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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.