DE1185304B - Plasma flame generator - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
Internat. Kl.: H Ol jBoarding school Kl .: H Ol j
Deutsche Kl.: 21g-21/01 German class: 21g-21/01
Nummer: 1185 304Number: 1185 304
Aktenzeichen: K 49188 VIII c/21 gFile number: K 49188 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 13. März 1963 Filing date: March 13, 1963
Auslegetag: 14. Januar 1965Opening day: January 14, 1965
Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung von Plasmaflammen-Generatoren und betrifft insbesondere Generatoren mit einer zentral angeordneten, kegelförmig zugespitzten Elektrode und einer innen trichterförmig die Elektrode umgebenden Gegenelektrode, deren Arbeitsgas längs der Elektrode durch den Trichterraum einströmt, vorzugsweise für Spektroskopie.The invention relates to the improvement of plasma flame generators, and is more particularly related to Generators with a centrally arranged, conically pointed electrode and one inside funnel-shaped counter-electrode surrounding the electrode, its working gas along the electrode flows in through the funnel space, preferably for spectroscopy.
Üblicherweise sind Plasmaflammen-Generatoren derart ausgebildet, daß zwecks Vermeidung einer schädlichen Aufzehrung ihrer Elektroden ein Gleichstromentladungsbogen in einem inaktiven Gas, beispielsweise Argon oder Stickstoff, auftritt. In bestimmten Fällen jedoch, beispielsweise wenn ein derartiger Plasmaflammen-Generator als Lichtquelle für spektralanalytische Zwecke verwendet wird, ergibt sich die Notwendigkeit, Substanzen in das Plasma einzubringen, die bei Berührung mit den Elektroden eine Erosion hervorrufen können. In einem solchen Fall muß deshalb dafür Sorge getragen werden, daß die Probematerialien die eine hohe Temperatur aufweisenden Bogenansatzstellen der Elektroden keinesfalls berühren und gleichzeitig ein unregelmäßiges Wandern der Lage der Bogenansatzstellen auf den die elektrische Entladung hervorrufenden Elektroden verhindert wird. Wenn die Bogenansatzstellen an den Elektroden unregelmäßigen Verschiebungen unterworfen sind, wird nämlich die Entladung instabil und die Emissionsintensität der zu analysierenden Probe schwanken, womit sich die Genauigkeit der Spektralanalyse vermindert. Das Vermeiden derartiger unregelmäßiger Wanderungen der Bogenansatzstellen auf den Elektroden ist von großer Bedeutung, und zwar nicht nur im Fall von Plasma-Generatoren als Lichtquelle für die Spektralanalyse, sondern auch bei allen anderen derartigen Generatoren, die innerhalb eines weiten Anwendungsbereiches verwendet werden.Usually plasma flame generators are designed in such a way that in order to avoid a harmful consumption of their electrodes a direct current discharge arc in an inactive gas, for example Argon or nitrogen. In certain cases, however, for example when such a Plasma flame generator is used as a light source for spectral analysis purposes the need to introduce substances into the plasma that come into contact with the electrodes can cause erosion. In such a case, care must therefore be taken that the sample materials do not under any circumstances have the high temperature arc attachment points of the electrodes touch and at the same time an irregular migration of the position of the arch attachment points on the the electrodes causing the electrical discharge are prevented. If the arch attachment points at the Electrodes are subject to irregular displacements, namely the discharge becomes unstable and the emission intensity of the sample to be analyzed fluctuate, thus increasing the accuracy of the spectral analysis reduced. Avoiding such irregular migration of the arch attachment points on the electrodes is of great importance, and not just in the case of plasma generators as Light source for spectral analysis, but also for all other such generators that are within can be used in a wide range of applications.
Aufgabe der Erfindung ist deshalb ein neuer und verbesserter Plasmaflammen-Generator, der eine stabile, leicht zu steuernde Plasmaflamme erzeugt und dessen Elektroden eine lange Lebensdauer aufweisen. The object of the invention is therefore a new and improved plasma flame generator, the one stable, easy-to-control plasma flame and its electrodes have a long service life.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an der Innenwand der trichterförmigen Gegenelektrode, und zwar an derjenigen Stelle, an der der kegelförmige Teil des Trichters in den zylindrischen Teil des Plasmaausgangs übergeht, in Sacklöchern Magnete angeordnet sind, und zwar über dem Ansatzpunkt der Plasmaflamme an der Elektrodenspitze der Plasmaflamme gegenüber, die der Stabilisierung des Flammenansatzes dienen.According to the invention, this object is achieved in that on the inner wall of the funnel-shaped Counter electrode, namely at the point where the conical part of the funnel into the cylindrical Part of the plasma output passes over, magnets are arranged in blind holes opposite the point of application of the plasma flame at the electrode tip of the plasma flame, which the Serve stabilization of the flame approach.
Plasmaflammen-GeneratorPlasma flame generator
Anmelder:Applicant:
Kabushiki Kaisha Hitachi Seisakusho, TokioKabushiki Kaisha Hitachi Seisakusho, Tokyo
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,Dr.-Ing. E. Maier, patent attorney,
München 22, Widenmayerstr. 4Munich 22, Widenmayerstr. 4th
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Manabu Yamamoto, Odawara-Shi (Japan)Manabu Yamamoto, Odawara-Shi (Japan)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Japan vom 14. März 1962 (9242)Japan March 14, 1962 (9242)
Für die Verwendung zur Spektralanalyse kann der Trichter der Gegenelektrode einen Gaszuführungskanal aufweisen, der etwa gegenüber der Plasmaflamme beim Übergang des kegelförmigen Trichterteiles in den Zylinderteil und etwa normal zum Kegelmantel einmündet.The funnel of the counter electrode can have a gas supply channel for use in spectral analysis have, which is approximately opposite the plasma flame at the transition of the conical funnel part opens into the cylinder part and approximately normal to the surface of the cone.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen. In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt die einzige Figur im Querschnitt die wesentlichen Teile des Plasmaflammen-Generators. Further features, advantages and details of the invention emerge from the description of the Drawing and the claims. In the drawing, an embodiment of the invention is for example shown, namely the single figure shows in cross section the essential parts of the plasma flame generator.
Gemäß der Zeichnung besteht der erfindungsgemäße Plasmaflammen-Generator im wesentlichen aus einer zylindrischen Elektrode 1 aus nichtmagnetischem, elektrisch leitendem Material, einer zylindrischen Düse 2 in der senkrechten Mittellinie der Elektrode 1, und zwar an deren oberem Teil, einem konischen Durchgangsteil 3, dessen enges oberes Ende mit dem unteren Ende der Düse 2 und dessen anderes Ende mit nicht gezeigten Zuführungsorganen zum Zuführen eines Stromes 7 aus inaktivem Gas, beispielsweise Argon oder Stickstoff, verbunden ist, einer stabförmigen Elektrode 4 mit spitzem Ende, die im konischen Durchgangsteil 3 gegenüber der Elektrode 1 angeordnet und elektrisch isoliert gehaltert ist, einem Gaszuführungskanal S, der von der Außenseite der Elektrode 1 in den konischen Durchgangsteil 3 führt, und aus einem kleinen Stabmagneten 6, dessen einer Magnetpol sich an der inneren Oberfläche des konischen Durchgangsteiles 3 befindet.According to the drawing, the plasma flame generator according to the invention consists essentially of a cylindrical electrode 1 made of non-magnetic, electrically conductive material, a cylindrical nozzle 2 in the vertical center line of the electrode 1, namely on its upper part, a conical passage part 3, the narrow upper one End with the lower end of the nozzle 2 and the other end with supply elements (not shown) for supplying a stream 7 of inactive gas, for example argon or nitrogen, is connected to a rod-shaped electrode 4 with a pointed end, which is located in the conical passage part 3 opposite the electrode 1 is arranged and held electrically insulated, a gas supply channel S, which leads from the outside of the electrode 1 into the conical passage part 3, and a small bar magnet 6, one magnetic pole of which is located on the inner surface of the conical passage part 3.
409 768/298409 768/298
Mit der obigen Anordnung wird bei Zuführen elektrischer Energie zu den Elektroden 4 und 1 über geeignete, in der Zeichnung nicht gezeichnete Mittel eine Entladungssäule 9 erzeugt, wobei die Spitze der Stabelektrode 4 und die innere Oberfläche des konischen Durchgangsteiles 3 die Bogenansatzstellen der Säule 9 an den Elektroden darstellen. Es wird somit ein Entladungsplasma erzeugt und dieses durch den Strom 7 aus inaktivem Gas durch die Düse 2 hindurchgetrieben, so daß ein Plasmastrahl 10 entsteht, der nach außen abströmt.With the above arrangement, when electric power is supplied to the electrodes 4 and 1, over suitable means, not shown in the drawing, generates a discharge column 9, the tip of the Rod electrode 4 and the inner surface of the conical passage part 3, the arc attachment points of the Represent column 9 on the electrodes. A discharge plasma is thus generated and this through the Stream 7 of inactive gas driven through the nozzle 2 so that a plasma jet 10 is created, which flows outwards.
Da die Bogenansatzstellen der Bogenentladung während des Betriebs einem Gasstrom 7 hoher Geschwindigkeit ausgesetzt sind, besteht die Möglichkeit, daß der Bogenansatzpunkt an der inneren Oberfläche des Teiles 3 gestört und damit die Entladungssäule instabil wird. Diese Gefahr wird jedoch durch den Magneten 6 verhindert, dessen Magnetfeld zum Festhalten des Bogenansatzpunktes an der konischen Innenfläche des Teiles 3 an einem bestimmten Punkt 11 dient. Diese Haltekraft ergibt sich aus der »Linken-Hand-Regel« von Fleming. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Fall ist es zusätzlich zu der gezeichneten Lage auch möglich, daß sich der Bogenansatzpunkt 11 an der entgegengesetzten Seite in einem stabilen Zustand befindet, d. h. an der symmetrisch gegenüberliegenden Stelle bezüglich der Zeichenebene. Die tatsächliche Stellung wird dabei durch die Polarität des Magneten festgelegt.Since the arc attachment points of the arc discharge during operation a gas flow 7 high speed are exposed, there is the possibility that the arc attachment point to the inner Surface of the part 3 disturbed and thus the discharge column is unstable. However, this danger becomes prevented by the magnet 6, whose magnetic field to hold the arc attachment point on the conical Inner surface of the part 3 at a certain point 11 is used. This holding force results from the Fleming's "Left-Hand Rule". In the case shown in the drawing, it is in addition to the position shown also possible that the arc attachment point 11 is on the opposite side is in a steady state, d. H. at the symmetrically opposite point with respect to the Drawing plane. The actual position is determined by the polarity of the magnet.
Wenn die Bogenansatzstelle auf diese Weise an einem bestimmten Punkt festgelegt ist, wird die erzeugte Piasmafiamme extrem stabil sein, und auch Schwankungen der Intensität des ausgestrahlten Lichtes sind nur sehr gering. Um diesen Generator als Lichtquelle für die Spektralanalyse zu verwenden, wird ein Gasstrom 8, der die zu analysierende Probe enthält, durch den Gaszuführungskanal 5 zugeführt. Proben in Pulverform oder feinverteilter Form eignen sich dabei zum Zuführen innerhalb eines Gases. Selbst wenn die Probe ein chemisch aktiver Stoff ist, der an den Hochtemperatur-Bogenansatzstellen eine Erosion der Elektroden hervorrufen könnte, besteht keine Erosionsgefahr, da die Probe für die Spektralanalyse durch den Gasstrom 7 hinweggespült und durch die Düse 2 ausgestoßen wird. Die Probe wird an einer Stelle inmitten des PlasmasWhen the arch attachment point is set at a certain point in this way, the created Piasmafiamme be extremely stable, and also fluctuations in the intensity of the broadcast Light are very little. To use this generator as a light source for spectral analysis, a gas stream 8 containing the sample to be analyzed is fed through the gas feed channel 5. Samples in powder form or finely divided form are suitable for feeding within a Gas. Even if the sample is a chemically active substance, the high-temperature arc attachment points could cause erosion of the electrodes, there is no risk of erosion because the sample for the spectral analysis is flushed away by the gas stream 7 and ejected through the nozzle 2. The sample is at a point in the middle of the plasma
10 zu einer Emission von Licht angeregt. Demgemäß besteht keinerlei Gefahr einer Erosion der Elektroden an den Bogenansatzstellen.10 stimulated to emit light. Accordingly, there is no risk of erosion of the electrodes at the arch attachment points.
Wenn die Strömungsmenge des inaktiven Gasstromes erhöht wird, neigt die Bogenansatzstelle 11 dazu, gegen die Düse 2 geblasen zu werden. Da jedoch diese Neigung durch die elektromagnetischen Kräfte unterdrückt wird, bewirkt diese Gasströmungsmenge eine Unterdrückung von Schwankungen der Bogenlänge und der Spannung.When the flow rate of the inactive gas stream is increased, the arc attachment point 11 inclines to be blown against the nozzle 2. However, since this tendency is caused by the electromagnetic Forces is suppressed, this gas flow rate causes a suppression of fluctuations the arc length and the tension.
Die Anzahl an Magneten muß nicht auf einen einzigen beschränkt sein. Durch Anordnung einer geeigneten Zahl von Magnetpolen in geometrischer Weise und gemäß der Stärke und Verteilung des gewünschten Magnetfeldes ist es möglich, die Bogenansatzstelle an einem für den jeweiligen Zweck geeigneten Punkt festzulegen. Beispielsweise hat es sich bei Untersuchungen gezeigt, daß für spektralanalytische Zwecke eine Fixierung der BogenansatzstelleThe number of magnets need not be limited to a single one. By arranging a suitable Number of magnetic poles in a geometrical manner and according to the strength and distribution of the desired Magnetic field, it is possible to attach the sheet to a suitable for the respective purpose Point. For example, studies have shown that for spectral analytical Purposes a fixation of the arch attachment point
11 so nahe wie möglich an der Mündung des Probenzuführkanals und darüber hinaus um den
Umfang dieser Mündung herum von größtem Vorteil für eine Erhöhung der Analysenempfindlichkeit
ist. Bei einer derartigen Anordnung ist es jedoch wesentlich, eine genaue Einstellung bezüglich etwa
der festen Lage der Ansatzstelle des Bogens, der Lage und Ausbildung der Probenmündung und der
Gasstromzuführmenge vorzunehmen, um zu verhindern, daß die Probe die Bogenansatzstelle der Elektrode
berührt.
Es ist ein einzigartiges und vorteilhaftes Merkmal11 as close as possible to the mouth of the sample feed channel and also around the circumference of this mouth is of the greatest advantage for increasing the sensitivity of the analysis. With such an arrangement, however, it is essential to make a precise adjustment with respect to such as the fixed position of the attachment point of the arc, the position and configuration of the sample mouth and the gas flow rate in order to prevent the sample from touching the arc attachment point of the electrode.
It's a unique and beneficial trait
ίο des Generators nach der Erfindung, daß eine äußerst genaue Justierung durch Ausbildung und Anordnung von Magnetpolen, wie oben beschrieben, durchgeführt werden kann, und zwar auf einfachste Weise. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist ein Stabmagnet in eine der Elektroden eingebettet, es können aber auch einer oder mehrere Magnete an der Außenseite einer düsenartigen Elektrode zur Erleichterung einer äußeren Justierung verwendet werden. Da Schwankungen der Geschwindigkeit des Strömungsflusses, der Temperatur, der Flammenlänge und anderen Gegebenheiten des aus der Düse ausgestoßenen Plasmas bei Verändern der Intensität des Magnetfeldes auftreten, ist es somit leicht möglich, durch eine derartige Maßnahme das Ausstoßen des Plasmastrahles beliebig zu steuern. Eine Änderung bzw. Steuerung der erzeugten Plasmaflamme ist auch durch Aufprägen eines magnetischen Wechselfeldes möglich.ίο the generator according to the invention that an extremely precise adjustment by design and arrangement of magnetic poles, as described above, carried out can be, and in the simplest possible way. In the described embodiment is a Bar magnet embedded in one of the electrodes, but one or more magnets can also be attached the outside of a nozzle-like electrode can be used to facilitate external adjustment. Because fluctuations in the speed of the flow of flow, the temperature, the length of the flame and other conditions of the plasma ejected from the nozzle when the intensity is changed of the magnetic field occur, it is thus easily possible to eject it by such a measure of the plasma jet can be controlled at will. A change or control of the generated plasma flame is also possible by impressing an alternating magnetic field.
Um die Eignung des Generators nach der Erfindung zum Erzeugen einer stabilen Plasmaflamme noch klarer darzulegen, soll ein Zahlenbeispiel gegeben werden. Bei einem in der Praxis ausgeführten Generator wurde zunächst eine Schwankung der Bogenspannung von etwa 10% festgestellt, wobei kein Magnetfeld angelegt war. Es war leicht, und zwar durch das bloße Auge zu erkennen, daß diese Schwankung eine Folge der Verschiebung der Lage der Elektrodenansatzsteile war. Nach Anlegen eines magnetischen Feldes an die Elektrode verminderte sich die Schwankung auf 2%, auch wurde die Intensität *des ausgestrahlten Lichtes stabil.To the suitability of the generator according to the invention for generating a stable plasma flame To explain even more clearly, a numerical example should be given. With one carried out in practice Generator was initially found to have a fluctuation in arc voltage of about 10% no magnetic field was applied. It was easy to see, with the naked eye, that these Fluctuation was a result of shifting the position of the electrode fitting parts. After creating a magnetic field to the electrode, the fluctuation was reduced to 2%, and the intensity was also increased * of the emitted light stable.
Der Plasmaflammen-Generator nach der Erfindung hält somit eine stabile Entladung aufrecht und ermöglicht gleichzeitig eine Steuerung des Zustandes der erzeugten Plasmaflamme gemäß den jeweiligen Erfordernissen. Der Generator nach der Erfindung ist deshalb insbesondere als Lichtquelle für die Spektroskopie geeignet, kann jedoch auch mit großer Wirksamkeit als Plasmaflammen-Generator für andere Zwecke Verwendung finden.The plasma flame generator according to the invention thus maintains and enables a stable discharge at the same time a control of the state of the generated plasma flame according to the respective Requirements. The generator according to the invention is therefore particularly useful as a light source for Suitable for spectroscopy, however, it can also be used with great effectiveness as a plasma flame generator for others Purposes.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind diesem gegenüber zahlreiche Abwandlungen möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.Of course, the invention is not based on the embodiment described and shown in the drawing limited, but there are numerous modifications possible with respect to this, without to leave the scope of the invention.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
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| JP924262 | 1962-03-14 |
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