EA011792B1 - Head for analytical gas plasmotron - Google Patents
Head for analytical gas plasmotron Download PDFInfo
- Publication number
- EA011792B1 EA011792B1 EA200802031A EA200802031A EA011792B1 EA 011792 B1 EA011792 B1 EA 011792B1 EA 200802031 A EA200802031 A EA 200802031A EA 200802031 A EA200802031 A EA 200802031A EA 011792 B1 EA011792 B1 EA 011792B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- nozzle
- power electrode
- head
- plasma
- thin
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/30—Plasma torches using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приборостроению, а именно к аналитическим приборам для проведения спектрального анализа, и может использоваться в устройствах атомизации и возбуждения атомов анализируемых проб (далее по тексту устройства атомизации).The invention relates to instrument making, in particular to analytical devices for spectral analysis, and can be used in devices for atomization and excitation of atoms of analyzed samples (hereinafter referred to as atomization devices).
Устройство атомизации испаряет анализируемую пробу, обеспечивает атомизацию ее молекул, а также осуществляет возбуждение атомов пробы. Для этого оно разогревает пробу до температуры несколько тысяч градусов. Анализ пробы сводится к количественному определению содержания элементов таблицы Менделеева путем, например, измерения интенсивности аналитических спектральных линий элементов пробы в атомно-эмиссионном спектре с использованием ранее полученных градуировочных зависимостей. Устройство атомизации должно при этом отвечать ряду жестких требований:The atomization device evaporates the sample being analyzed, atomizes its molecules, and also excites the sample atoms. To do this, it heats the sample to a temperature of several thousand degrees. Sample analysis is reduced to a quantitative determination of the content of the elements of the periodic table by, for example, measuring the intensity of the analytical spectral lines of the sample elements in the atomic emission spectrum using previously obtained calibration curves. The atomization device must meet a number of stringent requirements:
гарантировать отсутствие в составе плазмы атомов материала силовых электродов;to guarantee the absence of atoms of the material of the power electrodes in the plasma;
обеспечивать стабильность параметров плазмы, что сказывается на воспроизводимости результатов анализов проб, проводимых в разное время;to ensure the stability of plasma parameters, which affects the reproducibility of the results of analyzes of samples carried out at different times;
иметь высокую надежность, простоту конструкции и высокую технологичность при изготовлении.have high reliability, simplicity of design and high manufacturability in the manufacture.
Известна конструкция плазматрона для нагрева материалов электрической дугой, образующейся между двумя электродами (см. А.С. СССР № 503601, МКИ В05В 7/00, 1976 г.), содержащего катод, сопло-анод и расположенную между ними межэлектродную камеру, а также коммуникации для подвода плазмообразующего газа. Анализируемая проба подается в межэлектродную камеру и затем вместе с потоком плазмы истекает через сопло-анод.Known design of the plasmatron for heating materials by an electric arc formed between two electrodes (see AS USSR No. 503601, MKI В05В 7/00, 1976), containing a cathode, a nozzle-anode and an interelectrode chamber located between them, as well as communications for plasma gas supply. The analyzed sample is fed into the interelectrode chamber and then, together with the plasma flow, flows through the nozzle-anode.
Основным недостатком известного устройства является попадание элементов пробы на катод и сопло-анод, что приводит к влиянию на результаты текущего анализа состава ранее анализируемых проб, т.е. наблюдается эффект «памяти».The main disadvantage of the known device is that the elements of the sample hit the cathode and the nozzle-anode, which leads to an influence on the results of the current analysis of the composition of the previously analyzed samples, i.e. there is a “memory” effect.
Наиболее близким к заявляемому устройству (прототипом) является конструкция двухструйного дугового плазматрона, содержащего разделенные в пространстве анодный и катодный узлы, каждый из которых содержит корпус с соплом, образованным несколькими электрически изолированными диафрагмами с соосными отверстиями, силовой электрод с тугоплавкой вставкой, размещенной на оси сопла, а также устройство для подачи плазмообразующего газа в межэлектродную камеру, образованную силовым электродом и корпусом с соплом (см. Ж.Ж. Жеенбаев и В.С. Энгельшт «Двухструйный плазматрон», с. 12-15, издательство «Илим», г. Фрунзе, 1983 г.). Анодный и катодный узлы располагаются так, чтобы между плазменными струями был угол около 60°. Зона слияния анодной и катодной плазменных струй обладает максимальной температурой, что позволяет эффективно использовать ее для атомизации и возбуждения пробы.Closest to the claimed device (prototype) is the design of a two-jet arc plasmatron containing anodic and cathode assemblies separated in space, each of which includes a housing with a nozzle formed by several electrically isolated diaphragms with coaxial holes, a power electrode with a refractory insert located on the nozzle axis as well as a device for supplying plasma-forming gas to the interelectrode chamber formed by the power electrode and the housing with a nozzle (see J. J. Jeenbaev and VS Engelsht "Dual-jet plasmatron", pp. 12-15, Ilim publishing house, Frunze, 1983). The anode and cathode nodes are located so that between the plasma jets there is an angle of about 60 °. The confluence zone of the anodic and cathodic plasma jets has a maximum temperature, which allows it to be effectively used for atomization and excitation of the sample.
Двухструйный плазматрон по сравнению с одноструйным плазматроном имеет существенное преимущество. Зона ввода пробы находится на пересечении плазменных струй, т. е. вне анодного и катодного узлов, поэтому элементы анализируемой пробы не попадают на электроды анодного и катодного узлов и не оказывают влияния на результаты последующих анализов, а наличие на силовом электроде тугоплавкой вставки позволяет минимизировать наличия в пробе материала силовых электродов.Two-jet plasmatron compared with a single-jet plasmatron has a significant advantage. The sample introduction zone is at the intersection of plasma jets, i.e., outside the anodic and cathodic assemblies, therefore the elements of the analyzed sample do not fall on the electrodes of the anodic and cathodic assemblies and do not affect the results of subsequent analyzes, and the presence of a refractory insert on the power electrode minimizes the presence in the sample material power electrodes.
Основным недостатком известного двухструйного плазматрона является конструкция плазмообразующей головки, используемой в качестве анодного и катодного узлов. Во-первых, это связано с наличием тугоплавкой вставки, размещенной на оси сопла. Известно, что тугоплавкая вставка имеет низкую электро- и теплопроводность и может быть подвержена эрозии.The main disadvantage of the known two-jet plasmatron is the design of the plasma-forming head used as anode and cathode units. Firstly, this is due to the presence of a refractory insert placed on the axis of the nozzle. It is known that the refractory insert has a low electrical and thermal conductivity and can be subject to erosion.
Во-вторых, конструкция корпуса с соплом образована несколькими электрически изолированными диафрагмами с соосными отверстиями. Для обеспечения герметичности головки в качестве электрических изоляторов используют резиновые прокладки, которые при постоянном нагреве подвержены быстрому старению, что может приводить к преждевременному неожиданному выходу головки из строя.Secondly, the nozzle housing design is formed by several electrically insulated diaphragms with coaxial holes. To ensure the tightness of the head, rubber gaskets are used as electrical insulators, which, with constant heating, are subject to rapid aging, which can lead to a premature unexpected failure of the head.
В-третьих, изготовление диафрагм и резиновых прокладок требует высокой точности и предъявляет особые требования к качеству используемых материалов. Даже незначительные технологические нарушения при сборке набора диафрагм могут приводить к их локальному перегреву и к загрязнению плазмы материалом диафрагм.Thirdly, the manufacture of diaphragms and rubber gaskets requires high accuracy and imposes special requirements on the quality of the materials used. Even minor technological disruptions when assembling a set of diaphragms can lead to their local overheating and contamination of the plasma with diaphragm material.
Задачей заявленного технического решения является разработка простой и надежной конструкции головки, пригодной для использования в аналитическом газовом плазматроне и свободной от указанных недостатков.The objective of the claimed technical solution is the development of a simple and reliable design of the head, suitable for use in an analytical gas plasmatron and free from the indicated disadvantages.
Эта задача в головке для аналитического газового плазматрона, содержащей корпус с соплом, размещенный соосно с соплом силовой электрод, систему охлаждения сопла и силового электрода, а также устройство для подачи плазмообразующего газа в межэлектродную камеру, образованную силовым электродом и корпусом с соплом, решена тем, что сопло и силовой электрод выполнены в виде аксиальносимметричных эквидистантных тонкостенных оболочек из материала с высокой электро- и теплопроводностью, стенки которых являются частью проточных каналов системы охлаждения.This task in the head for an analytical gas plasmatron, comprising a housing with a nozzle, placed coaxially with a nozzle, a power electrode, a cooling system for the nozzle and a power electrode, as well as a device for supplying the plasma-forming gas to the inter-electrode chamber formed by the power electrode and the housing with a nozzle, is solved by that the nozzle and the power electrode are made in the form of axially symmetric equidistant thin-walled shells of a material with high electrical and thermal conductivity, the walls of which are part of the flow channels of the system s cooling.
Выполнение сопла и силового электрода в виде тонкостенных оболочек из материала с высокой электро- и теплопроводимостью, например из меди, позволяет отказаться от тугоплавкой вставки и эффективно отводить тепло непосредственно из зон разогрева головки за счет более эффективного контакта материала оболочки с охлаждающей жидкостью, что исключает разогрев сопла и силового электрода до температуры, при которой возможно их испарение и попадание в пробу. При этом выполнение силовогоThe nozzle and the power electrode in the form of thin-walled shells made of a material with high electrical and thermal conductivity, such as copper, eliminates the refractory insert and efficiently remove heat directly from the heating zones of the head due to more efficient contact of the shell material with the cooling fluid, which eliminates the heating the nozzle and the power electrode to a temperature at which they can evaporate and enter the sample. In this case, the implementation of power
- 1 011792 электрода и сопла в форме аксиально-симметричных эквидистантных оболочек, выполненных, например, в виде фрагментов шара или эллипсоида вращения, позволяет исключить места локального пробоя, а следовательно, неконтролируемого локального разогрева.- 1 011792 electrodes and nozzles in the form of axially symmetric equidistant shells, made, for example, in the form of fragments of a ball or ellipsoid of rotation, eliminates local breakdown and, therefore, uncontrolled local heating.
Для эффективного охлаждения силового электрода внутри тонкостенной оболочки силового электрода вблизи сопла установлено отверстие канала системы охлаждения.For effective cooling of the power electrode inside the thin-walled shell of the power electrode near the nozzle installed the opening of the channel of the cooling system.
Для эффективного охлаждения сопла внутри тонкостенной оболочки сопла вблизи его продольной оси установлено отверстие канала системы охлаждения.For effective cooling of the nozzle inside the thin-walled shell of the nozzle near the longitudinal axis of the nozzle is installed the opening of the cooling system channel.
Выполнение сопла и силового электрода в виде охлаждаемых тонкостенных оболочек позволяет эффективно отводить тепло из зон максимального разогрева головки, а значит обеспечивать чистоту плазмы в аналитической зоне, что не имеет аналогов среди известных аналитических плазматронов, а значит заявляемое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».Performing the nozzle and the power electrode in the form of cooled thin-walled shells allows you to effectively remove heat from the zones of maximum heating of the head, and thus ensure the purity of the plasma in the analytical zone, which has no analogues among the known analytical plasmatrons, and therefore the claimed solution meets the criterion of "inventive step".
На фиг. 1 представлен общий вид заявляемой головки плазматрона.FIG. 1 shows a general view of the inventive plasmatron head.
На фиг. 2 и 3 представлены варианты выполнения заявляемой головки плазматрона.FIG. 2 and 3 presents embodiments of the inventive plasmatron head.
На фиг. 4 представлена схема образования плазменных потоков при работе двухструйного плазматрона.FIG. 4 shows a diagram of the formation of plasma flows during the operation of a two-jet plasmatron.
Представленное на фиг. 2 и 3 заявляемое устройство включает сопло 1, состоящее из тонкостенной оболочки 2 с проточным каналом 3, образованным отверстиями 4 и 5; силовой электрод 6, состоящий из тонкостенной оболочки 7 с проточным каналом 8, образованным отверстиями 9 и 10; устройство для подачи плазмообразующего газа, включающее газовый патрубок 11, соединенный с газовой полостью 12, охватывающей силовой электрод 6, электрически изолированный с помощью изолятора 13 от сопла 1.Presented in FIG. 2 and 3 of the claimed device includes a nozzle 1 consisting of a thin-walled shell 2 with a flow channel 3 formed by the holes 4 and 5; the power electrode 6, consisting of a thin-walled sheath 7 with a flow channel 8 formed by the holes 9 and 10; a device for supplying plasma-forming gas, comprising a gas nozzle 11 connected to a gas cavity 12, covering the power electrode 6, electrically isolated by means of an insulator 13 from the nozzle 1.
Представленная на фиг. 4 схема образования плазменных потоков при работе двухструйного плазматрона включает анодную головку 14 и катодную головку 15, между которыми расположена зона слияния 16 плазменных струй головок, в которую вводят анализируемую пробу 17.Presented in FIG. 4, the formation of plasma flows during operation of a two-jet plasmatron includes an anode head 14 and a cathode head 15, between which there is a confluence zone of 16 plasma jets of heads, into which the analyzed sample 17 is introduced.
Плазматрон работает следующим образом. Между силовым электродом 6 и соплом 1 в анодной 14 и катодной 15 головках возбуждают разряд поджига. С помощью плазмообразующего газа, поступающего в газовую полость 12 через газовый патрубок 11 и выходящего из сопла 1 каждой головки, формируют плазменные струи, в зоне слияния 16 которых происходит замыкание тока дуги между силовыми электродами 6 анодной и катодной головок 14 и 15, в результате чего достигается температура, достаточная для испарения, атомизации и возбуждения анализируемой пробы 17. Для исключения попадания в анализируемую пробу материала силовых электродов 6 или сопел 1 головок обеспечивается их интенсивное охлаждение, для чего во внутрь тонкостенной оболочки 7 силового электрода 6 через проточный канал 8, образованный отверстиями 9 и 10, подается охлаждающая жидкость и отводится нагретая жидкость, возникающая в зоне контакта охлаждающей жидкости с поверхностью силового электрода 6. Аналогичным образом осуществляется охлаждение сопла 1. Для этого через проточный канал 3, образованный отверстиями 4 и 5, подается охлаждающая жидкость и отводится нагретая жидкость из зоны нагрева сопла 1.The plasmatron operates as follows. Between the power electrode 6 and the nozzle 1 in the anode 14 and cathode 15 heads excite the ignition discharge. Using plasma-forming gas entering the gas cavity 12 through the gas nozzle 11 and emerging from the nozzle 1 of each head, plasma jets are formed, in the confluence zone 16 of which the arc current between the power electrodes 6 of the anode and cathode heads 14 and 15 occurs, resulting in a temperature is reached that is sufficient for evaporation, atomization and excitation of the sample being analyzed 17. To prevent material from the power electrodes 6 or nozzles 1 of the heads from getting into the analyzed sample, they are cooled intensively, for о inside the thin-walled shell 7 of the power electrode 6 through the flow channel 8 formed by the holes 9 and 10, coolant is supplied and the heated fluid that is generated in the zone of contact of the coolant with the surface of the power electrode 6 is removed. Similarly, the nozzle 1 is cooled. the flow channel 3 formed by the holes 4 and 5 is supplied with coolant and the heated liquid is discharged from the heating zone of the nozzle 1.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет эффективно охлаждать силовые электроды и сопла, что обеспечивает не только надежную и продолжительную работу плазматрона, но и сохраняет высокую чистоту плазмы, в которую подается анализируемая проба.Thus, the claimed device allows to effectively cool the power electrodes and nozzles, which ensures not only reliable and long-lasting operation of the plasmatron, but also preserves the high purity of the plasma, into which the sample being analyzed is fed.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006136978/06A RU2366119C2 (en) | 2006-10-18 | 2006-10-18 | Analytical gas plasmatron head |
PCT/RU2007/000546 WO2008054246A1 (en) | 2006-10-18 | 2007-10-09 | Head for analytical gas plasmotron |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA200802031A1 EA200802031A1 (en) | 2009-02-27 |
EA011792B1 true EA011792B1 (en) | 2009-06-30 |
Family
ID=39344504
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA200802031A EA011792B1 (en) | 2006-10-18 | 2007-10-09 | Head for analytical gas plasmotron |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA011792B1 (en) |
RU (1) | RU2366119C2 (en) |
WO (1) | WO2008054246A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2677223C2 (en) * | 2017-06-06 | 2019-01-16 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Method of manufacturing plasma-forming heads of a six-jet plasmatron |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2053076C1 (en) * | 1991-04-08 | 1996-01-27 | Российский институт технологии машиностроения "Сириус" | Torch for plasma working |
SU1669382A1 (en) * | 1988-06-29 | 1996-12-10 | Г.И. Щербаков | Electric-arc plasmatron |
US6121571A (en) * | 1999-12-16 | 2000-09-19 | Trusi Technologies Llc | Plasma generator ignition circuit |
RU55525U1 (en) * | 2006-02-17 | 2006-08-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вмк-Оптоэлектроника" | DOUBLE-ARC PLASMATRON FOR ATOMIC-EMISSION SPECTRAL ANALYSIS |
US20060196424A1 (en) * | 2003-01-31 | 2006-09-07 | Frank Swallow | Plasma generating electrode assembly |
-
2006
- 2006-10-18 RU RU2006136978/06A patent/RU2366119C2/en not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-10-09 WO PCT/RU2007/000546 patent/WO2008054246A1/en active Application Filing
- 2007-10-09 EA EA200802031A patent/EA011792B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1669382A1 (en) * | 1988-06-29 | 1996-12-10 | Г.И. Щербаков | Electric-arc plasmatron |
RU2053076C1 (en) * | 1991-04-08 | 1996-01-27 | Российский институт технологии машиностроения "Сириус" | Torch for plasma working |
US6121571A (en) * | 1999-12-16 | 2000-09-19 | Trusi Technologies Llc | Plasma generator ignition circuit |
US20060196424A1 (en) * | 2003-01-31 | 2006-09-07 | Frank Swallow | Plasma generating electrode assembly |
RU55525U1 (en) * | 2006-02-17 | 2006-08-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вмк-Оптоэлектроника" | DOUBLE-ARC PLASMATRON FOR ATOMIC-EMISSION SPECTRAL ANALYSIS |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA200802031A1 (en) | 2009-02-27 |
WO2008054246A1 (en) | 2008-05-08 |
RU2006136978A (en) | 2008-04-27 |
RU2366119C2 (en) | 2009-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8637812B2 (en) | Sample excitation apparatus and method for spectroscopic analysis | |
JP4963360B2 (en) | Portable atmospheric pressure plasma generator | |
JP5000350B2 (en) | Atomic analyzer | |
US20210285820A1 (en) | Spark emission spectrometer with separable spark chamber | |
US4060708A (en) | Metastable argon stabilized arc devices for spectroscopic analysis | |
US11143596B2 (en) | Spark emission spectrometer and method for operating same | |
EA011792B1 (en) | Head for analytical gas plasmotron | |
Li et al. | Spatial–temporal evolution and plasma parameters’ diagnosis of a transverse glow discharge in atmospheric pressure air | |
RU61974U1 (en) | HEAD FOR ANALYTICAL GAS PLASMATRON | |
JP2010009993A (en) | Solution plasma discharge device | |
US3508106A (en) | High-grade contaminationless plasma burner as light source for spectroscopy | |
JP2008077980A (en) | Ionic mobility meter and ionic mobility measuring method | |
Orejas et al. | Bidimensional characterization of the emission spectra in a direct current atmospheric pressure glow discharge | |
RU2007147155A (en) | METHOD AND DEVICE OF PLASMA-CHEMICAL SYNTHESIS OF NANO OBJECTS | |
US3242798A (en) | Plasma light source for spectroscopic analysis | |
CN210778482U (en) | Self-suction capillary tube electrospray ion source | |
RU55525U1 (en) | DOUBLE-ARC PLASMATRON FOR ATOMIC-EMISSION SPECTRAL ANALYSIS | |
RU2458489C1 (en) | Double-jet arc plasmatron | |
RU2298889C1 (en) | Two-jet arc plasmatron for atomic emission spectral analysis | |
Fandino et al. | Plasma regime transition in a needle-FAPA desorption/ionization source | |
Abdelradi et al. | Characterization of Atmospheric-Pressure DC-Glow Discharge in Contact with Liquid with a Miniature Argon Flow | |
SU191011A1 (en) | ELECTRIC ARC GAS HEATER | |
JP4881775B2 (en) | light source | |
JPH07110299A (en) | Glow discharge emission spectral analyzer | |
RU2362157C1 (en) | Method of obtaining local electric discharge in liquid and device to this end (versions) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KG MD TJ TM RU |
|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): BY KZ |