DE589653C

DE589653C - Method and device for spark spectral analysis

Info

Publication number: DE589653C
Application number: DEH126542D
Authority: DE
Inventors: Dr Otto Feussner
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1931-04-19
Filing date: 1931-04-19
Publication date: 1934-12-22

Description

Verfahren und Einrichtung zur Funkenspektralanalyse Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren und eine Einrichtuig zur Funkenspektralanalyse, bei der ein von einem Hochspannungstransformator angestoßener Schwingungskreis benutzt wird. Einrichtungen genannter Art dienen. insbesondere zur Feststellung von Legierungszusammensetzungen, wobei elektrische Funken zwischen Elektroden des zu untersuchenden Materials erzeugt werden. Man hat bei den bisher bekanntgewordenen Einrichtungen nicht darauf geachtet, daß stets Funken erzeugt werden, wie sie für eine gleichmäßige und stets reproduzierbare Aussendung der zu untersuchenden Strahlen notwendig sind. Von sehr erheblichem Einfluß auf den Charakter des erscheinenden Spektrums ist vor allem die Temperatur, auf der sich die Untersuchungsprobe selbst und vor allen Dingen -der aus. ihr entwickelte Metalldampf bei der Entladung befindet.Method and device for spark spectral analysis The invention refers to a method and a device for spark spectral analysis at which uses an oscillating circuit triggered by a high voltage transformer will. Facilities of the type mentioned serve. in particular for the determination of alloy compositions, whereby electrical sparks are generated between electrodes of the material to be examined will. In the facilities that have become known so far, no attention has been paid to that sparks are always generated, as they are for a uniform and always reproducible Emission of the rays to be examined are necessary. Of very considerable influence on the character of the spectrum that appears is mainly the temperature on which the test sample itself and above all -der from. you developed Metal vapor is located on the discharge.

Das erfindungsgemäße Verfahren ver'mei'det den bisherigen Übelstand dadurch, .daß die Wellensänge des Schwingungskreises so groß gewählt wird, d'aß durch dessen Selbstinduktivität und Kapazität der den Schwingungskreis anstoßende Transformator auf Resonanz mit der Periode der Stromlieferungsquelle eingestellt wird.The method according to the invention avoids the previous inconvenience by the fact that the wave length of the oscillation circle is chosen to be so large that it is through its self-inductance and capacitance, the one that triggers the oscillation circuit Transformer set to resonate with the period of the power supply source will.

Durch das schnelle Abklingen- der Energie wird in dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Schwingungskreis ein schnelles Löschen der Funken sowie auch die Festsetzung der Funkenzahl in der Zeiteinheit bzw. der Funkenzahl je Wechsel der Speiseeinrichtung erreicht.As a result of the rapid decay of the energy, according to the invention Process operated oscillation circuit quickly extinguishes the sparks as well the determination of the number of sparks in the unit of time or the number of sparks per change reached the feeder.

Zur Erzielung stets gleicher Funkenarten wird zweckmäßig zur Herstellung einer Entladung mit dem Spektralcharakter eines Lichtbogens die Resonanz durch Wahl einer großen Selbstinduktivität und einer kleinen Kapazität zwecks Herstellung einer Entladung mit dem Spektralcharakter eines Funkens durch Wahl einer kleinen Induktivität und einer großen Kapazität eingestellt.In order to always achieve the same types of sparks, it is expedient to manufacture a discharge with the spectral character of an electric arc resonance by choice a large self-inductance and a small capacitance for the purpose of producing a Discharge with the spectral character of a spark by choosing a small inductance and set a large capacity.

Zur Vervollkommnung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man auch außer der zu untersuchenden Funkenstrecke in den Entladungskreis noch eine zweite Funkenstrecke einschalten, deren Entladungsbedingungen man durchaus beherrschen und regulieren kann. Durch diese zweite Funkenstrecke wird erreicht, daß der Überschlag der Untersuchungsfunkenstrecke stets ' bei der gleichen Spannungshöhe erfolgt. Als. besonders geeignet für diesen, Zweck haben sich solche Funkenstrecken bewährt, die früher in der drahtlosen Telegraphie unter dem Namen »Löschfunkenstrecken« bekanntgeworden sind. Es empfiehlt sich, die Größe dieser Funkenstrecke so zu wählen, daß sie bezüglich des Ablaufs der Schwingungen in dem Funkenkreis selbst den, beherrschenden Einfluß hat. Durch besonders geeignete Atmosphären, mit denen man die Funkenstrecke umgibt, kann man diesen Bedingungen noch besonderen Nachdruck verleihen. Man kann auch noch durch Koppelung beliebiger Art einen zweiten Kreis zu dem ersten. Kreis hinzufügen, der die Aufgabe hat, die Energieverhältnisse in dem ersten Kreis, der die Probe enthält, zu regulieren. Am besten ist es, wenn man so vorgeht, daß man: die beiden Kreise so aufeinander abstimmt, daß, wie es früher in der drahtlosen Telegraphie üblich war, der erste Kreis mit der Untersuchungsprobe den Stoßkreis darstellt,- während der zweite angekoppelte Kreis den Sekundärkreis darstellt, in den nach einer im einzelnen festzulegenden Anzahl von Schwingungen die Energie hinübertritt und dort ohne weitere Beeinflussung des ersten Kreises abklingt. Man kann auf diese Art erreichen, daß man nach einer definierten Anzahl von Schwingungen im ersten Kreise die ganze Energie in den Sekundärkreis. hinüberschafft und so für den Primärkreis sehr, gut definierte Verhältnisse herstellt. Als ganz besonders günstig hat sich dabei eine solche Einstellung und Anordnung erwiesen, die die Energie nach nur einer Halbwelle im Primärkreis schon ganz in den Sekundärkreis transportiert hat und nach Ablauf dieser Halbwelle den Funkendes Primärkreises und damit die Emission des Spektrums auslöscht. Man hat also in diesem Falle Verhältnisse vor sich, wie sie früher in der drahtlosen Telegraphie unter der Bezeichnung »ideale Stoßerregung« bekanntgeworden sind. Die Bedingungen zu ihrer Erzeugung sind vor allen Dingen Einstellung einer richtigen Koppelung zwischen Primär- und Sekundärkreis und Abstimmung beider Kreise aufeinander, damit die eben beschriebene Art der Stoßwirkung eintritt.To perfect the method according to the invention one can also in addition to the spark gap to be examined in the discharge circuit, a second one Switch on a spark gap, the discharge conditions of which can be well mastered and can regulate. This second spark gap ensures that the flashover the test spark gap always takes place at the same voltage level. As. Spark gaps have proven to be particularly suitable for this purpose formerly known in wireless telegraphy as "extinguishing spark gaps" are. It is advisable to choose the size of this spark gap so that it is related the course of the vibrations in the Spark circle itself the dominant Has influence. By particularly suitable atmospheres with which one can create the spark gap surrounds, these conditions can be given particular emphasis. One can also by coupling any kind of a second circle to the first. circle add, which has the task of establishing the energy relations in the first circle, the the sample contains to regulate. It is best to proceed in such a way that: the two circles coordinate so that, as it was earlier in the wireless Telegraphy was common, the first circle with the test sample the collision circle represents - while the second coupled circuit represents the secondary circuit, in which the energy passes over after a number of oscillations to be determined in detail and there subsides without further influencing the first circle. One can access this Art achieve that after a defined number of oscillations in the first Circulate all the energy into the secondary circuit. over there and so for the primary circle very, well-defined relationships. Has proven to be particularly cheap doing such a setting and arrangement proved that the energy after only one Half-wave in the primary circuit has already transported all the way to the secondary circuit and after This half-wave causes the spark of the primary circuit and thus the emission of the spectrum extinguishes. In this case one has conditions before oneself as they were earlier in became known in wireless telegraphy as "ideal shock excitation" are. The conditions for their creation are above all an attitude of one correct coupling between primary and secondary circuit and coordination of both circuits on each other so that the type of impact effect just described occurs.

Weiterhin empfiehlt es sich, für bestimmte Zwecke die Schwingungsdauer des Stoß- oder Primärkreises regulierbar zu gestalten, so daß man, um mit funkentelegraphischen Vorstellungen zu sprechen, die Wellenlänge des Primär- und Sekundärkreises einstellen kann. Es wird ausdrücklich abgelehnt, für den einen oder anderen Fall die Verwendung längerer oderkürzerer Wellen vorzuschreiben, da dies in weitgehendem Maße von der Eigenschaft der betreffenden Untersuchungsproben und von der Fragestellung, die man an die Untersuchung selbst knüpft, abhängt.It is also advisable to adjust the period of oscillation for certain purposes to make the shock or primary circuit adjustable, so that you can get around with radio telegraphic Speaking imaginations, adjusting the wavelength of the primary and secondary circuits can. It is expressly refused to use for one or the other case to prescribe longer or shorter waves, as this largely depends on the Property of the test samples in question and of the question that one attaches itself to the investigation itself, depends.

Um- eine noch weitere Regelung der Entladungen zu erzielen, kann man durch Einschaltung von, Drosselspulen o. dg1. in den Speisezweig erreichen, daß nur jede zweite, dritte oder sonst folgende Amplitude eine oder mehrere Entladungen erzeugt. Das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Einrichtung wird im folgenden an: Hand der Abbildungen erläutert.In order to achieve a still further regulation of the discharges, one can by switching on choke coils or the like1. achieve in the branch that only every second, third or otherwise following amplitude one or more discharges generated. The method according to the invention and the method for carrying out the method required equipment is explained in the following at: Using the illustrations.

An den beiden Klemmen i und 2 wird der Einrichtung nach Abb. i der normale Starkstrom von 50 Perioden über den Ohmschen Widerstand 3 und die Drosseln 4. und 5 zugeführt. 6 sei der Transformator, der die Spannung auf die erforderliche Höhe von mindestens einigen iooo Volt herauftransformiert und die zum Überschlag notwendige Potentialdifferenz erzeugt. 7 und 8 sind die beiden Funkenstrecken; S möge diejenige sein, die die zu untersuchende Probe enthält, während 7 die als Löschfunkenstrecke ausgebildete Funkenstrecke darstelle. Wie schon oben ausgeführt, sind die beiden Funkenstrecken hintereinandergeschaltet. 9 ist eine veränderliche Kapazität, i i eine veränderliche Selbstinduktivität, die auf eine an sich beliebige Art mit der Induktivität 12 gekoppelt sei, während io einen Ohmschen. Widerstand darstellt, der evtl. in dem Kreise noch vorhanden ist. Der eben geschilderte Kreis 7 bis i i ist mit einem zweiten Kreise 12 bis 15 gekoppelt, der selbst ebenfalls Induktivität, Kapazität und einen Ohmschen Widerstand enthält. Empfehlenswert, jedoch nicht unbedingt erforderlich ist ein Strommeßinstrument 15, welches dazu dient, durch Anzeigen des Maximalausschlages die Resonanzstellung der beiden Kreise anzuzeigen. Es empfiehlt sich, die Funkenstrecke 7 in einer Atmosphäre zu betreiben, die die Sicherheit :der Löschwirkung begünstigt und so definierte Entladungsverhältnisse herstellt. Zum Betriebe wird zunächst der Kreis 7 bis, i i auf eine bestimmte Wellenlänge, falls dies erforderlich ist, unter Herstellung der Resonanz eingestellt. Dann werden die Kreise 7 bis i i und 12 bis 15 aufeinander abgestimmt. Für dieses Einstellen ist es im allgemeinen vorteilhaft, die Koppelung zwischen, den. beiden Kreisen möglichst lose zu machen und erst, nachdem die Daten. der beiden Kreise so gewählt sind, daß die gewünschte Wellenlänge erreicht ist, die Koppelung allmählich anzuziehen, bis sie denjenigen. Grad erreicht hat, der für eine saubere Löschwirkung erforderlich ist. Es sei hier ausdrücklich bemerkt, daß sowohl ein zu loses, wie ein zu festes Koppeln von Nachteil für die Entladungsbedingungen ist, da bei falscher Einstellung leicht entweder der Energietransport in den Sekundärkreis zu langsam verläuft oder die Rückwirkung des Kreises 12 bis 15 auf den Kreis 7 bis il zu groß ist und eine Rückzündung der Funkenstrecke erfolgen sowie sonst unerwartete störende Entladungsbedingungen hervorgerufen werden können. Abgesehen von dem Eiri.tritt- des- Maximalausschlages des Instruments 15 ist das Eintretender sauberen Löschwirkung an dem gleichmäßig ruhigen und zischenden Arbeiten .der beiden Funkenstrecken 7 und 8 zu erkennen, und es wird empfohlen, diesen Entladungszustand vorzugsweise zu benutzen.. Wie die Entladung als solche verläuft, sei noch kurz an Hand der Abb. 2 beschrieben.I at the two terminals and 2, the device according to Fig. I the normal power of 50 cycles through the ohmic resistor 3 and the inductors 4 and 5, respectively. 6 is the transformer that transforms the voltage to the required level of at least a few thousand volts and generates the potential difference necessary for flashover. 7 and 8 are the two spark gaps; Let S be the one that contains the sample to be examined, while 7 represents the spark gap designed as a quenching spark gap. As already stated above, the two spark gaps are connected in series. 9 is a variable capacitance, ii a variable self-inductance, which is coupled to the inductance 12 in an inherently arbitrary manner, while io is an ohmic one. Represents resistance that may still be present in the circle. The just described circuit 7 to i i is coupled with a second circuits 12 to 1 to 5, which itself contains also inductance, capacitance and an ohmic resistance. A current measuring instrument 15, which is used to indicate the resonance position of the two circles by displaying the maximum deflection, is recommended, but not absolutely necessary. It is advisable to operate the spark gap 7 in an atmosphere that promotes safety: the extinguishing effect and thus creates defined discharge conditions. For operation, the circle 7 bis, ii is first set to a certain wavelength, if necessary, with the establishment of the resonance. Then circles 7 to ii and 12 to 15 are coordinated with one another. For this setting, it is generally advantageous to adjust the coupling between the. to make both circles as loose as possible and only after the data. of the two circles are chosen so that the desired wavelength is reached, the coupling gradually tighten until it reaches the one. Has reached the level required for a clean extinguishing effect. It should be expressly noted here that both too loose and too tight coupling are disadvantageous for the discharge conditions, since if the setting is incorrect, either the energy transport into the secondary circuit is too slow or the reaction of the circuit 12 to 15 on the circuit 7 until il is too large and the spark gap can re-ignite and otherwise unexpected disruptive discharge conditions can be caused. Apart from the initial maximum deflection of the instrument 15, the occurrence of a clean extinguishing effect can be recognized by the evenly quiet and hissing work of the two spark gaps 7 and 8, and it is recommended to use this discharge state preferably. Like the discharge runs as such, is briefly described with reference to Fig. 2.

In Abb.2 wird durch die Kurve i der Spannungsverlauf an den Klemmen. i und 2 bei Verwendung von 5o Perioden normalem Starkstrom dargestellt. An. den mit c bezeichneten Stellen findet jeweils eine Entladung statt, die zu einem kurzen Zusammenbruch der Spannung führt. Die Form der Entladung wird. im allgemeinen so verlaufen, wie es die darunterstehenden Kurven darstellen, und zwar stellt die Kurve 2 den. Spannungsverlauf an der Funkenstrecke 7 und 8 dar, wenn eine stark gedämpfte Schwingung angenommen ist, die auf den Kreis 12 bis 15 durch die Koppelungsspule 11, 12 wirkt und in diesem einen Spannungsverlauf hervorruft, wie es teilweise durch die Kurve 3 dargestellt ist. Die in dem Kreis 12 bis, 15 vorhandene Dämpfung bewirkt ein allmähliches Abklingen der Schwingung, das hier indessen nicht weiter interessiert und daher unberück= sichtigt bleibe.In Fig.2, curve i shows the voltage profile at the terminals. i and 2 are shown using 50 periods of normal heavy current. At. the with c designated places a discharge takes place, which leads to a short Collapse of tension leads. The shape of the discharge will be. generally like that run as shown by the curves below, namely the curve 2 den. Voltage curve at the spark gap 7 and 8 when a strongly damped Vibration is assumed to affect the circle 12 to 15 by the coupling coil 11, 12 acts and causes a voltage curve in this, as it partially through curve 3 is shown. The damping present in the circle 12 to 15 causes a gradual decay of the oscillation, which is of no further interest here and therefore remain disregarded.

Durch die dargestellte gedämpfte Schwingung an den Funkenstrecken 7 und 8 ist schon eine weitgehende Festlegung der Entladungsbedingungen und damit eine gute Reproduzierbarkeit des Spektrums gegeben. Für feinere Untersuchungen empfiehlt es sich jedoch, wie schon oben erwähnt, möglichst in dem Zustand der idealen Stoßerregung zu arbeiten, dessen Ablauf durch die folgende Kurve dargestellt wird. In, diesem Falle besteht die Entladung einfach darin, daß eine Halbwelle sich über die Funkenstrecke entlädt und beim ersten Durchgang durch o wieder erlischt. Es bedarf hier keiner näheren Ausführung, daß die Dauer, über die sich dieser Entladungsvorgang erstreckt, von den elektrischen Daten des Kreises abhängig ist, funkentelegraphisch gesprochen von der Wellenlänge. Je größer die Wellenlänge ist, um so länger dauert dieser Entladungsvorgang, je kürzer die Wellenlänge ist, um so kürzer ist der Entladungsvorgang.Due to the damped oscillation shown at the spark gaps 7 and 8 is already an extensive definition of the discharge conditions and thus a good reproducibility of the spectrum is given. Recommended for more detailed examinations However, as already mentioned above, the state of ideal shock excitation is as good as possible to work, the sequence of which is shown by the following curve. In this The case of the discharge consists simply in the fact that a half-wave spreads across the spark gap discharges and goes out again the first time through o. There is no need here more detailed explanation that the duration over which this discharge process extends, depends on the electrical data of the circuit, in terms of radio telegraphy on the wavelength. The longer the wavelength, the longer this discharge process takes, the shorter the wavelength, the shorter the discharge process.

Es empfiehlt sich im übrigen noch, die Funkenstrecke 8, die das Untersuchungsmaterial enthält, durch besondere Mittel, wie Bestrahlung mit ultraviolettem Licht oder radioaktiven Stoffen oder durch Anblasen mit ionisierter Luft, in ihrer Entladung zu unterstützen. Man erreicht hierdurch, daß die Funkenstrecke 7 noch weiter die Bedingungen für die Entladung dem gesamten. Kreise aufdrückt und so besonders leicht den Zustand der idealen- Stoßerregung hervorzurufen. gestattet. An sich ist es einerlei, mit welchen Mitteln der Eintritt der Entladung der Funkenstrecke 8 begünstigt wird; bemerkt sei nur, daß sich die Verwendung von ionenhaltiger Luft insofern als besonders günstig herausgestellt hat, als. hierdurch eine weitere Kühlung des Untersuchungsmaterials leicht erreicht wird, indem man z. B. diese Luft, ehe sie die Probe der Funkenstrecke 8 be-#streicht,- über einen glühenden Körper leitet, der beispielsweise mit Erdalkalioxyd bestrichen ist. Die Luft nimmt dann von diesem Körper die Ionen mit; die dabei eintretende Erwärmung ist so gering, daß immer noch eine gute Kühlung an der Funkenstrecke 8 erzielt wird.It is also recommended that the spark gap 8, which is the test material contains, by special means, such as irradiation with ultraviolet light or radioactive Substances or by blowing ionized air on them to support their discharge. It is thereby achieved that the spark gap 7 still further the conditions for the discharge to the whole. Circles and so particularly easy the state the ideal shock excitation. allowed. In itself it doesn't matter with which means the occurrence of the discharge of the spark gap 8 is favored; It should only be noted that the use of air containing ions is so special has turned out favorably than. This provides a further cooling of the examination material is easily achieved by e.g. B. this air before they test the spark gap 8 covers, - conducts over a glowing body, for example with alkaline earth oxide is coated. The air then takes the ions with it from this body; the occurring The heating is so low that there is still good cooling at the spark gap 8 is achieved.

Die Hinzufügung der Drosseln. 4 und 5 in den Starkstromkreis hat in erster Linie den Zweck,' zu verhindern, daß bei Eintritt einer Entladung über die Funkenstrecken. 7 und 8 von dem Transformator 6 eine zu starke Energienachfuhr erfolgt, die ein gutes Löschen verhindern würde. Man kann aber, wie oben schon auseinandergesetzt wurde, die elektrischen Größen der Stücke 3, 4, 5 und 6 so wählen, daß nicht nur, wie in den Abbildungen angegeben wurde, während jeder Halbwelle des Wechselstromes mehrere Entladungen stattfinden, sondern man kann. die Größen so einstellen, daß bei jeder Halbwelle nur eine Entladung erfolgt, ja, daß sogar nur jede zweite, dritte Halbwelle zu einer Entladung führt. In der Zeit, in der keine Entladung stattfindet, können sich dann die Funkenstrecken genügend abkühlen, so daß auf diese Art mit Sicherheit ein Glühendwerden der Proben vermieden werden kann.The addition of the thrushes. 4 and 5 in the power circuit has in primarily the purpose of 'to prevent a discharge over the Spark gaps. 7 and 8 there is excessive energy replenishment from the transformer 6, that would prevent a good erase. But you can, as already explained above choose the electrical sizes of pieces 3, 4, 5 and 6 so that not only as indicated in the figures, during each half cycle of the alternating current several discharges take place, but one can. adjust the sizes so that with each half-wave only one discharge takes place, yes, that even only every second, third Half-wave leads to a discharge. During the time when there is no discharge, the spark gaps can then cool down sufficiently so that in this way with Safety glowing of the samples can be avoided.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method for spark spectral analysis in which a An oscillation circuit triggered by a high-voltage transformer is used, characterized in that the wavelength of the oscillation circuit is chosen to be so large becomes, d @ ate by @ its self-induction and capacitance of the transformer on resonance is set with the period of the power supply source.

2. The method according to claim i, characterized in that for the purpose of producing an arc discharge, the resonance by choosing a large self-inductance and a small capacitance for the purpose of manufacture spark discharge by choosing a small inductance and a large capacitance is set.

3. Facility for the implementation of the Procedure according to one of claims or z, characterized in that with the spark gap A quenching spark gap is connected in series for the spectral analysis. ¢. Facility according to claim 3, characterized in that that of a high-voltage transformer triggered oscillation circuit is coupled to a second oscillation circuit.