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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Analyse einer Festkörperprobe
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb
eines Funken- oder Bogen-Atomemissionsspektrometers mit den Merkmalen
des Anspruchs 17.
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Bei
der Analyse von Festkörpern
werden regelmäßig Funken-
oder Bogen-Atomemissionsspektrometer (AES) eingesetzt. Hierbei wird
eine Probe in einem definierten Abstand gegenüber einer Gegenelektrode plaziert.
Es ist bekannt, die Probe über
einen Niederhalter gasdicht gegen eine Funkenstandsöffnung zu
drücken.
Nach Positionierung der Probe wird eine Serie von Funken oder ein
Entladungsbogen mittels einer entsprechenden Spannungsversorgung zwischen
Elektrode und Probe gezündet,
wobei durch das von dem Entladungsbogen emittierte Licht ein materialspezifisches
optisches Spektrum aufgenommen werden kann. Solche Spektrometertypen erfordern
meist speziell geformte Probenkörper.
Es sind ferner Funken- und Bogen-AES mit beweglicher Abfunksonde
bekannt, die als miniaturisierter Funkenstand ausgebildet und oft
mit einem Handgriff versehen ist. Eine solche Abfunksonde ist über einen Schlauch
mit dem restlichen Spektrometer verbunden und kann auf nahezu beliebig
geformte Werkstücke
aufgesetzt werden, um deren Zusammensetzung zu analysieren.
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Als
Sicherheitsmaßnahmen
für Funken-
und Bogen-AES ist es bekannt, den gesamten Funkenstand in einem
Gehäuse
mit einer Tür
unterzubringen, welche durch einen elektrischen Kontakt über eine
Sicherheitsabschaltung verfügt.
Auf ähnliche Weise
ist es bekannt, Niederhalter zur Sicherung der Proben am Funkenstand
einzusetzen, welche mit Sicherungsmitteln ausgestattet sind. Weiterhin
ist es bekannt, am Funkenstand einen federnd und isoliert angebrachten
Hilfskontakt vorzusehen, mittels dessen feststellbar ist, ob eine
metallische Probe auf der Oberfläche
einer Abfunksonde aufliegt. Diese Variante hat den Nachteil, dass
der Prüfling
tendenziell von der Funkenstandsöffnung
weggedrückt
wird. Dadurch besteht die Gefahr, dass Luft in den Funkenstand eintritt,
der regelmäßig mit
einer Argon-Atmosphäre oder
anderen definierten Gasatmosphären versehen
ist. Kleinste Undichtigkeiten können
daher zu Fehlmessungen führen.
Zudem stellen solche Sicherheitskontakte grundsätzlich Anforderungen an die
Probenform und Probenoberfläche.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Analyse einer
Festkörperprobe
sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Funken- oder Bogen-Atomemissionsspektrometers
anzugeben, bei denen mit einfachen Mitteln eine erhöhte Betriebssicherheit
für eine
Bedienperson hergestellt ist.
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Diese
Aufgabe wird für
eine eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch,
dass eine Sicherheitsabschaltung der Vorrichtung aufgrund einer
Meßgröße erfolgt,
die mit einem Ladungsfluß in
der Elektrode korreliert ist, ist auf einfache Weise sichergestellt,
dass eine Bedienperson keinen elektrischen Schlag erhalten kann.
Dabei wird grundsätzlich
der Umstand genutzt, dass die bei einer Analyse einer Probe auftretenden
Ladungsflüsse,
Ströme
und Spannungen zwischen der Elektrode und dem Funkenstand beziehungsweise
der Probe eine andere Charakteristik aufweisen, als Ströme, die
von der Elektrode in einen menschlichen Körper fließen. Insbesondere wird dem
Umstand Rechnung getragen, dass Ladungsflüsse im menschlichen Körper erst
ab einer bestimmten Größe gefährlich sind. Einen
Anhaltspunkt hierfür
gibt die Europäische Norm
EN 61010-1:2001.
Demnach soll insbesondere keine Spannung von mehr als 70V Gleichspannung am
menschlichen Körper
anliegen, wobei in der vorbezeichneten Norm in Kapitel 6.3.1 eine
Ladungsmenge von 45 μC
als eine gefährliche
Grenze angesehen wird.
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In
bevorzugter Ausführung
ist die zumindest eine elektrische Größe ein die Elektrode durchfließender Strom,
dessen treibende Spannung im wesentlichen von einer ersten Spannungsquelle
der Versorgungselektronik erzeugt wird. Durch die Messung des Stroms
kann über
eine zusätzliche
Zeitmessung auf einfache Weise die geflossene Ladungsmenge ermittelt
werden. Alternativ oder ergänzend
kann die elektrische Meßgröße auch
eine Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und dem Aufnahmebereich
sein.
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Besonders
bevorzugt bestimmt das Meßmittel
die Meßgröße nach
einem definierten Zeitraum nach einem Startsignal. Hierdurch wird
die Messung erst nach einem Zündvorgang
des ionisierten Kanals durchgeführt,
während
dessen erhebliche Änderungen
der anliegenden Spannungen vorliegen. Diese Zündspannungen liegen jedoch
nur sehr kurzzeitig vor, so dass die hierbei fließenden Ladungsmengen an
sich noch keine ernste Gefährdung
für den menschlichen
Körper
darstellen.
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Allgemein
bevorzugt erfolgt eine Spannungsbeaufschlagung der Elektrode mittels
eines elektronischen Schalters. Hierdurch ist ein Startzeitpunkt
und eine hohe Geschwindigkeit des Schaltvorgangs auf einfache Weise
festlegbar.
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Weiterhin
bevorzugt umfaßt
das Meßmittel einen
Analog-Digital-Wandler,
wodurch auf einfache Weise eine Messung von Strom und/oder Spannung mit
nachfolgender elektronischer Auswertung der Meßwerte ermöglicht ist.
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In
bevorzugter Ausführung
umfasst das Meßmittel
einen Meßwiderstand.
Hierdurch kann beispielsweise ein Strom auf einfache Weise gemessen werden.
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Insbesondere
bevorzugt erfolgt die Sicherheitsabschaltung, bevor eine die Elektrode
durchfließende
Gesamtladungsmenge einen Grenzwert übersteigt. Hierdurch ist ein
besonders guter Schutz einer Bedienperson vor einem schädlichen
Stromschlag sichergestellt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Vorrichtung ein Funken-Atomemissionsspektrometer, wobei
eine Anzahl von Funken über
den Abstand zeitlich nacheinander erzeugbar sind. Dabei erfolgt die
Sicherheitsabschaltung besonders bevorzugt dann, wenn über eine
vorgebbare Anzahl von einzelnen Funken jeweils die Sollvorgabe der
elektrischen Meßgröße nicht
erreicht ist. Hierbei wird dem Umstand Rechnung getragen, dass auch
bei regulären Messungen
mit einem Funken-AES gelegentlich der eine oder andere Zündvorgang
keinen ordnungsgemäßen Funken
ausbildet. Allerdings fließen
bei einem einzelnen Funken nur sehr geringe Ladungsmengen, durch
die allein noch keine für
den menschlichen Körper
schädliche
Ladungsmenge erreicht wird. Somit wird die Sicherheitsabschaltung
bevorzugt erst dann vorgenommen, wenn mehrere unmittelbar aufeinanderfolgende
Funken ein entsprechendes Meßsignal
liefern, das auf die Kontaktierung mit einem menschlichen Körper schließen läßt. Hierzu wird
auf einfache Weise ein Zählalgorithmus
gestartet, sobald ein erster nicht dem Sollbereich entsprechender
Funke durch das Meßmittel
erkannt wird. Eine Bedingung für
eine die Sicherheitsabschaltung kann zum Beispiel vorliegen, wenn
zehn als außerhalb
des Sollbereichs liegende Funken nacheinander dedektiert wurden.
Sollte hierbei keine Kontaktierung mit einer Bedienperson vorliegen,
so ist diese Abbruchbedingung auch der Qualität der Messung zuträglich. Eine
solche Aufeinanderfolge von ungünstigen
Funken ist statistisch so unwahrscheinlich, dass in diesem Fall
vermutlich eine schlechte Probenoberfläche vorliegt, die ohnehin zu
verfälschten
Messergebnissen führen
würde.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Vorrichtung ein Bogen-Atomemissionsspektrometer, wobei ein
im wesentlichen konstanter Entladungsbogen über einen längeren Zeitraum, typisch 0,5s–5s, über dem
Abstand erzeugbar ist. Hierbei erfolgt die Sicherheitsabschaltung
insbesondere bevorzugt, wenn die elektrische Meßgröße die Sollvorgabe während des
Zeitraums nicht einhält.
Im Falle des dauerhaft anliegenden Entladungsbogens muss eine Abschaltung
möglichst
schnell erfolgen, sobald ein Verlassen des Sollwertbereichs einen Stromfluss
durch einen menschlichen Körper
vermuten läßt.
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Allgemein
bevorzugt umfaßt
die Vorrichtung Zündmittel
zur Erzeugung einer kurzzeitig erhöhten Zündspannung, wobei zudem Mittel
zur zeitlichen Begrenzung der Zündspannung
vorgesehen sind. Während
des Zündvorgangs
ist im allgemeinen mit einer sehr hohen zeitlichen Änderung
der elektrischen Kenngrößen im Elektrodenbereich
zu rechnen, so dass eine Sicherheitsabschaltung aufgrund einer abgegriffenen
Meßgröße des Zündvorgangs nicht
sehr zuverlässig
ist. Durch die zusätzlichen
Mittel zur zeitlichen Begrenzung der Zündspannung kann jedoch eine
maximale durch die Zündspannung bedingte
Ladungsmenge zuverlässig
begrenzt werden. Insbesondere bevorzugt umfassen die Mittel zur zeitlichen
Begrenzung der Zündspannung
einen elektronischen Schalter zum Überbrücken einer Zündspule,
wodurch die während
der Zündung
fließende
Ladungsmenge auf besonders einfache Weise begrenzbar ist.
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In
einer alternativen oder ergänzenden
Ausführung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
umfassen die Meßmittel
eine Testspannungsquelle, wobei ein Berühren der Vorrichtung durch
einen menschlichen Körper
zu einem durch die Testspannung bedingten Stromfluß führt, der
für den
menschlichen Körper
ungefährlich
ist. Ein solcher Stromfluß liegt insbesondere
dann vor, wenn ein menschlicher Körper mit einem für diesen
spezifischen Widerstand die Elektrode der Vorrichtung berührt. Bei
einem ordnungsgemäßen Anliegen
einer Probe ist die Elektrode regelmäßig über eine Gasatmosphäre von anderen
umliegenden Leitern isoliert, so dass der Teststrom regelmäßig null
ist. Es kann daher bevorzugt eine Sicherheitsabschaltung der Vorrichtung
bereits im Vorfeld eines Zündvorgangs
erfolgen, sobald die Meßmittel
einen testspannungsbedingten Stromfluß ermitteln, der außerhalb
einer Sollvorgabe liegt. Bei der Kontaktierung der Elektrode über einen
entsprechenden Widerstand, beispielsweise einen menschlichen Körper, wird
daher die Beaufschlagung der Elektrode mit einer Zünd- oder
Betriebsspannung von vorneherein unterbunden.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird für
ein eingangs genanntes Verfahren erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs
17 gelöst.
Dadurch, dass ein Abschalten des Ladungsflusses erfolgt, sobald
ein gewonnener Meßwert
einen vorgebbaren Sollwertbereich verläßt, kann auf einfache Weise eine
erhöhte
Betriebssicherheit des Spektrometers erreicht werden. Insbesondere
bevorzugt wird der Sollwertbereich dann verlassen, wenn die elektrische Meßgröße nach
einem vorgegebenen zeitlichen Differenzschwellwert über- oder
unterschreitet. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass ein
Zündvorgang,
der insbesondere vor der zeitlichen Differenz vollzogen ist, noch
nicht zu einem Vergleich der Meßgröße mit einem
Schwellwert beziehungsweise zu einer Abschaltbedingung führt.
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In
bevorzugter Weiterbildung umfaßt
das Verfahren insbesondere für
den Fall eines Funken-AES die Schritte e. wiederholtes Aufschalten
der Spannung mit einer Wiederholrate von mehr als 1 Hz, f. Starten
einer Zählschleife,
sobald ein erstes Aufschalten ein Über- oder Unterschreiten eines Schwellwerts
durch die Meßgröße ergibt,
und g. Zählen
der Anzahl aufeinander folgender Über- oder Unterschreitungen
eines Schwellwerts während
der Zählschleife
gemäß f., wobei
das Verlassen des Sollwertbereichs in Schritt d. einem Erreichen
einer bestimmten Anzahl in der Zählschleife
entspricht. Hierdurch wird eine zu häufige Abschaltung der Vorrichtung
aufgrund einer fehlerhaftern Messung, bei der kein elektrischer
Kontakt mit einer Bedienperson vorliegt, vermieden.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens
ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen
sowie aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Nachfolgend
werden vier bevorzugte Ausführungsbeispiele
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung des Probenbereichs einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
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2 zeigt
ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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3 zeigt
ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
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4 zeigt
ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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5 zeigt
ein Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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6 zeigt
einen zeitlichen Verlauf von Spannung und Strom eines üblichen
Funkens eines Funken-AES.
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1 zeigt
eine schematische Übersicht
eines Funken- oder Bogen-Atomemissionsspektrometers (AES). Ein Funkenstand 1 umfasst
ein mit einem Schutzgas wie etwa Argon begasbares Gehäuse 2 mit
einer Öffnung 3,
die gemeinsam einen Aufnahmebereich für eine Probe 4 ausbilden.
Die Probe 4 ist mittels eines mechanischen Niederhalters 5 auf
die Öffnung 3 gedrückt, so
dass das Gehäuse 2 kontrolliert
mit einer Gasatmosphäre,
insbesondere aus Argon, beströmbar
ist. In dem Gehäuse 2 ist
eine Elektrode 6 angebracht, die einen definierten Abstand 7 zu
der auf der Öffnung 3 festgelegten
Probe 4 aufweist. Elektrode 6 und Gehäuse 2 sind über Leitungen 8 mit
einer Versorgungselektronik 9 verbunden, so dass zwischen
der Elektrode 3 und der Probe 4 ionisierte Kanäle, beispielsweise
in Form von kurzen Funken oder auch länger andauernden Entladungsbögen, erzeugt
werden können.
Hierbei wird ein Teil der Probe 4 verdampft und zu einem
Plasma angeregt, dessen charakteristische Strahlung durch optische
Mittel einem Spektrometer zugeführt
wird. Hierzu ist ein Lichtleiter 10 vorgesehen, der den
Aufnahmebereich mit einer Spektrometereinheit 11 optisch verbindet.
Die Spektrometereinheit 11 hat auf an sich bekannte Weise
Eintrittsspalte 11a und Gitter 11b.
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Der
Lichtleiter 10 kann auch als flexibler Schlauch ausgebildet
sein, so dass der Bereich 1 insgesamt als bewegliche Abfunksonde
ausgebildet ist. Bei einer solchen Ausbildung kann insbesondere
auf einen besonders geformten Niederhalter 5 verzichtet werden,
so dass die Abfunksonde 1 gegen möglichst verschieden geformte
Proben gedrückt
werden kann. Insbesondere handelt es sich bei den Proben um Produkte
aus der metallverarbeitenden Industrie, beispielsweise Stahlrohre,
Platten, Drähte
etc.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 2 sind
Elektrode 6 und Gehäuse 2 bzw. Probe 4 nur
schematisch und bezüglich
ihrer elektrischen Kontaktierung dargestellt. Der Aufnah mebereich 2 ist
mit einer Masse einer ersten Spannungsquelle 12 der Versorgungselektronik 9 verbunden. Insbesondere
kann es sich dabei um Erdpotential handeln. Ein schneller Schalter 13 kann
die Elektrode 6 wahlweise mit der Masse kontaktieren oder
mit einer spannungsführenden
Leitung 14 der Spannungsquelle 12. Der Schalter 13 ist
als schneller, elektronisch ansteuerbarer Schalter ausgelegt. Hierzu
eignen sich Bauteile wie insbesondere MOS-FET-Elemente (Metal Oxide
Semiconductor Field Effect Transistor) und IGBT-Elemente (Insulated
Gate Bipolar Transistor).
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Mittels
der ersten Spannungsquelle 12 werden typisch Spannungen
zwischen 160 V und 500 V, zum Beispiel bevorzugt 200 V, bereitgestellt.
Diese Spannungen dienen der Aufrechterhaltung eines Funkens oder
Entladungsbogens, wobei durchaus große Ströme von einigen Ampere bis zu
mehr als 100 Ampere fließen
können.
Eine solche Spannung ist regelmäßig nicht
zur Zündung
des Funkens oder Bogens geeignet. Typische Abstände zwischen der allgemein
spitz ausgeformten Elektrode 6 und der Probe 4 betragen
0,5–5
mm.
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Zur
Zündung
eines Funkens oder Bogens ist eine Zündspannungsquelle 15 vorgesehen,
die zweckmäßig eine
Zündspule 16 umfaßt. Ein
Hochspannungspuls wird über
einen steuerbaren Schalter 17, entweder durch Öffnen oder
durch Schließen, ausgelöst. Die
Zündspule 16 ist
ebenfalls mit der Elektrode 6 kontaktiert. Sowohl die Kontaktierung zwischen
Elektrode 6 und Zündspule 16 als
auch die Kontaktierung zwischen Elektrode 6 und schnellem Schalter 13 durchläuft jeweils
eine hochspannungsfeste Diode 18. Durch die Dioden 18 ist
die richtige Polarität
der Elektrode 6 sichergestellt sowie eine Beeinflussung
der beiden Spannungsquellen 12, 15 vermieden.
Bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ist
die Zündspule 16 parallel
zu der ersten Spannungsquelle 12 angeordnet.
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Weiterhin
ist die Elektrode 6 über
eine Leitung 19 mit einem Meßmittel 20 verbunden.
Das Meßmittel 20 ist
als Analog- Digital-Wandler
ausgebildet, wobei die Potentialdifferenz zwischen Elektrode 6 und
dem Aufnahmebereich 2 bzw. der Probe 4 als elektrische
Größe gemessen
und in ein digitales Signal gewandelt wird. Ein Datenaustausch zwischen der
Versorgungselektronik 9 und dem Meßmittel 20 erfolgt über eine
Leitung 21. Die Leitung 21 überträgt sowohl Meßdaten als
auch Steuersignale für
den A/D-Wandler 20. Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
Zunächst ist
der schnelle Schalter 13 ausgeschaltet, so dass die Elektrode 6 auf
dem Potential des Aufnahmebereichs 2 bzw. des Funkenstandsgehäuses liegt.
Zur Vorbereitung werden ggf. Kondensatoren in den Versorgungen 12, 15 geladen.
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Sodann
wird der schnelle Schalter 13 geschlossen bzw. die Elektrode
mit der Leitung 14 kontaktiert. Unmittelbar danach oder
zeitgleich wird der Schalter der Zündspule 17 geschlossen,
so dass zum Startzeitpunkt ein Hochspannungspuls an der Elektrode 6 anliegt.
Der Startzeitpunkt wird entweder durch das Schließen des
Schalters 13 oder durch das Schließen des Schalters 17 definiert. 6 veranschaulicht
den Verlauf der Spannung und des Stroms der Elektrode 6 bei
Etablierung eines betriebsgemäßen Funkens
zur Materialanalyse. Der Startzeitpunkt liegt in der Zeitskala gemäß 6 etwa
bei 41 μs.
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Die
Dauer des Zündimpulses
selbst beträgt typisch
zwischen 100 ns und 300 ns. Falls eine metallische Probe 4 auf
dem Aufnahmebereich 2 aufliegt folgt hierdurch die Ausbildung
eines ionisierten Kanals bzw. eines betriebsgemäßen Funkens, so dass die nach
der Zündung
hauptsächlich
durch die Versorgung 12 bereitgestellte Spannung innerhalb
von 10–50 μs auf einen
Wert unter 40 V abfällt.
Dies ist die sogenannte Brennspannung des ionisierten Kanals bzw.
des Plasmas. Dabei fließt
ein Strom von typisch mehr als zehn Ampere.
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Nach
einer Zeitdifferenz von etwa 30 μs
nach Zündung
wird nun mit Hilfe des Meßmittels 20 die Spannung
zwischen Elektrode 6 und Aufnahmebereich 2 gemessen.
Liegt die gemessene Spannung in einem Bereich zwischen 20 V und
40 V, so ist von einem normal brennenden Lichtbogen zwischen der Probe 4 und
der Elektrode 6 auszugehen. In diesem Fall wird der Funken
fortgeführt.
Es ist ausgeschlossen, dass in diesem Zustand ein menschlicher Körper einen
Schlag erfährt,
da die während
des brennenden Plasmas abfallende Spannung nicht hoch genug ist.
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Ist
die Spannung höher
als 40 V, so hat sich vermutlich kein Plasma ausgebildet. In jedem
Fall ist der Funke dann für
analytische Zwecke unbrauchbar. Zudem kann nicht ausgeschlossen
werden, dass die von der Leistungsversorgung 12 erzeugte
Spannung einen für
den menschlichen Körper
gefährlichen Strom
erzeugt, falls z.B. die Hand einer Bedienperson an oder in der Nähe der Elektrode
anliegt. Falls daher die Spannungsdifferenz nach 30 μs einen Wert von
60 V übersteigt,
wird mittels des schnellen Schalters 10 die Elektrode 6 sofort
von der Versorgungselektronik 12 getrennt und mit der Masse
verbunden. Hierdurch liegt die Spannung des Generators 12 nur maximal
30 μs an
der Elektrode an.
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Unter
der Annahme, dass der menschliche Körper unter den gegebenen Bedingungen
einen Widerstand von etwa 2000 Ω aufweist,
fließen
während der
30 μs höchstens
Ladungen von 2,25 μC
durch den Körper.
Als gefährlich
gelten erst Ladungsmengen über
45 μC. Es
ist durch geeignete Dimensionierung der Zündspule sichergestellt, dass
auch durch den Zündspannungsanteil
keine Ladungsmenge durch den menschlichen Körper getrieben werden kann,
die in der Summe mit den Betriebsspannungsbedingten Strömen den
Wert von 45 μC
erreicht.
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Beim
Betrieb der Vorrichtung als Funkenspektrometer ist zu berücksichtigen,
dass auch bei einem normalen Betrieb gelegentlich keine betriebsgemäßen Funken
etabliert werden. Dies kann z.B. durch Unregelmäßigkeiten der Probenoberfläche bedingt
sein. Beim Betrieb mit Funkenanregung liegt eine Funkenfolgefrequenz
typisch zwischen 200 Hz und 800 Hz. Es ist zweckmäßig, eine
Abschaltbedingung für
die Vorrichtung dergestalt vorzuse hen, dass eine Abschaltung nur
erfolgt, wenn eine bestimmte Anzahl aufeinanderfolgender Funken
jeweils einen Sollbereich der elektrischen Meßgröße verläßt. Dabei ist sicherzustellen,
dass auch die durch die Anzahl der Funken summierte Ladungsmenge
unterhalb des kritischen Wertes von 45 μC bleibt. Zweckmäßig kann
eine Zählung
von 10 aufeinander folgenden Funken, die jeder für sich den Anforderungen an die
Spannungen und Ströme
eines ordnungsgemäßen Plasmas
nicht genügen,
eine geeignete Abbruchbedingung für eine Sicherheitsabschaltung
der Vorrichtung darstellen. Es ist statistisch äußert unwahrscheinlich, dass
bei einer geeigneten Probe und bei korrekter Justage eine solche
Anzahl von nicht ordnungsgemäßen Funken
nacheinander erfolgt.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
gemäß 3 stellt
hinsichtlich der Verschaltung eine alternative Anordnung gegenüber dem
ersten Ausführungsbeispiel
dar. Im zweiten Ausführungsbeispiel
ist die erste Versorgungsspannung 12 seriell mit der Sekundärwicklung
einer Zündspule 16 verschaltet.
Ein Kondensator 22 hält
aus schaltungstechnischen Gründen
die Zündspannung
der Spule 16 von dem schnellen Schalter 13 fern,
um diesen als Bauteil zu schützen.
Meßvorgang
und Bedingung für
eine Sicherheitsabschaltung entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel.
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In
einem dritten Ausführungsbeispiel
gemäß 4 sind
Ergänzungen
gegenüber
dem zweiten Ausführungsbeispiel
eingeführt.
Das Meßmittel 20 mißt die Spannung über einem
sehr kleinen Meßwiderstand 23,
der in der Kontaktierungsleitung des Aufnahmebereichs 2 seriell
angeordnet ist. Hierdurch wird nicht die über dem Abstand 7 anliegende
Spannung, sondern der durch die Elektrode 6 fließende Strom
gemessen. Durch die Messung des Stroms ist eine noch bessere Kontrolle
einer Abbruchbedingung zum Schutz eines menschlichen Körpers gegeben.
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Zudem
weist im dritten Ausführungsbeispiel die
Primärseite
der Spule 16 einen zusätzlichen, steuerbaren
schnellen Schalter 24 auf, mittels dessen die Zündspule 16 zu
einem definierten Zeitpunkt nach einer durch den Schalter 17 ausgelösten Zündung kurzgeschlossen
werden kann. Hierdurch ist die durch den Zündvorgang bereitgestellte Ladungsmenge
wirkungsvoll begrenzt. Insbesondere können auch stromstärkere Zündspulen 16 verwendet
werden, ohne das allein durch die Zündspule gesundheitsgefährdende
Ladungsmengen durch die Elektrode getrieben werden.
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In
einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel
gemäß 5 liegt
eine zusätzliche
Erweiterung gegenüber
dem dritten Ausführungsbeispiel
vor. Eine Testspannungsquelle 25 ist bei ausgeschaltetem
schnellen Schalter 13 über
die Wicklung der Sekundärspule 16 mit
der Elektrode 6 und dem Aufnahmebereich 2 elektrisch
verbunden. Neben der Spannungsquelle 25 ist ein Vergleichswiderstand 26 und eine
Schutzdiode vorgesehen. Eine zusätzliche
Meßleitung 28 greift
ein Potential am Vergleichswiderstand 26 ab, so dass zusätzlich zu
der im dritten Ausführungsbeispiel
beschriebenen Anordnung ein weiterer Meßwert durch den A/D-Wandler
auslesbar ist.
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Wird
nunmehr bei ausgeschaltetem schnellen Schalter 13, also
im Zuge der Vorbereitung einer Messung, ein Widerstand zwischen
der Elektrode 6 und dem Aufnahmebereich 2 angelegt,
bspw. durch Berühren
durch eine Bedienperson, so fließt ein durch die Testspannung 25 bedingter
Strom. Die Testspannung 25 ist dabei so niedrig, zum Beispiel einige
Volt, dass sie die berührende
Bedienperson nicht schädigen
kann. Der Spannungsabfall über dem
Vergleichswiderstand 26 indiziert somit ein Berühren der
Elektrode durch die Bedienperson oder auch durch Verschmutzungen,
Grate oder ähnliches. Durch
dieses Meßsignal
wird ein Einschalten des schnellen Schalters 13 von vorneherein
verhindert. Bei dieser zusätzlichen
Sicherheitseinrichtung gemäß 5 handelt
es sich um eine Komponente, die alternativ oder ergänzend zu
den zuvor beschriebenen Sicherheitsvorrichtungen einsetzbar ist.