Электродуговой двухструйный плазматрон для спектрального анализа

006622 Изобретение относится к электротехнике, а именно к электродуговым устройствам, используемым для испарения вещества и возбуждения спектра элементов при эмиссионном спектральном анализе. Известна конструкция электродугового двухструнного плазматрона постоянного тока для спектрального анализа, содержащая две электродных головки, между которыми течет электрический ток. Каждая головка имеет электрод в виде стержня и сопло из трех электроизолированных плоских диафрагм с соосным электроду сопловым отверстием и каналами охлаждения. Оси сопловых отверстий расположены под острым углом друг другу. Расстояние между соплами плазматрона (по прямой, проведенной через центры сопел) составляет 30 мм (Ж. Жеенбаев, B.C. Энгельшт. Двухструйный плазматрон,Фрунзе; 1983 г.). Рабочей областью струи плазмы двухструйного плазматрона для испарения пробы и возбуждения спектра является зона слияния отдельных электродных струй. В данном плазматроне при угле 60 электродные струи сливаются на расстоянии 30 мм от плазменной головки, что требует больших расходов газа и большой силы тока для устойчивой работы плазматрона и создания благоприятных (оптимальных) условий возбуждения спектров. Плазменные струи на пути до зоны слияния теряют значительную часть энергосодержания. В связи с этим снижается интенсивность термического воздействия потока на вводимую порошковую пробу. Все это отрицательно влияет на проведение спектрального анализа. Кроме того,определенная часть пробы не входит во внутреннюю зону плазменных струй, а обтекает ее из-за больших расстояний между кончиком трубки для подачи пробы и местом слияний струй плазмы. Вследствие газодинамического столкновения струй при больших расходах газа появляются обратные потоки, препятствующие проникновению частиц порошка в плазму, а также уменьшается время пребывания частиц порошка в аналитическом участке из-за большой скорости плазменных струй, что приводит к потере чувствительности спектрального анализа. Наиболее приемлемым условием для хорошего вхождения вдуваемых порошковых проб и формирования аналитической зоны с повышенным эффектом воздействия на вводимые анализируемые материалы является наличие малых расстояний между соплами плазматрона. Известен двухструйный плазматрон, в котором достигнуто малое расстояние между соплами плазматрона благодаря срезам на них (а.с. СССР 1072773 Н 05 В 7/22, Н 05 Н 1/34, 08.10.1983 г.). Однако этот плазматрон предназначен для плазмохимии и плазменного напыления проволочных и дисперсных материалов. Он работает при больших расходах газа. Причем расстояние между срезами сопел составляет 15 мм. Наиболее близким техническим решением является электродуговой двухструнный плазматрон, состоящий из двух электродных головок, каждая из которых имеет стержневой электрод и сопло, состоящее из набора электроизолированных плоских диафрагм с соосным электроду сопловым отверстием и каналами охлаждения (Чылымова А. дис. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Москва, 1987 г. науч. иссл. инс-т. ГИРЕДМЕТ, 16 с. с ил.). Электрическое питание двухструйного плазматрона осуществляется от стандартных выпрямителей. Анализируемые вещества в виде тонкой струи аэровзвеси (порошок) или аэрозоля (жидкость) вводятся между струями плазмы. В этой конструкции минимальное расстояние между соплами составляет 22 мм и при угле слияния 60 плазменные струи сливаются на расстоянии 22 мм от сопел плазматрона,технологическая (рабочая) область плазменного потока располагается достаточно далеко от плазменных головок. Она образуется при достаточно больших расходах газа на плазменных головках, а при малых расходах электродные струи расходятся. Указанная конструкция обеспечила определенный прогресс, однако, и она обладает рядом недостатков. Главный из них связан с тем, что высокотемпературная зона дуги, примыкающая к электродам,остается вне технологической области плазмы. При этом доля частицы, попавшая в плазму после слияния струй, не превышает 40-50%. Время пребывания частиц в струе плазмы очень непродолжительное. Задачей изобретения является создание конструкции двухструйного плазматрона для спектрального анализа, позволяющей использовать высокотемпературную зону дуги, примыкающую к электродам, т.е. технологическую (рабочую) область плазмы. Это позволяет получить полное испарение вводимых материалов при меньших расходах газа и меньшей силе тока по сравнению с прототипом и повысить чувствительность спектрального анализа. Для решения постановленной задачи предлагается конструкция плазматрона, содержащая две электродные головки (анодную и катодную). Каждая головка имеет электрод, выполненный в виде стержня,и сопло из трех диафрагм с каналами охлаждения. Для максимального сближения струй плазмы на головках выполнены срезы под углом 30 к оси плазменного канала на расстоянии 1/3 части сопла от края обращенных друг к другу сопловых отверстий. При угле слияния струй 60 такой уклон головок плазматрона позволит сблизить срезы сопел плазматрона до 8 мм, и отдельные плазменные струи сливаются на таком же расстоянии, как между срезами сопел, где температура более высокая. На фиг. 1 изображена схема плазматрона, на фиг. 2 изображена схема охлаждения диафрагм водой. Устройство содержит электрод-катод 1, выполненный из вольфрама, имеет длинную расходуемую часть с резьбой, которая соединяется с охлаждаемым катододержателем 2, патрубок 3 ввода защитного газа, патрубок 4 ввода плазмообразующего газа, три медные диафрагмы 5, изоляторы 6, фиксирующие-1 006622 расстоянии между электродом и диафрагмами, каналы водяного охлаждения 7, сопловое отверстие 8,медный анод 11, выполненный в виде водоохлаждаемого цилиндра с плоской рабочей поверхностью,ввод охлаждающей воды 9, выход охлаждающей воды 10, электродные камеры 12 и 13, куда подается защитный газ. Электрическое питание двухструйного плазматрона для спектрального анализа осуществляется от выпрямителей, дающих напряжение 300 В, ток 30-100 А, к которым плазматрон подключается без балластных сопротивлений. Устройство работает следующим образом. В электродные камеры 12 и 13 подается защитный газ (аргон), а между диафрагмами подается плазмообразующий (аргон, азот и др.) газ. Для запуска плазматрона в каждую электродную головку при помощи высокочастотного генератора подается разряд, который зажигает вспомогательные дуги между электродами 1, 11 и диафрагмами 5. Ионизированный газ выдувается из плазменных головок и, встречаясь в зоне слияния, образует электрический канал, соединяющий электроды, по которому зажигается основная электрическая дуга. После этого вспомогательные дуги отключаются. При сближении плазменных головок струи плазмы должны испытывать отталкивающиеся силы,определяемые известным законом Ампера для магнитного взаимодействия двух проводников (Геворкян Р.Г. Курс физики, высшая школа, 1979 г., стр. 328-332). В предлагаемом плазматроне сила тока незначительна по сравнению с прототипом, т.к. он работает при силах тока (50 А) и меньших длинах струй плазмы. Плазменные струи, сформированные плазменными каналами предлагаемого плазматрона, не расходятся даже при очень малых расходах газа(1 л/мин), а в прототипе поток плазмы образуется двумя отдельными струями и между ними имеется сравнительно холодная зона, начиная с расхода 2,5 л/мин. В предлагаемом плазматроне электродные струи сливаются на расстояниях 8 мм от среза сопел в более высокотемпературной части отдельных струй. В этом случае уменьшается расстояние между кончиком трубки подачи пробы и местом слияния струй, из-за чего телесный угол в струе вводимого порошка уменьшается и создаются условия для полного вхождения проб в горячую зоны плазмы. При 60 углах слияния электродных струй создается хорошая направленность потока плазмы, которая увеличивает эффект естественного подсоса вводимых проб. Малая скорость и высокая температура плазменного потока увеличивают время пребывания частиц порошка в технологической зоне и способствуют интенсивному термическому воздействию на вводимые мелкодисперсные материалы, что обеспечивает полное испарение частиц пробы. В этом случае хорошо возбуждаются спектральные линии определяемых элементов и тем самым увеличивается чувствительность спектрального анализа даже при меньших силах тока и меньших расходах газа по сравнению с прототипом (см. таблицу). Сравнительная таблица чувствительности прототипа и заявляемого плазматронаL - расстояние между соплами плазматрона,I- сила тока,Gp- расход плазмообразующего газа,Gтp - расход транспортирующего газа. Из таблицы видно, что чувствительность анализа в заявляемом плазматроне по сравнению о прототипом повысилась для элементов V - в 3,3; Mo - в 16,7; Pb - в 40; и Sb - в 28,6 раза. Применение заявляемого плазматрона позволяет повысить чувствительность прямого количественного спектрального анализа порошковых проб для большего количества примесных элементов, даже при меньших силах тока и малых расходах газа. Это достоинство указывает на перспективность широкого-2 006622 применения заявляемого двухструйного плазматрона в спектроаналитической практике с большим экономическим эффектом по сравнению с прототипом. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Электродуговой двухструйный плазматрон для спектрального анализа, содержащий две электродные головки, расположенные под углом друг к другу, каждая из которых выполнена в виде стержневого электрода и сопла, соосного электроду, образованного из трех электроизолированных плоских диафрагм с каналами охлаждения, отличающийся тем, что каждая головка выполнена со срезом под углом 30 к оси плазменного канала, при этом срезы выполнены на расстоянии 1/3 части сопла от края обращенных друг к другу сопловых отверстий.