'amorçage séparé pour obtenir une tension suffisante pour provoquer la décharge.
Dans un cas comme dans l'autre, il est désirable de pouvoir commander l'instant de la décharge, afin de régler le nombre de décharges pendant une durée donnée et garantir que les décharges sont reproductibles, ce qui est essentiel pour la spectroscopie en fonction du temps. La commande s'opère d'habitude en incorporant un dispositif de couplage dans le circuit à haute tension. Au début, il s'agissait d'un autre intervalle d'air, appelé intervalle de commande, qui était prévu de façon à être traversé par la décharge à l'instant voulu, ce qui permettait à du courant de circuler dans le circuit.
Pour la première catégorie de sources mentionnée ci-dessus, l'intervalle de commande est souvent prévu pour décharger un élément accumulateur d'énergie, tel qu'un condensateur, qui est ensuite rechargé à haute tension. La décharge traverse tout d'abord une impédance de-valeur élevée, ce qui établit une haute tension à travers celle-ci. L'intervalle analytique étant en parallèle avec l'impédance, il est ainsi ionisé sous l'influence de la haute tension, ce qui permet au condensateur de se décharger à travers l'intervalle de commande et l'intervalle analytique, qui sont en série. Après la décharge, les intervalles se déionisent et le cycle est répété.
Pour la seconde catégorie, où la décharge principale est obtenue par une source à basse tension, on utilise un circuit semblable à celui qui vient d'être décrit, pour ioniser l'intervalle analytique, afin de fournir un chemin à la basse tension. Lorsque l'intervalle de commande devient conducteur, le condensateur se décharge à travers l'enroulement primaire d'un transformateur à haute fréquence dans l'air et l'impulsion à oscillations à haute fréquence qui en résulte et est induite dans l'enroulement secondaire est appliquée à travers l'intervalle analytique. Lorsque la décharge principale est terminée, les intervalles se déionisent et le cycle est répété.
L'emploi d'intervalles de commande servant d'interrupteurs dans ces circuits ne répond toutefois pas au besoin d'une haute précision dans la détermination de l'instant de décharge, exigée par les techniques spectrographiques modernes.
La performance d'intervalles disruptifs dépend grandement de la géométrie, de la nature de la tension appliquée et des conditions atmosphériques, ce qui exige au moins un ajustage régulier. L'utilisation d'autres dispositifs a donc été examinée et la pratique actuelle est d'employer des dispositifs de couplage asymétrique, tels que des thyratrons, surtout dans des circuits d'amorçage. Ces dispositifs asymétriques ne constituent cependant pas un remplacement équivalent d'un intervalle de commande, car ils ne laissent passer du courant que dans un sens, ce qui restreint la puissance transmise dans des circuits qui pourraient, autrement, donner lieu à des décharges oscil lantes. La réduction de la puissance transmise peut être un sérieux inconvénient pour certaines applications.
En outre, du fait de la disposition du circuit dans lequel ils sont utilisés, ces dispositifs sont nécessairement sujets à une forte tension inverse, ce qui en affecte souvent leur durée de vie.
La présente invention a pour but de fournir une commande améliorée de la décharge à travers l'intervalle disruptif analytique, utilisé en analyse spectrochimique, grâce à un dispositif pouvant fonctionner avec un haut degré de précision dans le temps.
Le générateur faisant l'objet de l'invention, pour produire de la lumière pour l'analyse spectrochimique, destiné à produire des décharges électriques à travers un intervalle analytique, comprend un élément accumulateur d'énergie, un dispositif pour charger l'élément accumulateur et un dispositif pour le décharger par oscillations à travers l'intervalle analytique. I1 est caractérisé en ce que le dispositif de décharge comprend deux interrupteurs symétriques, dont l'un au moins peut être amorcé, reliés en parallèle, mais prévus de façon que les sens de conduction des deux interrupteurs symétriques soient opposés, la décharge oscillante étant maintenue pendant plusieurs périodes complètes, l'élément accumulateur était ainsi pratiquement déchargé.
L'un des interrupteurs est de préférence une triode thyratron, un redresseur à semi-conducteur ou une diode à gaz. La décharge à travers l'intervalle analytique peut constituer la source d'énergie pour l'analyse, mais elle sert de préférence à ioniser l'intervalle pour y permettre le passage d'une décharge de forte énergie à basse tension.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du générateur objet de l'invention.
La fig. 1 est le schéma du circuit de la première forme d'exécution;
la fig. 2 montre les courbes de tension et de courant dans différentes parties du circuit de la fig. 1, et
la fig. 3 est le schéma du circuit de la seconde forme d'exécution.
En se référant à la fig. 1, C1 est un condensateur à haute tension chargé par une source de courant alternatif par l'intermédiaire d'un redresseur MR1, durant la demi-période positive. Un générateur électronique d'impulsions P. G. est synchronisé avec la fréquence du réseau et fournit une impulsion d'amorçage à la grille du thyratron à hydrogène à haute tension V1, durant la demi-période négative de la tension alternative. L'impulsion d'amorçage rend le thyratron V1 conducteur et le condensateur C1 se décharge par l'intermédiaire de l'enroulement primaire P d'un transformateur en montage de Tesla T1, d'une résistance R1, d'une inductance L1 et du thyratron V1.
La résistance de cette boucle est inférieure à la valeur d'affaiblissement critique, de sorte que le condensateur C1 se décharge par osçillations qui diminuent exponentiellement, durant la première demi-période positive du courant passant par le thyratron V1. Cette impulsion de courant produit, à travers une résistance R2, une impulsion de tension qui est fournie, par l'intermédiaire d'un réseau de déphasage R2-C2, à la grille d'un thyratron V2, celui-ci étant ainsi prêt à conduire le courant de décharge dans le sens opposé.
A la fin de la première demi-période de la décharge oscillante, la tension à travers le condensateur de décharge C1 atteint sa valeur de pointe négative et le courant de décharge commence alors à circuler à travers le thyratron V2. A la fin de la seconde demi-période, le thyratron V1 redevient conducteur, parce que la tension à travers le condensateur C1 atteint une valeur positive élevée, alors que le thyratron n'a pas encore eu le temps pour une déionisation complète. La décharge se poursuit de la même façon, jusqu'à ce que l'énergie accumulée dans le condensateur C1 se soit dissipée.
La haute tension oscillante induite dans le secondaire S du transformateur en montage de Tesla T1, par suite de la décharge oscillante par son primaire
P, ionise l'intervalle analytique, ce qui permet à l'alimentation à basse tension de produire une décharge principale dans cet intervalle.
La durée totale de décharge est brève, comparativement à la demi-période du courant alternatif, de sorte que les thyratrons déionisent complètement durant la demi-période négative et que le condensateur C1 peut être rechargé durant la demi-période positive suivante.
L'inductance L1 est insérée dans le circuit pour limiter le courant associé à la capacité par rapport à la masse d'un transformateur de chauffage T2. Un réseau R3-C3 constitue un filtre à haute fréquence, tandis qu'un condensateur de découplage C4 complète la boucle de décharge à haute fréquence.
Les formes respectives des tensions et des courants sont indiquées par la fig. 2.
La résistance R1 et le réseau de déphasage
R2-C2 peuvent être supprimés en remplaçant le thyratron V2 par une diode ayant une tension et un courant appropriés. La fig. 3 montre un circuit utilisant une diode à semi-conducteur D.
L'alimentation en basse tension peut provenir d'une source usuelle en analyse spectrochimique, telle qu'une source à arc à courant alternatif, à courant redressé ou à condensateur. Une source à arc à courant alternatif comprend une alimentation en courant alternatif et une impédance limitant le courant; la décharge est amorcée à chaque demi-période du courant alternatif et le courant continue à circuler jusqu'à la fin de cette demi-période. Une source à arc à courant redressé comprend également un dispositif redresseur, de façon que la décharge soit amorcée seulement durant des demi-périodes du courant alternatif. Une source à arc à condensateur comprend un redresseur et un condensateur qui est chargé durant une demi-période du courant alternatif, la décharge étant amorcée durant la demi-période sui vante, le condensateur fournissant tout le courant de décharge.
La source de courant séparée à basse tension peut également être supprimée, lorsque la décharge principale a lieu sous la forme d'une étincelle à travers l'intervalle analytique, produite par la décharge du condensateur C1.
Light generator for spectrochemical analysis
In spectrochemical analysis, an electric discharge is produced between an electrode of the material to be examined and a counter electrode, then the resulting emission spectrum is analyzed. There are several types of sources capable of producing these discharges, depending on the type of spectrum desired. However, these sources can be broadly classified into two categories: in one, the voltage applied across the gap between the electrodes (analytical gap) reaches a value sufficient to ionize that gap, while in the Otherwise the applied voltage is low and a separate firing circuit is required to obtain sufficient voltage to cause discharge.
In either case, it is desirable to be able to control the timing of the discharge, in order to adjust the number of discharges over a given period of time and ensure that the discharges are reproducible, which is essential for spectroscopy in function. time. Control is usually accomplished by incorporating a coupling device into the high voltage circuit. In the beginning, this was another air gap, called the control gap, which was designed to be passed through by the discharge at the desired time, allowing current to flow through the circuit.
For the first category of sources mentioned above, the control interval is often provided to discharge an energy storage element, such as a capacitor, which is then recharged at high voltage. The discharge first passes through a high-value impedance, which establishes a high voltage across it. Since the analytical interval is in parallel with the impedance, it is thus ionized under the influence of high voltage, which allows the capacitor to discharge through the control interval and the analytical interval, which are in series. . After discharge, the intervals deionize and the cycle is repeated.
For the second category, where the main discharge is obtained by a low voltage source, a circuit similar to that which has just been described is used to ionize the analytical interval, in order to provide a path for the low voltage. When the control gap becomes conductive, the capacitor discharges through the primary winding of a high frequency transformer in air and the resulting high frequency oscillating pulse and is induced in the secondary winding is applied across the analytical interval. When the main discharge is complete, the intervals deionize and the cycle is repeated.
The use of control intervals as switches in these circuits, however, does not meet the need for high precision in determining the instant of discharge required by modern spectrographic techniques.
The performance of disruptive intervals depends greatly on the geometry, the nature of the applied voltage and the atmospheric conditions, which requires at least a regular adjustment. The use of other devices has therefore been examined and current practice is to employ asymmetric coupling devices, such as thyratrons, especially in firing circuits. These single-ended devices are not, however, an equivalent replacement for a control gap, as they only allow current to flow in one direction, which restricts the power transmitted in circuits that might otherwise give rise to oscillating discharges. . The reduction in transmitted power can be a serious drawback for some applications.
In addition, due to the arrangement of the circuit in which they are used, these devices are necessarily subject to a high reverse voltage, which often affects their lifetime.
The present invention aims to provide improved control of the discharge through the analytical disruptive interval, used in spectrochemical analysis, by means of a device capable of operating with a high degree of precision over time.
The generator object of the invention, for producing light for spectrochemical analysis, intended to produce electric discharges through an analytical interval, comprises an energy storage element, a device for charging the storage element and a device for discharging it by oscillations through the analytical interval. It is characterized in that the discharge device comprises two symmetrical switches, at least one of which can be triggered, connected in parallel, but provided so that the conduction directions of the two symmetrical switches are opposite, the oscillating discharge being maintained for several complete periods, the accumulator element was thus practically discharged.
One of the switches is preferably a thyratron triode, a semiconductor rectifier or a gas diode. The discharge through the analytical gap may be the energy source for the analysis, but preferably serves to ionize the gap to allow a high energy low voltage discharge to pass through it.
The appended drawing represents, by way of example, two embodiments of the generator which is the subject of the invention.
Fig. 1 is the circuit diagram of the first embodiment;
fig. 2 shows the voltage and current curves in different parts of the circuit of fig. 1, and
fig. 3 is the circuit diagram of the second embodiment.
Referring to fig. 1, C1 is a high voltage capacitor charged by an alternating current source via a rectifier MR1, during the positive half-period. An electronic generator of pulses P. G. is synchronized with the frequency of the network and supplies a starting pulse to the gate of the high voltage hydrogen thyratron V1, during the negative half-period of the alternating voltage. The firing pulse makes the thyratron V1 conductive and the capacitor C1 discharges through the primary winding P of a Tesla circuit transformer T1, a resistor R1, an inductor L1 and the thyratron V1.
The resistance of this loop is less than the critical attenuation value, so that the capacitor C1 is discharged by oscillations which decrease exponentially, during the first positive half-period of the current passing through the thyratron V1. This current pulse produces, through a resistor R2, a voltage pulse which is supplied, via a phase-shifting network R2-C2, to the gate of a thyratron V2, the latter thus being ready for operation. conduct the discharge current in the opposite direction.
At the end of the first half-period of the oscillating discharge, the voltage across the discharge capacitor C1 reaches its negative peak value and the discharge current then begins to flow through the thyratron V2. At the end of the second half-period, the thyratron V1 becomes conductive again, because the voltage across the capacitor C1 reaches a high positive value, while the thyratron has not yet had time for a complete deionization. The discharge continues in the same way, until the energy accumulated in the capacitor C1 has dissipated.
The oscillating high voltage induced in the secondary S of the transformer in Tesla assembly T1, as a result of the oscillating discharge by its primary
P, ionizes the analytical interval, allowing the low voltage power supply to produce a main discharge in this interval.
The total discharge time is short compared to the AC half-period, so the thyratrons deionize completely during the negative half-period and capacitor C1 can be recharged during the next positive half-period.
Inductance L1 is inserted into the circuit to limit the current associated with the capacitance with respect to the mass of a heating transformer T2. An R3-C3 network constitutes a high frequency filter, while a C4 decoupling capacitor completes the high frequency discharge loop.
The respective forms of voltages and currents are shown in fig. 2.
Resistor R1 and the phase shift network
R2-C2 can be removed by replacing the thyratron V2 with a diode having the appropriate voltage and current. Fig. 3 shows a circuit using a semiconductor diode D.
The low voltage supply can come from a source customary in spectrochemical analysis, such as an alternating current arc, rectified current or capacitor source. An AC arc source includes an AC power supply and a current limiting impedance; the discharge is initiated at each half-period of the alternating current and the current continues to flow until the end of this half-period. A rectified current arc source also includes a rectifier device, so that the discharge is initiated only during half periods of the alternating current. A capacitor arc source comprises a rectifier and a capacitor which is charged during one half period of the alternating current, the discharge being initiated during the next half period, the capacitor providing all of the discharge current.
The separate low voltage current source can also be suppressed, when the main discharge takes place in the form of a spark across the analytical gap, produced by the discharge of capacitor C1.