Способ электропитания графитового атомизатора

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ГРАФИТОВОГО АТОМИЗАТОРА(71) Заявители Волчек Владимир Николаевич Курейчик Константин Петрович(72) Авторы Курейчик Константин Петрович Волчек Владимир Николаевич(73) Патентообладатели Волчек Владимир Николаевич Курейчик Константин Петрович(57) Способ электропитания графитового атомизатора, характеризующийся тем, что при нагреве атомизатора до заданных температур во время сушки и озоления используют формируемый от источника напряжения переменный ток, а во время атомизации пробы - постоянный ток, при этом максимальное значение напряжения источника, служащего для формирования переменного тока, устанавливают не больше значения, вычисленного из выражения максататмакс (озмакс/атмакс),где ат - сопротивление электрической цепи, по которой проходит переменный ток атмаксмаксимальный ток атомизации пробы озмакс - максимальная температура озоления пробы атмакс - максимальная температура атомизации пробы, соответствующая максимальному току атомизации пробы. Изобретение относится к области атомно-абсорбционной спектрофотометрии и предназначено для использования в атомно-абсорбционном анализе и спектральном приборостроении. 17552 1 2013.10.30 Известен способ питания графитового атомизатора, согласно которому атомизатор нагревают электрическим током до заданных температур во время температурной обработки(сушки и озоления) и атомизации загруженной в печь исследуемой пробы, при этом электрической ток формируют из питающей сети 1. Принципиальным недостатком данного способа является высокая сложность реализации и низкая помехоустойчивость, что объясняется следующим. В режиме атомизации печь потребляет значительную мощность - 5 кВт и более, что требует использования силовой сети вместо обычной осветительной. Поскольку для регулирования температуры печи применяют тиристорные преобразователи, работающие с отсечкой части сетевого напряжения (тока), в сети возникают помехи, которые влияют на результаты измерений и снижают точность измерений. Известен также способ питания графитового атомизатора, согласно которому атомизатор нагревают электрическим током до заданных температур во время температурной обработки (сушки и озоления) и атомизации загруженной в печь исследуемой пробы, при этом электрической ток формируют из питающей сети 2. Недостатки данного способа аналогичны недостаткам способа 1. Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения концентрации элементов при использовании графитового атомизатора. Поставленная задача достигается тем, что в способе питания графитового атомизатора, согласно которому графитовый атомизатор нагревается формируемым от источника напряжения электрическим током до заданных температур во время температурной обработки (сушки, озоления) и атомизации загруженной в него пробы, во время атомизации нагрев печи производится постоянным током, а при температурной обработке - меняющимся током, при этом максимальное значение напряжения источника напряжения, служащего для формирования меняющегося тока, устанавливается не больше значения максататмакс озмакс/атмакс,где ат - сопротивление электрической цепи, по которой проходит меняющийся ток атмакс-максимальный ток атомизации пробы озмакс - максимальная температура атомизации пробы атмакс - максимальная температура атомизации пробы, соответствующая максимальному току атомизации пробы. На фигуре приведена схема устройства, реализующего данный способ. Устройство содержит зарядное устройство 1, аккумуляторную батарею 2, силовые ключи 3 и 4, источник переменного напряжения 5 и графитовую печь 6. В качестве ключа 3 может быть использован транзистор, в качестве ключа 4 - тиристор или силовой транзистор, можно также использовать любые другие ключи, например, контактные и включаемые вручную. Источник 5 выполнен в виде трансформатора, первичная обмотка которого подключена к сети 220 В, а вторичная обмотка через мостиковый выпрямитель подключена к силовому ключу 4. В качестве зарядного устройства 1 допускается использовать любое известное стандартное зарядное устройство для аккумуляторных батарей. С целью упрощения схемы устройство управления ключами не приведено. Способ реализуется следующим образом. В исходный момент времени ключи 3 и 4 разомкнуты, в графитовую печь 6 подают пробу, например, ручным дозатором. В этот момент времени на аккумуляторную батарею 2 от зарядного устройства 1 поступает зарядный ток и батарея заряжается. Стандартно водная проба обрабатывается путем нагрева ее до температуры сушки,пиролиза и атомизации с выжигом печи 1. Сушка пробы. Ключ 3 разомкнут. Зарядное устройство 1 заряжает батарею 2. Ключ 4 замыкают на время, при котором на графитовой печи выделяется тепловая энергия Тэ, требуемая для установления температуры сушки. ТэТ,(1) 2 17552 1 2013.10.30 где- напряжение на печи,- ток, протекающий через печь, Т - время замыкания ключей 3 и 4. В этом режиме температура печи несколько превышает 100 С, обычно равна 103 С,через печь проходит меняющийся (по амплитуде во времени, среднее значение неизменно) ток от источника 5. В зависимости от конструкции графитовой печи, сопротивление которой может меняться от 0,05 до 0,1 Ом, ток сушки не превосходит 10-13 А. Соответственно, напряжение на печи может достигать нескольких вольт. Например, для стандартной графитовой печи длиной 28 мм и диаметром 8 мм напряжение в режиме сушки может превышать 2-3 В. Учитывая, что переходные сопротивления контактов для подвода электрического тока к печи и сопротивление ключа 4 не равны нулю, имеет смысл выбрать напряжение порядка 5 В. Следовательно, потребляемая от сети мощность в режиме сушки пробы не превысит 100 Вт. В этот момент ключ 4 работает с отсечкой тока, при этом угол отсечки устанавливают исходя из величины тока сушки. Пиролиз пробы. Ключ 4 замыкают на время, при котором на графитовой печи выделяется тепловая энергия (1), достаточная для ее нагрева до 500-800 С. При этой температуре из пробы удаляется органика. Через печь проходит меняющийся ток от источника 5. Ключ 4 также работает с отсечкой тока, однако угол отсечки значительно увеличен по сравнению с режимом сушки. При напряжении 5 В и сопротивлении печи 0,05 Ом ток печи может достигать примерно 100 А,что приводит к повышению температуры печи более 800 С и к потере части пробы. По этой причине требуется использовать отсечку тока для снижения температуры до 800 С. Ток печи в режиме озоления составляет примерно 50-80 А, при этом потребляемая мощность от сети не превысит сотен ватт при напряжении источника 5, равном 5 В. Атомизация пробы. Ключ 4 разомкнут, а ключ 3 замкнут, зарядное устройство 1 выключено. За время атомизации - в среднем для стандартной печи диаметром 8 мм и длиной 28 мм оно равно 5 с температура должна поддерживаться от 1500 до 3000 С. При напряжении батареи 2, равном 18 В, ток атомизации может достигать 18/0,05360 А, что достаточно для быстрого разогрева атомизатора. Например, ток атомизации комплекса ГРАФИТ-2 не превышает данного значения. Поскольку в режиме атомизации потребление электрической энергии от сети не производится, сетевые помехи отсутствуют, точность измерений улучшается. В режиме пиролиза максимальное значение напряжения источника напряжения, служащего для формирования меняющегося тока, устанавливают не больше значения максататмакс озмакс/атмакс,где ат - сопротивление электрической цепи, по которой проходит меняющийся ток атмакс максимальный ток атомизации пробы озмакс - максимальная температура пиролиза пробы атмакс - максимальная температура атомизации пробы, соответствующая максимальному току атомизации пробы. Пусть ат 0,05 Ом, атмакс 360 А, озмакс 800 С, атмакс 3000 С тогда макс 0,0536080030005 В. Превышение напряжения более 5 В приводит к необходимости увеличивать отсечку тока при сушке и пиролизе, а следовательно, блок 5 недоиспользуется, затраты на его изготовление увеличиваются - повышение напряжение связано с увеличением расхода материалов. Максимальная мощность, потребляемая от сети 220 В, при пиролизе не превысит атмаксмакс 36051,8 кВт, а с учетом к.п.д 90 значения, примерно равного 2 кВт. Учитывая изложенное, для питания печи при температурной обработке пробы можно использовать обычную осветительную сеть, что значительно упрощает заявляемый способ 17552 1 2013.10.30 по сравнению с прототипом и повышает точность измерений путем снижения уровня сетевых помех, возникающих при работе силовых ключей. После атомизации включают зарядное устройство 1, которое заряжает батарею 2. Перечисленные отличительные признаки заявляемого способа не следуют очевидным образом из сегодняшних знаний в данной области науки и техники. Источники информации 1. Курейчик К.П. Импульсная атомная спектрометрия. Методы измерений. Аппаратура. - Минск Университетское, 1989. - С. 76-83. 2. Харланов В.А. Модернизация комплекса ГРАФИТ-2 путем замены существующей системы управления (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4