Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2030849
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ГЕНЕРАТОР ПЛАЗМЫ

Имя заявителя: Тоболкин Александр Савостьянович
Имя изобретателя: Тоболкин Александр Савостьянович 
Имя патентообладателя: Тоболкин Александр Савостьянович
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1992.03.31

Использование: для получения плазмы в газовых средах низкого и высокого давления. Сущность изобретения: генератор плазмы содержит генераторную лампу, например триод с выходной емкостью, не превышающей 7 пФ, анод которой через согласующую индуктивность величиной 2 4 мкГн и емкость соединен с электродом разряда, а сетка лампы через RC-цепь соединена с заземленным катодом. Анод лампы параллельно соединен с высоковольтным источником постоянного тока. Емкость и сопротивление RC-цепи выполнены регулируемыми по величине в диапазонах от 100 пФ до 4 мкФ и от 1,5 МОм до МОм соответственно.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для получения газовых разрядов с самовозбуждением в газообразных средах сложного химического состава низкого и высокого давления.

Известен генератор плазмы - плазменная горелка с индуктивной связью, предназначенный для получения плазмы с температурой 9000 К в целях использования в спектральном анализе. В упомянутом патенте с помощью автогенератора осцилляторного типа (LC-генератора), обеспечивающего синусоидальные колебания высокой частоты ( 40МГц), создают в диэлектрической камере индукционный разряд. Существование такого разряда определено узким диапазоном изменения электро- и газодинамических характеристик системы. Для возбуждения самостоятельного разряда предусмотрены система возбуждения и средства регулировки, что усложняет конструкцию в целом и снижает ресурс работы генератора плазмы [1].

Ближайшим из известных является высокочастотный генератор плазмы для получения одноэлектродного (факельного) разряда, описанного в работе [2]. Данный генератор построен по схеме с общим катодом и автотрансформаторной обратной связью. Эта схема характеризуется тем, что катод генераторной лампы соединен с корпусом (заземлен), постоянное смещение на управляющую сетку создается посредством постоянного резистора, а обратная связь с сеткой осуществляется через последовательную CD-цепь, у которой один конец сеточной индуктивности заземлен совместно с одним краем анодной индуктивности. Связь электрода с другим краем анодной индуктивности осуществляется посредством согласующей индуктивности. Этот же край анодной индуктивности связан с анодом генераторной лампы через разделительную емкость. В этой схеме возбуждение одноэлектродного разряда осуществляется принудительным образом. В частности, с помощью диэлектрического или металлического стержня, замыкаемого на электрод в момент формирования разряда. Самостоятельный разряд горит в открытой атмосфере. Мощность воздушного разряда составляет (20-45) Вт. Изменение мощности осуществляется через управление потенциалом защитной сетки лампы.

Предлагаемый высокочастотный генератор плазмы, как и известный, содержитплазмообразующий электрод, подключенный к генераторной лампе и высоковольтному источнику постоянного тока. Высоковольтный источник соединен через дроссель с анодом генераторной лампы, а через последовательно соединенные дроссель, емкость и согласующую индуктивность с электродом. При этом сетка генераторной лампы соединена с заземленным катодом лампы посредством RC-цепи, включающую параллельно соединенные сопротивление и емкость.

В отличие от известного, в предлагаемом генераторе плазмы электрод электроизолирован от RC-цепи, катода и сетки лампы, причем сопротивление и емкость RC-цепи выполнены регулируемыми по величине. Эта RC-цепь содержит по меньшей мере два параллельно соединенных сопротивления, подключенных через переключатель к регулируемому сопротивлению. В предлагаемой схеме генераторная лампа выполнена в виде триода с выходной емкостью не более 7 пф, а величина согласующей индуктивности выбрана в диапазоне от 2 до 4 мкГн. Для получения многообразия режимов генерации разряда величины регулируемых сопротивлений и емкостей выбраны в диапазоне от 1,5 кОм до 10 МОм и от 100 пФ до 4 мкФ соответственно.

На чертеже приведена эквивалентная схема предлагаемого генератора плазмы.

Схема содержит генераторный триод VLI, катод 1, которого присоединен непосредственно к корпусу (земле). С источником постоянного тока (на схеме не указан) анод 2 соединен через дроссель L _др3. Дроссель 3 и емкость 4 являются фильтром для высокочастотной составляющей анодного напряжения. Разделение постоянного и переменного тока в анодных и сеточных цепях обеспечивается дросселем L_др 3, разделительными конденсаторами C_p 5, C₁6, блоком конденсаторов 7 и переменным резистором R₁ 8. Одноэлектродный разряд 9 через электрод 10, согласующую индуктивность L₁11 и через разделительную емкость C_p 5 соединен с анодом 2.

Блок конденсаторов 7 собран из параллельно подключенных емкостей C₂, C₃...C_n-1, C_n с произвольным номиналом в диапазоне 50 пФ до 4 мкФ, один вывод которых соединен с корпусом, а другой через переключатель 12 - с сеткой лампы 13, с выводом переменной емкости C₁ 6 и с одним из выводов резистора R₁ 8. Другой вывод резистора R₁ 8 соединен через переключатель 14 с блоком параллельно подключенных постоянных резисторов 15 - R₂, R₃...R_n-1,R_n, один вывод которых подключен к клеммам переключателя, а другой - к корпусу. Блок сопротивлений 15 состоит из постоянных сопротивлений в диапазоне от 1,5 кОм до 10 МОм. Изменения сопротивления R₁ 8 осуществляется в диапазоне (0,2--47) кОм. Изменения емкости C₁6 осуществляется в диапазоне 50-2000 пФ. Второй вывод емкости C₁ 6 соединен с корпусом. Свободный конец электрода 10 заострен с радиусом закругления (0,5-0,1) мм.

Генератор плазмы работает следующим образом. Подается напряжение на накал лампы VLI (на схеме не указан). Осуществляется прогрев лампы VLI в течение (0,5-1) мин. Затем подается постоянное анодное напряжение U_ав диапазоне (1800-3500) В через дроссель 3 на анод 2 лампы. За счет автосмещения, создаваемое переменным резистором и каким либо сопротивлением R_n блока сопротивлений 15 (в зависимости от положения переключателя 14) и за счет нелинейного активного элемента - генераторной лампы VLI, преобразующее постоянное напряжение в переменное, в генераторе возникают установившиеся автоколебания, приводящие к самовозбуждению одноэлектродного разряда 9 со стержневого электрода 10. Изменением сопротивления в цепи сетки с помощью переменного сопротивления R₁ 8 или дискретным изменением с помощью переключателя 14, а и плавным изменением емкости C₁ 6 или дискретным изменением с помощью переключателя 12 устанавливается постоянная времени параллельной RC-цепи (rRC), которая управляет амплитудно-частотными характеристиками лампы. Рабочий режим генератора плазмы существенно отличается от известных LC-генераторов, создающих синусоидальные колебания постоянной амплитуды. Предлагаемый генератор осуществляет непрерывную работу в режиме самомодуляции, когда на синусоидальные несущие колебания с частотой (20-40) МГц накладываются импульсы напряжения с длительностью (2-50) мкс и частотой повторения от 0,2 до 10⁵ Гц. Причем в промежутке между импульсами амплитуда несущей не равна нулю, а составляет (0,02-0,03) от максимальной амплитуды в импульсе. Поэтому термин "Самомодуляция" введен с учетом специфических особенностей функционирования генератора плазмы, у которого отсутствует специально созданный модулятор, необходимый для создания модулированных колебаний. Специфика работы характеризуется тем, что именно в диапазоне предложенных параметров схемы возникает самопроизвольно (без внешнего воздействия) и непрерывно существует модуляция высокочастотных колебаний, приводящая к самовозбуждению при низком анодном напряжении (для самовозбуждения разряда в LC-генераторах требуется напряжения не менее 8 кВ) одноэлектродного разряда и устойчивому его горению. Широкий диапазон управления обеспечивает получение разряда в разнообразных формах (одноканальной, многошнуровой, диффузной, ветвеобразной и т. д) и разной мощности (в диапазоне 1-40 Вт). Разряд возбуждается с одного или нескольких острийных электродов. Повышенная устойчивость разряда обеспечивает возможность его генерации в топочных газах, пламенах, в парогазовых смесях и т. д. Наблюдается поверхностное распространение разряда по диэлектрическим материалам, самосжатие при замыкании второго конца разряда на металл. На некоторых режимах разряд существует в диэлектрических капиллярах с внутренним диаметром 20 мкм и более, при этом длина разряда составляет от 1 до 4 см.

Специфика новых режимов генерации разряда заключается еще в том, что всегда возникает плазма с крайне низкой температурой (500-1500) К. При такой температуре наблюдается слабая эрозия материала электрода или полностью отсутствует. В последнем случае ресурс работы генератора плазмы определяется ресурсом работы генераторной лампы.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ГЕНЕРАТОР ПЛАЗМЫ, содержащий плазмообразующий электрод, подключенный к генераторной лампе и высоковольтному источнику постоянного тока, который соединен через дроссель с анодом генераторной лампы, а через последовательно соединенные дроссель, емкость и согласующую индуктивность - с электродом, при этом сетка генераторной лампы соединена с заземленным катодом через RC-цепь, включающую параллельно соединенные сопротивление и емкость, отличающийся тем, что электрод электроизолирован от RC-цепи, катода и сетки лампы.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что генераторная лампа выполнена в виде триода с выходной емкостью не более 7n Ф, а величина согласующей индуктивности выбрана в диапазоне 2 - 4 мкГ.

3. Генератор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что сопротивление и емкость RC-цепи выполнены регулируемыми по величине, а величины сопротивления и емкости выбраны в диапазонах 1,5 кОм - 10 МОм и 100 nФ - 4 мкФ соответственно.

Версия для печати
Дата публикации 18.12.2006гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов