更新时间:2022-09-13 14:54
高频发生器(radioffequency generator)又称射频发生器。电感耦合等离子体原子发射光谱/质谱等分析中用来产生等离子体炬的装置。它产生的高频电流输给电感线圈,以激励石英炬管(置于线圈中)内的氩气,形成等离子体焰炬。
ICP应用的高频发生器有自激式和他激式(晶控式)两种基本类型。自激式是由一个发射管同时完成振荡、激励和功率放大等功能,他激式则是振荡与激励和功率放大等分开。自激式的优点是电路简单、调试容易,当振荡电路参数变化引起频率迁移时,有自动补偿作用,对功率输出影响较小且造价较低,缺点是功率转换效率低,振荡频率稳定度不高(一般在5%~20%范围内)。他激式的主要优点是振荡频率稳定(频率变化一般低于10-4),功率稳定(变化小于1%),功率转换效率高,抗干扰能力强,可直读功率,此外由于采用了高频电缆,容易将ICP形成装置与发生器主体分开放置,给光源与各种摄谱仪空间位置的配合也提供了方便缺点是线路复杂,造价高。
作为ICP光源,高频发生器的主要指标有四项:工作频率、频率稳定度、输出功率和功率稳定度。
商品ICP仪器多采用较高的频率(27~50MHz)和较低的功率(1~2.5kW),而Greenfield等提倡采用大功率和较低频率的发生器,他们认为这种条件的优点是有较高的检出能力和精密度,而且能消除带状光谱的干扰和化学干扰。
已知趋肤深度S =(1/πσμf)1/2,式中σ是电导率、μ是磁导率、f是高频电流的频率,可见频率的变化直接影响到趋肤深度,亦即影响ICP通道的稳定性。因此,要求频率稳定度越高越好。
功率大小直接影响到ICP火焰的温度,所以要求功率稳定度较高,要求长时间工作无功率漂移,一般要求功率稳定度最好优于0.1%。
此外对高频防护有一定的要求,劳动部暂定安全标准,要求高频电场强度应小于20V·m-1,高频磁场强度应小于5A·m-1。
1.高频发生器的一般构造:高频发生器为一电能转换器,将市用电转换成高频电,并有必要的功率输出和特定的输出波型。按其构造,可分为三种类型:
(1)间隙火花震荡器:由间隙放电器、电感及电容组成回路,可产生震荡。用不同的电容和电感,可产生不同的频率和波型。装置较简单,但频率不稳、体积较大,现已少用。
(2)电子管震荡发生器:由电子管及电感电容组成回路,产生高频震荡。频率稳定,但体积大、频率低,有一定寿命。
(3)晶体管震荡发生器:频率稳定,体积小,重量轻,使用寿命长,效率高,是目前较理想的一种高频发生器。
2.按照激发形式,高频发生器主要有两类:
(1)“自激”式发生器(电子管自激振荡)。它能使振荡电流的频率随等离子体阻抗的变化而变化。自激式振荡器线路简单,振荡、激励、功率放大都由一个电子管同时完成,易与负载阻抗相匹配,易于点燃等离子体,但频率稳定度稍差。
(2)“它激”式石英稳频发生器(晶体控制振荡)。它是利用压电晶体的振荡来调节电流频率,从而保持频率的恒定。这种发生器的主要优点是振荡频率恒定,功率稳定,转换效率高,抗干扰能力较强。其结构比“自激”式发生器复杂,但在ICP商品仪器中的应用比自激式振荡器广泛。
他激式振荡器由晶体振荡、倍频、激励、功率放大等部分组成,频率稳定性高,但对输出阻抗的匹配要求较严,一般还配备阻抗匹配网络和稳定输出功率的定向耦合器等。一般要求高频发生器具有稳定的功率输出,对测量系统无电学干扰、功率转换效率高以及频率尽可能稳定等。
1.启动特性
2.初始电参数
3.功率因数
在电源电压和额定频率下工作时,高频发生器和和之配套的无极灯泡的功率因数不得小于0.95。
4.伏安特性
电源电压由0~185V到0~250V之间发生变化时,功率的变化范围不应超过额定电压下功率的±10%。
5.环境温度变化对功率的影响
当环境温度由-20℃~+50℃发生变化时,功率的变化范围不应超过常温下(25℃)时测得功率值的-25%~+5%
6.谐波
7.输出频率
8.外观
9.震动
应有良好的耐震性能,经震动(正弦)后内部结构无松动,脱焊现象
10.通断
高频发生器和和之配套的无极灯泡在接入0~185V/0~220V/0~225V电压,接通、关闭15000次后,不应出现故障。
11.故障率
高频发生器在正常工作条件下燃点一年时,其故障率不得高于2%。
ICP系统中的高频发生器的作用是向感应螺管提供高频电流。在高频发生器的螺管中产生的高频电流为ICP的工作提供了必不可少的振荡磁场。等离子炬的能量来源于高频发生器。当等离子体引燃后,负载线圈与等离子体组成类同一个变压器,负载线圈是这个变压器的初级线圈,而等离子休相当于一匝次级线圈:高频功率便通过负载线圈耦合到等离子体中去,使等离子体焰炬维持不灭。高频发生器的输出功率主要消耗在负载线圈发热、等离子体焰炬(入射功率)和部分地反射回来(反射功率)。
在输入一定范围的电源电压后,高频发生器产生2.65MHZ高频恒电压送给功率耦合器,由功率耦合器在玻壳的放电空间内建立静电强磁场,对放电空间内的大气进行电离,并生产强紫外光,玻璃泡壳内壁的三基色荧光粉受强紫外光激励发光。在电源设计上,由于采用APFC电源控制技术和采用IC技术,一方面使得电源的功率因数高达0.95以上;另一方面使得高频发生器始终以高频恒电压点灯。所以,输入的电源电压在一定范围内波动时,其发光亮度均不变。
对高频发生器的要求主要有:
1.高频发牛器的振荡频率一般为27.12MHz或40.68MHz,输出功率一般为1~1.5kW。
2.反射功率越小越好,一般要求小于10W。
3.要求高频发生器的输出功率有极好的稳定性,因为输送到ICP的功率只要有0.1%的漂移,发射强度就能产生超过1%的变化。因此,高频发生器的功率变化必须小于±0.05%。
4.高频发生器应有良好的接地装置,其接地电阻越小越好,一般以不超过4 Ω为宜。
1.将电源插头插入电源插座,电源必须接地线,然后连接脚踏开关。
2.取大小与电极板相仿的湿生理盐水纱布3~4层,平铺在电极板内面,然后紧贴病人大腿内侧或臀部后位,注意电极板必须与皮肤密切接触,病人身体任何部位不能接触金属手术床。
3.器械连接完毕后,仔细核对各线路是否连接无误。
4.打开高频发生器电源开关,指示灯、电凝、电切指示灯均点亮,调整电凝、电切指数。如报警灯点亮,则应重新检查各部分,找出故障所在。
5.新启用的高频发生器,使用前先在体外用一块瘦肉或肥皂放在水盆中试调,以证明仪器工作正常,且可调整电流大小。电流太小,切割困难,切下的组织粘在电切环上;过大则切割过深,组织损伤大,且电切环容易损坏。
6.如果仪器一直工作正常,突然在同样条件不能满意地电切或电凝组织,应暂时停止操作,检查电极板位置是否正常,所有高频电缆与插头是否连接牢固,以及电极尖端是否洁净,切勿盲目提高输出功率。