NL9000809A - Plasmagenerator. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven. Piasmagenerator.

De uitvinding heeft betrekking op een piasmagenerator uitgerust met een oscillatorketen met een afgestemd kwartgolflengte resonantiesysteem voor opwekking van een plasmaontlading in een door de generator te voeden inductiespoel voor verhitting van een aerosol dat een spectroscopisch te analyseren materiaal bevat.

Een dergelijke piasmagenerator is bekend uit EP 22404.

Een aldaar beschreven apparaat is uitgerust met een zendbuis en een oscillator met een kwartgolflengtegeleider resonantiesysteem voor het instandhouden van een hoogfrequent resonantietrilling met een frequentie van bijvoorbeeld ongeveer 40 tot 60 MHz voor voeding van een inductiespoel waarin een plasma wordt gevormd. De aldaar beschreven generator is voor reducering van volume en vooral ook van benodigde gloeistroom voeding uitgerust met slechts een enkele zendbuis waarvan de anode galvanisch is verbonden met een eerste - de actieve - geleider van het kwartgolflengtegeleider resonantiesysteem terwijl een tweede - de passieve - geleider van het resonantiesysteem capacitief met de anode van de zendbuis is gekoppeld.

Een bezwaar van een dergelijke generator is de relatief grote afmeting, vooral als gevolg van de relatief grote lengte van de kwartgolflengtegeleiders, die bijvoorbeeld voor 40 MHz ruim 1,5 meter bedraagt. Ook laat balancering van beide geleiders van het kwartgolflengte resonantiesysteem onderling vooral tijdafhankelijk gemeten, vaak te wensen over.

De uitvinding beoogt onder meer deze bezwaren te ondervangen en daartoe heeft een piasmagenerator van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding tot kenmerk dat kwartgolflengtegeleiders door ombuiging in meerdere delen zijn opgedeeld en voor onderlinge balancering althans één daarvan capacitief is gekoppeld met een hoogfrequent op nulpotentiaal gelegen onderdeel van de generator.

Doordat de kwartgolflengtegeleiders in een apparaat volgens de uitvinding niet langs een rechte lijn liggen kan de generator beduidend compacter worden uitgevoerd en kan door aan onderscheiden geleidergedeelten additionele functies te geven een verbeterde balancering worden gerealiseerd.

In een voorkeursuitvoering is de generator weer uitgevoerd met een enkele zendbuis en is aan de passieve geleider van het kwartgolflengte resonantiesysteem een instelbare capaciteit toegevoegd waardoor de symmetrie tussen beide geleiders steeds kan worden gecorrigeerd. In het bijzonder is de passieve geleider met een vaste capaciteit en met een instelbare capaciteit met een centraal nulpunt van het geleiderresonantiesysteem gekoppeld.

Voor een exacte instelling zijn in een voorkeursuitvoering in beide geleiders bijvoorbeeld gloeilampjes opgenomen die ter balancering op minimale helderheid instelbaar zijn.

In een verdere voorkeursuitvoering is in een secundaire resonantieketen met de inductiespoel een variabele capaciteit opgenomen waardoor de secundaire keten met inductie spoel en plasmaontlading optimaal aangepast kan worden aan de frequentie van de oscillator. In een voorkeursuitvoering is de capaciteit opgebouwd uit een vaste condensator en een variabele condensator waardoor een nauwkeurige instelling, nodig voor analyse van materialen van verschillende aard kan worden gerealiseerd.

In een verdere voorkeursuitvoering is de inductiespoel bijvoorkeur gezamelijk met het gehele secundaire circuit in hoogte instelbaar zonder dat hierdoor de gewenste frequentieinstelling en balancering wordt verstoord. Hiermede kan bijvoorbeeld de positie van een geactiveerde plasma inductiespoel optimaal worden aangepast aan een gegeven positie van een spectroscoop. Door de hoogteverplaatsing te beperken tot een homogeen traject van het kwartgolflengtekabelsysteem zijn reeds daardoor storingen in de afstemming gereduceerd. Bij voorkeur wordt bij de hoogteinstelling via een glijcontact of een flexibele verbinding galvanisch met centrale aarde van het kwartgolflengtesysteem onderhouden. Naar wens kan de hoogteinstelling handmatig met een motor of pneumatisch aangedreven worden uitgevoerd.

Voor koeling van de plasmainductiespoel en een spoel van de secundaire resonantieketen zijn deze bij voorkeur uit een holle pijp opgebouwd. De pijp is bij voorkeur via electrisch isolerende slangen met een koelvloeistoftoevoer gekoppeld. Bij de hoogteinstelling worden de slangen vervormd waartoe deze vervormbaar zijn uitgevoerd. Dit kan zowel door materiaalkeuze als door geometrie van de pijp.

Aan de hand van de tekening zullen in het onderstaande enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader worden beschreven. In de tekening toont, figuur 1 schematisch een basisschema voor een piasmagenerator volgens de uitvinding, figuur 2 en figuur 3 respectievelijk een actieve en een passieve kwartgolflengtekabel daarvoor, figuur 4 een voorbeeld van een, met een inductiespoel uitgeruste secundaire trillingskring daarvoor

In een schakelschema voor een oscillatorketen als weergegeven in figuur 1 zijn een zendbuis 1, een actieve kwartgolflengtegeleider 2, een passieve kwartgolflengtegeleider 4, een roosterschakeling 6 en een kathodeschakeling 8 aangegeven. De zendbuis 1 is een hoogfrequentbuis, met opgenomen in een geevacueerd huis 10, een anode 12, een rooster 14 en een kathode 16. De kathode is hieraan een zijde geaard en aan een andere zijde hoogfrequent ontkoppeld naar aarde met een condensator 18. De roosterschakeling 6 omvat hier een zelfinductie 22, een capaciteit 24, een weerstand 26 en eventueel een met aardpotentiaal verbonden stroommeter 28. De weerstand 26 kan, zoals aangegeven, tussen de zelfinductie 22 en de condensator 24 zijn aangesloten maar kan ook, onder toevoeging van een verdere condensator tussen de zelfinductie 22 en het rooster zijn aangesloten. De anode 12 is galvanisch verbonden met een eerste uiteinde 30 van de actieve geleider 2 van het kwartgolflengte resonantiegeleidersysteem. Aan een eerste uiteinde 32 van de passieve geleider 4 is een capaciteit 34 naar aarde gekoppeld. De kwartgolflengtegeleiders zijn overeenkomstig de uitvinding opgedeeld in, hier elk twee substantieel gelijke delen 31 en 33 respectievelijk 35 en 37. Nabij het eerste uiteinde 32 van de passieve geleider is naast de capaciteit 34 een capaciteit 39 opgenomen. Tussen een uiteinde 40 van het geleidergedeelte 33 en een middenpunt 42 en tussen een uiteinde 44 van het geleidergedeelte 37 en het middenpunt 42 zijn gloeilampen 50 en 51 opgenomen. Door de gloeilampen op gelijke, minimale helderheid in te stellen worden de geleiders onderling gebalanceerd. Hiertoe is een van de capaciteiten 34 of 39 als instelbare condensator uitgevoerd. Via een capaciteit 54, een zelfinductie 56 en een capaciteit 58 zijn uiteinden 40 en 44 van de geleiders met een voedingsspanningsklem 59 verbonden.

Figuur 2 toont een van de kwartgolflengtegeleiders, in casu de actieve geleider van de oscillatieketen meer gedetailleerd. Een eerste uiteinde 30 is verbonden met de hoogspanningsanode 12 van een zendbuis 1. Een eerste geleidergedeelte 31, in de vorm van een metalen strip, loopt parallel langs een geaard middenscherm 60 omhoog. Een uiteinde 62 van het eerste geleidergedeelte is via een metalen strip 64 met een aangepaste geometrie verbonden met een uiteinde 66 van een aan een tegenoverliggende zijde van het middenscherm omlaag lopende tweede geleidergedeelte 33 dat verder overeenkomstig het eerste gedeelte is uitgevoerd. Met behulp van isolerende afstandstukken 68 zijn de geleiderstrippen op een vaste afstand van bijvoorbeeld ongeveerd 5 cm van het middenscherm gemonteerd. Nabij het uiteinde 30 van het tweede geleidergedeelte is een condensator 46 opgenomen. Bij voorkeur is die uitgevoerd in de vorm van een metalen plaat die parallel met de geleiderstrip, tussen de geleider en het middenscherm is opgesteld. Voor instelling van de capaciteitswaarde kan de afstand tussen de metalen plaat van de condensator en de geleiderstrip worden gevarieerd. De variabele condensator 46 laat een eenvoudige frequentieaanpassing van de kwartgolflengtegeleider toe.

Figuur 3 toont, op overeenkomstige wijze geschetst, een voorbeeld voor een passieve geleider van het kwartgolflengte resonantiegeleidersysteem. Ook hier is een eerste geleidergedeelte 35 met een van een eerste uiteinde afgekeerd tweede uiteinde 70 via een strip 72 verbonden met een tweede uiteinde 74 van een tweede geleidergedeelte 37. Nabij het eerste uiteinde 32 van het eerste geleidergedeelte 35 is bijvoorbeeld een variabele condensator 39 en de vaste condensator 34 opgenomen. Door variatie van de condensator 39 en met behulp van de indicatie gloeilampen 50 en 51 worden de geleidergedeelten 35, 37 en de geleidergedeelten 31, 35 gebalanceerd.

Met afstandstukken 68 zijn ook hier de stripvormige geleidergedeelten 35 en 37 op een vaste afstand van ongeveer 5 cm van een middenplaat 60 gemonteerd.

Figuur 4 toont schematisch weergegeven een voorbeeld van een secundaire oscillatieketen 79 met een inductiespoel 80 waarin een plasmaontlading opwekbaar is. De keten toont verder twee geleiders 82 en 84, een capaciteit 86 en een tweede capaciteit 88 die hier is opgebouwd als instelbare condensator, waarmede de secundaire oscillatorkring kan worden aangepast aan impedantievariaties van een verschillend geladen inductiespoel. De beide geleiders 82 en 84 zijn met een electrisch geleidend verbindingsstuk 90 onderling verbonden.

Voor koeling bestaan de geleiders van de inductiespoel en de geleiders uit een doorlopende holle electrisch geleidende pijp die met isolerende aansluitstukken 92 en 94 is aangesloten op een koelvloeistofvoeding 96. Omdat er in een generator volgens de uitvinding in is voorzien dat de inductiespoel in hoogte instelbaar is zijn de verbindingsstukken 92 en 94 vervormbaar uitgevoerd bijvoorbeeld door gedeeltelijk gebruik te maken van buigzame slangen of door vormgeving van de pijp ter plaatse, bijvoorbeeld een spiraalvorm of door gedeeltelijke uitvoering als harmonica pijpen. Door middel van een glijcontact of andere flexibele geleidende verbinding blijft bij hoogtevariatie van de secundaire oscillatie keten 79 in electrisch contact met het geaarde middenscherm 60. Hierdoor blijft ook de inductiespoel 80 via de secundaire oscillatie keten met aarde verbonden. Dit is vooral gunstig waar een op hoogspanning staande inductiespoel tot electrische vonkontladingen aanleiding kan geven. Een dergelijke situatie doet zich door de opbouw bijvoorbeeld in het bijzonder bij massa spectrometrie voor.

Claims (10)

1. Piasmagenerator uitgerust met een oscillatorketen met een afgestemd kwartgolflengtegeleider resonantiesysteem voor opwekking van een plasmaontlading in een door de generator te voeden inductiespoel voor verhitting van een aerosol dat een spectroscopisch te analyseren materiaal bevat, met het kenmerk, dat kwartgolflengtegeleiders van de oscillatieketen in meerdere delen zijn opgedeeld en voor onderlinge balancering althans één daarvan capacitief is gekoppeld met een hoogfrequent op nulpotentiaal gelegen onderdeel van de generator.

2. Piasmagenerator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat die is uitgerust met een enkele zendbuis en waarin aan een niet met de zendbuis verbonden passieve geleider van de oscillatieketen voor instelling van geleidersymmetrie een extra capaciteit naar aarde is toegevoegd.

3. Piasmagenerator volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat aan de passieve geleider zowel een instelbare capaciteit als een vaste capaciteit is toegevoegd.

4. Piasmagenerator volgens één der conclusies 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat aan beide geleiders van de oscillatieketen ter onderlinge balancering symmetrisch opgestelde gloeilampen zijn toegevoegd.

5. Piasmagenerator volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat aan een secundaire resonantiekring met de plasmainductiespoel een instelbare capaciteit voor frequentieaanpassing aan impedantievariaties van de geladen inductiespoel is toegevoegd.

6. Piasmagenerator volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de capaciteit is opgebouwd uit een vaste condensator en een instelbare condensator.

7. Piasmagenerator volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een secundaire resonantiekring met de inductiespoel door verplaatsing over een homogeen gedeelte van kwartgolflengte resonantiegeleidersysteem zonder instelverstoringen in hoogte instelbaar in de generator is gemonteerd.

8. Piasmagenerator volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een secundaire resonantiekring met de inductiespoel via een flexibele electrische verbinding is verbonden met de aarde.

9. Piasmagenerator volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de secundaire resonantiedelen met inductiespoel is opgebouwd uit een, op een koelvloeistoftoevoer aansluitbare holle electrisch geleidende pijp.

10. Piasmagenerator volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat in de aansluiting aan een koelvloeistofvoeding vervormbaar uitgevoerde electrisch isolerende leidingen zijn opgenomen.