DE1801115A1

DE1801115A1 - Elektronisches Ablesegeraet

Info

Publication number: DE1801115A1
Application number: DE19681801115
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Baxter Laboratories Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1967-10-13
Filing date: 1968-10-04
Publication date: 1969-05-14
Also published as: SE346188B; IL30824A; US3593007A; IL30824A0; GB1248954A; NL6814543A; FR1586950A

Description

PATENTANWÄLTE

dr. W. Schalk · dipl.-ing. P. Wirth · dipl.-ing. G. Dannenberg dr-V-Schmied-Kowarzik · dr.P. Weinhold

6 FRANKFURT AM MAIN

G*. ISCHINH EIMER STR. 89

3. Oktober 1968 1445-5

(PW)/Gu/Hd

BAXiDER LABORAiEORIES, INO. Morton Grove, 111. 60053 / USA

Elektronisches Ab^esegerät

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Ablesegerät zur Erzeugung von Ausgangsmeßwerten, die analogen Eingangssignalen entsprechen.

Die spektrophotometrische Analyse ist eine Methode der chemischen Analyse, die auf der Absorption des Lichtes einer bestimmten Wellenlänge durch die besondere Unreinheit in der zu untersuchenden Probe beruht. Die Geräte, die zu diesem Zweck benutzt werden, sind als Spektrophotometer bekannt. Diese Geräte messen die prozentuale Konzentration von verschiedenartigen bekannten Unreinheiten in dem Probestück durch Auswahl verschiedener auf das Probestück auftreffeüer Lichtwellenlängen.

Ein einfaches Spektrophotometer umfaßt eine Lichtquelle mit einer Streuvorrichtung für das Licht, so daß nur ein begrenztes Band das Probestück durchsetzt. Ferner ist ein Photode- . tektor vorgese- 909820/0829

hen, der ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt. Dieses Signal besitzt eine Amplitude, welche die Lichtmenge kennzeichnet, die bei ausgewählten Wellenlängen durch das Probestück gelesen wird. Dieser Wert wird gewöhnlich optische Durchlässigkeit genannt.

Obwohl das erfindungsgemäße Gerät nicht auf eine Verwendung auf dem Gebiet der Spektrophotometrie beschränkt ist, ist es in Verbindung mit den heute üblichen Spektrophotometern bdsonders nützlich. Solche Spektrophotometer liefern z. B. Meßwerte, die der optischen Übertragung oder Durchlässigkeit des zu prüfenden Probestückes entsprechen. Diese Meßwerte werden in Übereinstimmung mit dem bekannten Stand der Technik durch geeignete logarithmische Umwandlungstabellen oder ähnliche Tafeln in die optische Dichte oder Absorption ungewandelt, welche Meßwerte in direktem Verhältnis zu der prozentualen Konzentration der Unreinheit in dem Probestück stehen. Dieses ist das gewünschte Ergebnis.

Die vorliegende Erfindung stellt ein einfaches und verhältnismäßig preiswertes elektronisches Gerät dar, das z. B. in der Lage ist, auf den analogen bzw. entsprechenden Ausgang eines Spektrophotometers anzusprechen, das die optische Durchlässigkeit des Probestückes bei den bestimmten Wellenlängen darstellt und den analogen Ausgang in einen Meßwert der op* ti sehen Dichte des Probestückes bei den bestimmten während des Versuchs angewendeten Wellenlängen umzuwandeln. Darüber hinaus kann das Gerät direkt in

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prozentualer Konzentration geeicht werden, da diese linear mit der optischen Dichte verbunden ist, so daß die prozentuale Konzentration der bestimmten Unreinheit direkt durch das Gerät angezeigt werden kann.

Das Gerät nach der Erfindung arbeitet derart, daß es die im vorigen Abschnitt beschriebenen Ergebnisse dadurch liefert,

es den
daß / e analogen.Ausgang des Speitrophotometers in digitale Form umwandelt, welches die optische Durchlässigkeit darstellt, und daß eine Zähler/Drucker-Einheit durch die entstehenden Impulse über ein bestimmtes Zeitintervall betätigt wird. Das Zeitintervall ist bei einer Ausführungsform durch die exponentielle Entladekurve eines elektrischen RO-Stromkreises bestimmt, so daß die gewünschte logarithmische Umwandlung von der optischen Durchlässigkeit in die optische Dichte erzielt werden kann.

Ein Merkmal des bestimmten, zu beschreibenden Gerätes ist die Verwendung des gewöhnlichen 110-Volt-¥echselst*omnetzes mit 60 Hz als Norm für die digitalisierten Impulse. Durch diesen Kunstgriff bringt ein sehr einfacher Stromkreis Ausgangsimpulse hervor, die eine einheitliche Wiederholungsrate aufweisen, welche durch die stabilen Normen des gewöhnlichen Wechselstromnetzes gleichmäßig eingehalten werden.

Nach einem weiteren Merkmal kann das erfindungsgemäße Gerät aus Sausteingruppen zusammengesetzt sein. Diese Sauweise läßt es zu,

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daß andere Logiksciialtungen für andere Umwandlungen anstelle des obengenannten RO-Kreises eingesetzt werden können. Zum Beispiel kann das Gerät ein lineares Verhältnis aufweisen, so daß seine Meßwerte in linearem Verhältnis zum analogen Eingang stehen, eher als das oben beschriebene logarithmische Verhältnis.

Darüber hinaus können andere ^Baugruppen mit Schaltungen eingesetzt va?den, so daß die Meßwerte ein umgekehrtes logarithmisches Verhältnis haben, wie das z.B. eher durch äin Aufladen der RC-Schaltung erreicht wird, als durch Entladen der Schaltung.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Einheit nach der Erfindung;

Pig. 2 einen Schaltplan, teils in der Form eines Stromkreislaufs, teils in Blockform, bei dem ein linearer Typ der Kontrollschaltung zur Verwendung in dem Gerät nach Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 5 einen Schaltplan entsprechend dem der Fig. 2 mit einem logarithmischen Typ der Schaltanordnung für das Gerät und

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Pig. 4 und 5 zeigen Schaltpläne mit weiteren Einzelheiten des logarithmischen Hyps der Schaltanordnung nach . 3.

Das in fig, 1 dargestellte Gerät weist ein rechteckiges Gehäuse 10 und eine Prontplatte 12 auf. Ein Einschub 14 besitzt eine

-en
vordere Wand, die ein/Teil der Prontplatte bildet. Der Einschub schließt z. B. eine elektro-mechanische Zähler/Drucker-Einheit ein, die auf Eingangsimpulse anspricht und Ausgangs information in Übereinstimmung mit der Anzahl der Impulse, die in dezimaler Form auf einen Aufzeichner wie den Probestreifen 16 aufgenommen werden, aufzeichnet.

Die Zähler/Druckereinheit, die in der schematischen Darstellung von Pig. 2 mit 18 bezeichnet ist, kann von dem Typ sein, der von Presin Go., Inc. in Bridgeport, Connecticut hergestellt wird. Der Drucker 18 schließt z. B. eine Elektromagnetspule 20 ein, welche auf Eingangsimpulse anspricht und dadurch ein Einheiten-Druckrad von einer Winkelstellung zur nächsten dreht. Wenn das Einheiten-Druckrad die Position ¹MO? erreicht, wird ein Schalter 22 in der Einheit geschlossen. Dies betätigt einen Elektromagneten 24» welcher im Wechsel das Zehner-Druckrad der Einheit von einer Winkelposition zur nächsten dreht. Ebenso wird, wenn das Zehner-Druckrad die Position "100" erreicht, ein Schalter 26 geschlossen, welcher den Elektromagneten 28 betätigt. Dieser Elektromagnet dreht seinereeits das ^w1OOer"-Druckrad des Druckers von einer Position zur nächsten.

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Die Zähler/Druckereinheit dient daher dazu, die ankommenden Impulse zu zählen und führt die Gesamtzählung auf der vorher genannten Serie von Druckrädern durch, die durch die Elektromagneten 20, 24 und 28 gesteuert werden. Der Drucker schließt auch einen Elektromagneten zum Drucken 30 ein, welcher, sobald er betätigt wird, bewirkt, daß die von den Druckrädern eingerichtete Information auf dem Papierstreifen 16 gedruckt wird.i

Geeignete Vorrichtungen zum Nullstellen (Rückstellen), die nicht gezeigt sind, sind auch vorgesehen. Sie können betätigt werden, um alle Druckräder auf Null zurückzustellen.

Zwei zusätzliche Druckräder z. B. in der Einheit 18 können gesteuert bzw. betätigt werden, um eine laufende Kennzeichnung hervorzubringen, damit die verschiedenen Probestücke gekennzeichnet werden können, deren lestergebisse durch das Gerät aufgezeichnet werden. Das heißt, der erste Ausgang, der gedruckt werden soll, der dem ersten Probestück entspricht, kann mit ¹¹OI" bezeichnet werden, der zweite ^MO2^!f, der dritte "03" usw.

Diese Druckräder zur Kennzeichnung der Probestücke können z. B. durch Betätigung eines Hebelschalters 30 auf der Prontplatte auf Mg. 1 zurückgestellt werden. Ebenso können die Druck-, räder zur Kennzeichnung der Probestücke von Hand von einer Position zur nächsten weitergestellt werden, indem der Schalter hochgestellt wird.

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Ebenfalls auf der Frontplatte befindet sich ein Kippschalter 32, der als Hetzschalter für das Gerät dienen kann.

Die übrigen Schalteinrichtungen, die auf der Frontplatte der Figur gezeigt sind, werden in Verbindung mit dem Schaltplan des Stromkreises von Pig. 4 und 5 eingehener beschrieben were Diese Schalteinrichtungen schließen z. B. einen Schaltknopf ein, welcher, wenn er gedreht wird, dazu dient, mehr oder weniger liderstand in die'Verstärkungsregelung eines Verstärkers einzuschalten, wogegen 38 einen Schaltknopf darstellt, welcher ein Potentioeter in der Verstärkungsregelung des Verstärkers steuert. In dieser Weise bildet 36 eine grobe Verstärkungsregelung für den Verstärker, und 38 stellt eine feine Verstärkungsregelung dar.

Ein Schaltknopf 40 auf der Frontplatte dient dazu, verschiedene Widerstandswerte in den Entladeweg eines Kondensators im Stromkreis einzuschalten, welcher in Verbindung mit den Figuren 4 und 5 beschrieben wird. Der Schaltknopf bildet so eine grobe Entladeregulierung für den Kondensator, wogegen der Schaltknopf 42 din

/Ulie Potentiometer regelt, um eine Feinregerung&es Widerstandes zu

bewirken.

Ebenso werden ein Paar Anzeigelampen für einen Komparator, der in die ζα beschreibenden Stromkreise einbezogen ist, als 44 und 46 gezeigt. Wenn der Stromkreis an Spannung liegt und eingeschaltet ist, leuchtet die lampe 44 auf, um beispielsweise die Un-

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gleichheit zwischen den am Komparator anliegenden Signalen anzuzeigen. Wenn dann Gleichheit im Komparator erreicht ist, leuchtet die Lampe 4-6 auf und die Lampe 44 wird ausgeschaltet. Zur Erleichterung der Erkennung können diese Lampen mit geeigneten Filtern ausgestattet sein, so daß sie in verschiedenen Farben leuchten.

Ein weiterer Hebelschalter 50 kann angebracht werden, so daß der Bedienungsmann in der Lage ist, von Hand entweder das Ausdrucken eines bestimmten Probestückes zu unterbrechen, indem er den Schalter in seine obere Stellung bewegt, oder den Meßvorgang zu beginnen, indem er den Schalter nach tuben drückt, Geeignete bekannte Schaltungsanordnungen, die nicht gezeigt sind, können vorgesehen sein, um die vorgenannten Funktionen des Schalters 50 auszuführen.

Im Stromkreis nach Fig. 2 ist ein Transformator 100 vorhanden, dessen Primärwicklung an das normale 60-Hertz-Wechselstromnetz " von 110 Volt angeschlossen ist. Eine erste Sekundärwicklung des

Gleich-

Transformators 100 betätigt eine normale "€ittekspannungsquelle

geregelte 102, so daß man eine 24-VoIt-und eine/20-Volt-Gfleichstromspannung erhält. Stromkreise, die geeignet sind, diese Spannungen herzustellen, sind in der Technik gut bekannt und brauchen hier nicht eingehend beschrieben zu werden.

Eine zweite Sekundärwicklung des Transformators 100 ist durch eine Gleichrichterdiode 103 und durch zwei normalerweise offene

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Kontakte A des Eelais 11 an den vorher genannten Elektromagneten 20 des Einheiten-Druckrades des Druckers 18 angeschlossen. Die Gleichrichterdiode 103 dient dazu, den Wechselstrom, der an der Transformatorwicklung 100 auftritt, zu digitalisieren. Wenn die Kontakte A geschlossen sind durch Erregung ies Relais K1, werden digitalisierte Impulse von 60 Hz an den Elektromagneten 20 übertragen. Diese Impulse bewirken, daß sich das Einheiten-Druckrad von einer Winkelposition zur nächsten bei jedem aufeinanderfolgenden Impuls bewegt.

Die obengenannten Impulse werden auch durch ein Paar gewähnlich geschlossener Kontakte B des Relais K1 an eine nicht dargestellte Sammelschiene für die Rückstellung des Druckrades im Drucker 18 gegeben. Wenn die Impulse auf die genannte Sammelschiene gegeben werden, werden die Druckräder im Drucker 18 auf "0" zurückgestellt.

Der Schalter zum Anschalten 32 in dem Stromkreis von Pig. 2 betätigt, wenn er geschlossen ist, das Relais K1. Das Relais besitzt ein Paar Selbsthaltekontakte C, welche durch ein Paar normalerweise geschlossener Kontakte A eines Thermoverzögerungsrelais TJ3 an die positive Anschlußklemme der 24-Volt-Gleichspannungsquelle angeschlossen sind. Die Selbsthaltekontakte 0 des Relais K1 sind auch durch das Erregerelement des Thermorelais K3 an ein Paar normalerweise offener Kontakte A des Relais K2 angeschlossen sowie an den Drucker-Elektromagneten 30 des Druckers

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Der bewegliche Kontakt des normalerweise offenen Kontaktes A des Relais 2 ist geerdet. Das Relais K2 umfagt ebenfalls ein Paar normalerweise geschlossener Kontakte, die einen Anschluß von Ende an den Elektromagneten 20 des Rades zum Drucken dei: Einheiten des Druckers 18 vervollständigt.

Wenn das Gerät zum Ablesen nach der Erfindung in Verbindung mit einem Spektrophotometer gebraucht wird, welches durch den Block 104 in Fig. 2 bezeichnet ist, kann die auf 20 Volt eingestellt© Gleichspannung von der Stromversorgung 102 dazu benutzt werden, das Spektrophotometer zu betätigen. Wie oben erwähnt, bringt das Spektrophotometer ein analoges Ausgangssignal hervor, das z. B. die optische Übertragung oder Durchlässigkeit des zu prüfenden Probestücks darstellt. Dieses analoge Signal wird ebenso wie der Ausgang des Signal-Sägezahngenerators 108 auf einen Spannungskomparator 106 gegeben. Seide Einheiten 106 und 108 können eine beliebige, geeignete und bekannte Konstruktion aufweisen.

Zum Beispiel kann der Sikaai Sägezahngenerator 108 eine gewöhnliche Konstruktion haben, um ein linear ansteigendes Steigungssignal zu erzeugen, sobald die normalerweise geschlossenen Kontakte D des Relais U1, welche über den Eingang des Stgezahngenerators miteinander verbunden sind, geöffnet werden. Der Spannungekomparator 106 kann andererseits einen beliebigen bekannten Stromkreis aufweisen, um so einen Ausgang zu erzeugen, sobald das ansteigende Signal vom Sägezahngeneratorb108 eine

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Amplitude erreicht, welche deö Amplitude des analogen Signals vom Spektrophotometer 104 entspricht. Wenn dies geschieht, wird das Relais K2 erregt.

Solange das im Generator 108 erzeugte Sägezahnsignal eine lineare Charakteristik besitzt, tritt bei der Schaltung nach Pig. 2 keine Umwandlung auf. Die vom Drucker 18 ausgedruckten Werte stehen daher in direkter Beziehung zujdem vom Spektrophotometer 104 erzeugten ar.·*logen Signal. Die Schaltung kann geeicht werden, so daß die vom Drucker auf dem Streifen 16 der Pig. 1 ausgedruckten Werte direkt die optische Durchlässigkeit oder Transmission der vom Spektrophotometer untersuahten Probe angeben.

Solange daher der Einschalter 32 angeschlossen und ausgeschaltet ist, wird das Relais K1 betätigt. Die Selbsthaltekontakte ö halten einen Erregerstrom für das Relais K1 über die normalerweise geschlossenen Kontakte A des Thermoverzögerungsrelais K3 aufrecht, nachdem der Einschalter freigegeben ist.

Sobald das Relais K1 betätigt wird, schließen sich die Kontakte A, so daß die 60-Hz-Impulse des Gleichrichters 103 auf das Einheiten-Druckrad 20 des Druckdrs 18 übertragen werden. Die Druckräder des Druckers beginnen sich fau drehen und die Impulse zu zählen, die auf den Drucker in der vorher beschriebenen Weise übertragen worden sind.

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Zur gleichen Zeit wird ein Paar normalerweise geschlossener Eontakte !D des Relais K1 geöffnet, so daß der Sägezahngenerator 108 beginnt, die vorher genannten linear ansteigenden Ansteigsignale hervorzubringen. Die Amplitude des Ansteigesignals steigt linear an, bis sie die Amplitude des entsprechenden Signals vom Spektrophotometer 104 erreicht. In diesem Moment betätigt der Spannungskomparator 106 das Relais K2.

Das Betätigen des Relais E2 bewirkt, daß sich die normalerweise geschlossenen Eontakte des Relais E2 öffnen, so daß die Druckräder des Druckers angehalten werden, wenn das Zählen beendet ist und wenn dap vorher genannte Sägezahnsignal und die analoge Gleichheit der Signale durch den Komparator 106 abgetastet wurde. Sie normalerweise offenen Eontakte A des Relais E2 schließen sichel um so den Elektromagneten 30 zum Drucken an Spannung zu legen, welcher seinerseits bewirkt, daß die durch die Druckräder des Druckers 18 dargestellten Zahlen auf dem Papierstreifen 16 ausgedruckt werden, Ebenso wird das Thermoverzögerungsrelais" K3 betätigt und nach feinem Zeitintervall (Zeitspanne), das ausreicht, um die Ausführung des Drückens zu ermöglichen, öffnet es seine normalerweise geschlossenen Eontakte A, um das Relais E1 von derSpannungsquelle abzuschalten. Die Eontakte B des Relais E1 schließen jetzt, um den Drucker in seine Nullstellung zu stellen. Das Gerät ist für das nächste Probestück bereit.

Der Stromkreis von Pig. 3 ist dazu angelegt, um den Stromkreis von Pig. 2 zu ersetzen, wenn z.B. gewünscht wird, eine logarith-

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- ΐ3 -

mische umwandlung durchzuführen, d.h., wenn man die optischen Übertragungsmeßwerte des Spektrophotometers 104 in Meßwerte der optischen Dichte oder der prozentualen Konzentration umwandeln will, wie das schon oben dargestellt wurde.

Mathematisch ausgedrückt stellen sich die Verhältnisse wie folgt dar:

OJ. _s 1Og_1n .100 (1)

wobei: O.D. die Extinktion oder optische Sichte des zu untersuchenden Probestückes darstellt. T ist die Durchlässigkeit oder optische aÜbertragung des Probestückes, wie sie vom Spektrophotometer gemessen wird.

Q-P-SED _ ⁰-^I)-Probe (2)

conc_ST;D - conc_probe

wobei: O.D.gm-n die optische Dichte eines Normprobestücks ist;

concggjjj ist die prozentuale Konzentration eines Normprobestückes;

°-^D-probe ^^{st die 0}P^⁰⁰*¹⁶ Dichte des zu prüfenden Probestückes und

concp_rolje ist die prozentuale Konzentration des zu prüfenden Probestückes.

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-H-

Aus den obigen Gleichungen ist ersichtlich, daß durch die Herstellung einer exponentiellen Sägezahnkurve im Stromkreis yon fig. 2 ein logarithmisches Verhältnis zwischen dem Ausgang des Stromkreises und Ahm Signal von dem angeschlossenen Spektrophotometer erreicht werden kann* Das bedeutet, daß der Stromkreis direkt im Maß optische Dichte geeicht werden kann. Ebenfalls kann die prozentuale Konzentration des Probestückes durch das lineare Verhältnis, das in der Gleichung von Fig. 2 gezeigt ist, leicht bestimmt werden, und zwar entweder durch direktes Eichen oder durch einfache Umrechnung.

Dies wird erreicht durch den logarithmischen WandlungsStromkreis von Pig. 3. In diesem Stromkreis ist der Sägezahngenerator 108 durch einen Kondensator 0 ersetzt, der an eine der Eingangsanschlußklemmen A des !Comparators 106 angeschlossen ist. Das Spektrophotometer 104 ist über einen Verstärker 200 an die andere Eingangsanschlußklemme B des Komparators angeschlossen. Die Verstärkung des Verstärkers 200 ist durch Vorrichtungen wie z.B. ein Potentiometer 202 regulierbar.

Im Stromkreis won Pig. 3 hat das Relais K1 ein Paar normalerweise offener Kontakte E, welche dazu dienen, den Kondensator G an einen regulierbaren, geerdeten Widerstand R anzuschließen. Das Relais

auf weist ferner ein Paar normalerweise geschlossener Kontakte Έ/t die dazu dienen, den Kondensator G an eine genormte Bezugsspannung von z.B. 10 Volt anzuschließen.

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Durch den in Pig. 3 gezeigten Stromkreis wird klar, daß der Kondensator 0 auf 10 Volt geladen ist, z.B. durch, die Bezugsspannung über die normalerweise geschlossenen Kontakte E des

re Relais K1. Wenn dann das Relais K1 ereettgt wird, schließen

die
sich/normalerweise geöffneten Kontakte E und veranlassen so den Kondensator C, sich über den Widerstand R zu entladen» Diese Entladung ist bekannterweise exponentiell, so daß das Relais K2 durch den Komparator 106 erregt wird, nachdem eine vorbestimmte Anzahl von Impi^een auf den Drucker 18 übertragen worden ist, und zwar in Übereinstimmung mit dem logarithmischen Verhältnis, das durch die exponentielle Kurve dargestellt wirä.

Wenn der Stromkreis von Pig. 3 betätigt wird, wird zunächst ein Probestück,wie etwa klares Wasser, geprüft. Diesessweist z.B. eine 100 #ige optische Durchlässigkeit auf. Die Verstärkung des Verstärkers 200 wird durch Regulierung des Potentiometers 202 eingestellt, bis das Relais K2 erregt wird und einen Vergleich zwischen dem analogen Ausgang vom Spektrophotometer bei 100 jSiger Durchlässigkeit und dem voll mit 10 Volt aufgeladenen Kondensator C anzeigt. Die Verstärkung wird von diesem Punkt an leicht verringert, so daß der Komparator nicht ganz ausgelöst und K2 außer Strom gesetzt ist.

Das Normprobestück, das z.B. eine Durchlässigkeit von einer bekannten Prozentzahl kleiner als 100 # aufweist, wird dann geprüft. Der Einschalter 32 wird geschlossen, so daß der Kondensator 0 sich über den Widerstand R entlädt, bis die exponentiell

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abnehmende, an Komparator anliegende Spannung gleich ist der entsprechenden bzw. analoagen Spannung von dem Spektrophotometer, die dem Normprobestück entspricht. Wenn dann Gleichheit erreicht ist, arbeitet der Stromkreis in einer Weise, die der des Stromkreises τοη Fig. 2 ähnlich ist und die bewirkt, daß der Drucker 18 druckt und daß das System für das nächste Probestück nullgestellt wird. Der Widerstand R wird dann in der geeigneten Richtung justiert und aufeinanderfolgende Messungen werden vorgenommen, bis die gedruckten Meßwerte für das Normprobestück dieselsn sind wie die optische Dichte oder prozentuale Konzentration des NormprobeStücks. Die Einheit ist nun geeicht und betriebsbereit.

Der oben beschriebene logarithmische Typ der Steuerungsschaltung von Pig. 3 ist eingehender in Mg. 4 und 5 gezeigt. Wie in Pig. 4 dargestellt, kann der Verstärker 200 beispielsweise betriebsbereit sein. Der Ausgang vom Spektrophotometer 104 wird auf ein Paar Eingangsanschlußklemmen 300 des Verstärkers übertragen, von denen eine geerdet ist. Die nichtgeerdete Eingangsanschlußklemme 300 des Verstärkers ist durch ein Paar Widerstände 302 und 304 an die negative Eingangsanschlußlclemme des Arbeitsverstärkers 200 angeschlossen. Der Widerstand 302 kann z.B. 2,2 KOhm haben, und der Widerstand 304 8,2 KOhm. ■

Die Verbindung der Widerstände 302 und 304 ist durch zwei antiparallel geschalteter Dioden 306 und 308 an die Erde angeschlossen. Die Dioden werden nebengeschlossen (geshuntet)

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durch, einen 5 Mikrofarad Kondensator 310. Die Widerstände 302, 304 und der Kondensator 310 bilden eien geeigneten öO-Hertz-Mlter, so daß jede 60-Hertz-Sts?örung aus dem ■Verstärkerkreislauf ferngehalten wird. Die antiparallel geschalteten Dioden 306 und 308 verhindern, daß Überlastungsstrom den Verstärker 200 erreicht und den Verstärker zerstört.

Die Verbindung der Widerstände 302 und 304 ist mit Erde über ein Paar antipamllel geschalteter Dioden 306 und 308 verbunden, die über einen Kondensator 310 von 5 Mikrofarad geshuntet sind. Die Widerstände 302, 304 und der Kondensator 310 bilden ein 60THertz-i"ilter, so daß jede Störung von 60 Hz vom Verstärkerkreis ferngehalten wird. Die antiparallelen Dioden 306, 308 verhindern, daß Überlastströme den Verstärker 200 erreichen, die ihn beschädigen könnten.

Die Verstärkung des Verstärkers wird eingestellt durch das Potentiometer zum Regulieren der Verstärkung 202, das in Fig. 3 beschrieben ist. Dieses wird durch den Schaltknopf 38 der iig. 1 eingestellt. Das Potentiometer kann einen Widerstand von beispielsweise 500 Kilo-Ohm haben. Er liegt in Reihe mit einem Widerstand 312 von 1 Megaohm. Der Eingang undüusgang des Arbeitsverstärkers wird durch einen Kondensator 314 von 0,002 Mikrofarad nebengeschlossen.

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Die grobe Verstärkungsregelung für den Verstärker wird z. B. bewirkt durch, eine Reihe von Widerständen 316, 318, J19_S 320, 321, 322, 323, 324, 325, 326, wobei der letzte Widerstand geerdet ist. Diese Widerstände werden wahlweise in den Strom» kreis durch geeignete Schaltkontakte eingeschaltet, die z.B. durch den Schaltknopf 36 von Pig. 1 eingestellt werden.

Der Widerstand 316 kann z.B. einen Wert von 1,5 Kiloohm haben. Der Widerstand 318 einen Wert von 1 Kiloohm, der Widerstand 319 einen Wert von 680 Ohm, der Widerstand 320 einen Wert von 470 0hm, der Widerstand 321 einen Wert von 330 Ohm, der Wider-

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stand/einen Wert von 220 0hm, der Widerstand 323 einen Wert von 160 0hm, der Widerstand 324 einen Wert von 110 Ohm, der Widerstand 325 einen Wert von 75 0hm und der Widerstand 326 einen · Wert von 160 0hm.

Der Ausgang des Verstärkers 200, wie er in Verbindung mit dem Stromkreis von Hg. 3 beschrieben ist, wird auf eine Eingangsanschlußklemme B des Komparators 106 übertragen, wogegen die exponentiell abnehmende Kurve von dem Kondensator C der Pig. 3 auf eine Eingangsanschlußklemme A gegeben wird. Der Kondensator 0 ist in Pig. 5 gezeigt.

Der Komparator 106 im Stromkreis von Pig. 4 hat die Form eines Differentialverstärkers, der aus einem Paar von pnp-Transistoren 328 und 330 gebildet ist. Die Eingangsanschlußklemme B

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des Komparators ist an den Steuereingang eines Feldeffekttransistas 332 angeschlossen, wogegen die Eingangsanschluß- klemme A des Komparators an das Gatter bzw. den Steuereingang eines Feldeffekttransistors 334 angeschlossen ist. Die Spannungselektroden der Feldeffekttransistoren sind an den Kollektor eines den Strom stabilisierenden npn-Transistors angeschlossen, dessen Emitter über einen Widerstand von 3»9 Kilo-Ohm 338 angeschlossen ist an die Anschlußklemme einer negativen, auf 20 Volt eingestellten Gaeichspannungsquelle. Die Emitter der Transistoren 328 und 330 sind mit dem Kollektor eines den Strom stabilisierenden pnp-Transistors 340 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand von 2,7 Kilo-Ohm 342 an die Ausgangsanschlußklemme einer positiven, auf 20 Volt eingestellten Spannungsquelle angeschlossen ist.

Eine Kette von Widerständen 344, 346, 348, die jeweils die Werte 4,7 Kilo-Ohm, 33 Kilo-Ohm und 4,7 Kilo-Ohm aufweisen, sind zwischen die positiven und negativen Ausgänge der positiven und negativen 20 Voltquellen geechaltet. Die Verbindung der Widerstände 344 und 346 ist an die Basis des Transistors 340 angeschlossen. Dagegen ist die Verbindung der Widerstände 346 und 348 an die Basis des Transistors 336 angeschlossen. Dieser Stromkreis arbeitet als eine Stremsteuerungsschaltung, um so zu sichern, daß Ströme - in gleichbleibender Stärke bzw. gleichbleibender Spannung - verwendet werden, um die Transistoren 328, 330, 332 und 334 im Komparator 106 zu erregen. Die Feldeffekttransistoren 332 und 334 bewirken, daß der Komparatorkreis einen

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hohen Eingangsscheinwiderstand aufweist, so daß die Ladung an den zwei Eingängen bis auf ein zu Vernachlässigendes Maß reduziert wird.

Die Basiselektroden der Transistoren 328 und 330 sind an die jeweiligen Abflußelektroden der Feldeffekttransistoren 332 und 334 angeschlossen und an die Ausgangsanschlußklemme der positiven 20-Volt-Quelle über die entsprechenden Widerstände 350 und 352, von denen jeder einen Wideband von beispielsweise 15 Kilo-Ohm aufweist. Die Kollektoren der Transistoren 328 und 330 sind an die jeweiligen geerdeten Widerstände 354 und 356 angeschlossen. Diese Widerstände können jeweils einen Wert von 10 Kilo-Ohm haben. Der Kollektor des Transistors 328 ist ebenfalls an die Basis eines npn-Relaisbetätigungstransistors 360 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 360 ist an die Erregerspule des Relais K2 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 360 ist geerdet.

Die Feldeffekttransistoren 332 und 334 können in einen inte- "-grieafcen Stromkreis von dem Typ, der heute als SU 2080 bezeichnet wird, einbezogen werden. Die pnp Transistoren 3S8, 330 und 340 können von dem Typ sein, der heute als 2N3638 bezeichnet wird. Der RelaLstransistor 360 kann von dem Typ sein, der heute als 2N3417 bezeichnet wird, ebenso wie der Transistor 336.

Der Stromkreis des Komparators 106 arbeitet so, daß ein Erregerstrom durch den Transistor 360 fließt, wenn der Vergleiche-

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punkt zwischen den Signalen, die auf die Eingangsanschlußk«lemmen A und B übertragen werden, erreicht ist. Der Komparator arbeitet wie ein gewöhnlicher Differentialverstärker, und eine eingehende Erläuterung seiner Funktionen erscheint daher unnötigt.

Im Stromkreis der Fig. 5 weist der Drucker 18 eine Reihe von Eingangsanschlußklemmen auf. Die Eingangsanschlußklemme zum "digitalen Nullstellen¹¹ spricht auf ein übertragenes Signal an und stellt alle Druckräder* die durch die Elektromagneten 20, und 28 der Fig. 2 gesteuert sind, zurück auf Null. Die Eingangsanschlußklemme zum "Nullstellen des Probestückes"spricht auf ein übertragenes Signal an und stellt die Druckräder zurück auf Null, die veorher in Verbindung mit Fig. 1 genannt wurden und das Formstück oder Probestück kennzeichnen. Die Eingangsanschlußklemme "digitale Meßwerte" spricht auf die vorher erwähnten digitisierten Impulse an und dreht die Druck«a?räder in der oben beschriebenen Weise von Position zu Position. Die Anschlußklemme "Meßwerte Probestück" spricht auf Impulse an, und dreht die Druckräder, die das Probestück oder Formstück kennzeichnen, von einer Position zur nächsten. Die Eingangsklemme "Drucken" spricht auf ein Signal an und bewegt die vorher nullgestellten Druckräder in bezug auf den Papierstreifen in eine Druckstellung.

Die Kontakte E des Relais K1 sind wie vorher angeschlossen mit der Ausnahme, daß eine grobe und feine Einstellung für den Wert

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des Widerstandes R vorgesehen ist. Das heißt, die normalerweise offenen Eontakte E sind mit einer Kette von Widerständen von 1 Megaohm 400, 402, 404, 406, 408,410, 414» 416 verbunden. Diese Widerstände werden beispielsweise durch den Schalter 40 geschaltet, der dm. Verbindung mit Pig. 1 als Grobschaltung für R beschrieben ist, wogegen die ^einschaltung durch ein Potentiometer 418 geregelt wird, welches,wie gezeigt, durch den Schalter 42 von Pig. 1 gesteuert wird.

. Der Schalter 50 von Pig. 1 kann ebenfalls federbelastet sein, um einen mit der Hand zu bedienenden Hullstellschalter zu bilden, der in Pig. 5 als Nullstellschalter 50 bezeichnet ist. Im Stromkreis von Pig. 5 sind Selbsthaltekontakte 0 des Relais K1 dii&t an die negative Anschlußklemme der 24-Volt-Spannungsquelle angeschlossen, und das Thermorelais K3 wird nicht benutzt. Statt dessen ist eine Diode 420 über die Relaisspule des Relais K1 angeschlossen, und diese Diode dient dazu, das Relais K1 eine ausreichende Zeitlang unter Spannung zu halten, nachdem der Vergleich im Komparator durchgeführt worden ist, so daß der Drucker

' 18 drucken kann, ohne das das !Thermorelais K5 die erforderliche Verzögerung bewirken muß.

Der vorhergenannte Vor- und Rückstellschalter JO für das Probestück ist wie in Pig. 5 gezeigt angeschlossen. Das heißt, wenn der Schalter in seine Nullstell-Lage geschaltet wird, schließt

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der Schalter 30a im Stromkreis τοη Fig. 5 und, falls das Relais K1 außer Strom gesetzt ist, werden die Druckräder, die die Probestücke kennzeichnen, auf Null zurückgestellt. Wie beschrieben,

jedesmal werden die in Fig. 2 beschriebenen Druckräder/auf Null gestellt, wenn das Relais K1 außer Strom gesetzt wird, so daß der Drucker für das nächste Probestück oder die nächste Materialprobe bereit ist. Dennoch ist es nicht wünschenswert, daß die Druckräder zur Kennzeicshnung der Probestücke zu dieser Zeit nullgestellt werden, da sie benötigt werden, um die aufeinanderfolgenden Probestükke durch aufeinanderfolgende Zahlen zu bezeichnen, Dennoch wird der Schalter 30a geschlossen, wenn eine Serie von Tests abgeschlossen ist, so daß die Druckräder zur Kennzeichnung der Probestücke auch nullgestellt werden können.

Jedesmal, wenn das Relais K1 betätigt wird, werden die Druckrä*-' der zur Kennzeichnung des Probestücks von einer Position zur nächsten bewegt. Dies wird erreicht durch den Impuls, der über die Diode 422 auf die Eingangsanschlußklemme "Meßwerte für das Probestück" des Druckers übertragen wird. Ebenso kann der Stromkreis zur Eingangsanschlußklemme "Meßwerte für das Formstück" jederzeit vervollständigt werden, wenn der Schalter auf seine "Vorwärts"-Position gestellt wird, um die Druckräder zur Kennzeichnung der Probestücke von Hand auf ihren nächste Posi*tion zu stellen.

Die Arbeitsweise des Stronkreises, der in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, ist ähnlich der, die im Zusammenhang mit Fig. 3

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■beschrieben ist. Tor dem Test wird ein passender Wert für den Kondensator G von Pig. 5 ausgewählt und ein passender R-Wert wird durch die Einregulierung der Schalter 40 und 42 eingesetzt. Zuerst wird ein reines Probestück, beispielsweise aus rein&em Wasser geprüft, damit der Drucker, wie oben beschrieben, geeicht werden kann. Dadurch wird der Punkt festgelegt, der 100 # T entspricht.

Dann wird das Normprobestück, das z.B. eine TJnreinheitskonzentration von 160 Milligramm pro 100 aufweist, geprüft. Der R-Wert wird eingestellt, so daß der Drucker Meßwerte liefert, die dieser Konzentration entsprechen. Zum Beispiel kann der R-Wert so eingestellt werden, daß der Drucker einen Meßwert von 160 für dieses bestimmte Probestück liefert. Nun ist das Gerät bereit, 3ede beliebige prozentuale Konzentration bei dieser bestimmten in dem Spektrophotometer verwendeten Lichtwellenlänge zu messen. Dabei wird angenommen, daß ein lineares Verhältnis zwischen den optischen Dichten und der prozentualen Konzentration besteht. Dieses trifft für alle praktisch vorkommenden lalle zu, besonders in einem begrenzten Bereich.

Wie oben angegeben, können andere Stromkreise verwendet werden, uin den linearen Stromkreis von Eig. 2 oder den logarithmischen Stromkreis von Pig. 3 zu ersetzen. Zum Beispiel kann eine Steuerungsschaltung vorgesehen werden,

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in der der Kondensator C Über den Widerstand R während eines Meßzyklus eher aufgeladen als entladen wird - um so ein exponentiell zunehmendes Signal mit einer entgegengesetzten logarithmischen Wirkung hervorzubringen. Dieser Effekt ist nützlich, um z. B. die Durchlässigkeit bzw. Opazität eines bestimmten Probestücks zu bestimmen.

Das beschriebene elektronische Gerät, das in Verbindung mit einem Spektrophotometer oder einem ähnlichen Gerät verwendet werden kann, ist in der Lage, z.B. MeßwerAe der optischen Durchlässigkeit einer zu untersuchenden Probe in eine logarithmische Skala umzuwandeln. Dadurch liefert das Gerät geeichte Meßwerte, die diaScttdie optische Dichte des Probestückes bei ausgewählten Wellenlängen angibt. Das Gerät kann auch direkt die prozentuale Konzentration der besonderen Unreinheit in einem Probestück angeben. Das Gerät schließt in einer seiner Ausführungen eine Schaltungsanordnung ein, um analoge Meßwerte direkt vom Spektrophotometer in eine logarithmische Skala ai digitalisieren. Es schließt ebenfalls einen einfachen Drucker oder eine entsprechende Einheit ein, um die entsprechenden bzw. analogen, geeichten Meßwerte, die die optische Dichte oder prozentuale Konzentration angeben, zu drucken oder auf ähnliche Weise aufzuzeichnen.

Es können bestimmte Abwandlungen von den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden. Die folgenden Ansprüche schließen solche Abwandlungen ein.

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Natürlich kann das erfindungsgemäße Gerät auch für eine Wechselspannung von 220 Y und 50 Hz ausgelegt sein.

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Claims

3. Oktober 1968 BAXTER LABORATORIES, INO.

(PW)/Gu/Hd

Patentansprüche :

1. Elektronisches Ablesegerät zur Erzeugung von Ausgangsmeßwerten, die analogen Eingangssignalen entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen ist

a) ein EingangsStromkreis zur Aufnahme der analogen Eingangssignale,

b) ein Stromkreis zum Digitalisieren, der eine Impulsreihe erzeugt,

c) eine Einheit zur Aufzeichnung der Meßwerte mit einem durch Impulse betätigten Zähler, der dazu geeignet ist, die Zählungen des Zählers aufzuzeichnen, daß

d) eine Torschaltung zwischen der Vorrichtung zum Digitalisieren und der Einheit zum Aufzeichnen angeordnet ist, die die Eingabe der Impulse von der Vorrichtung zum Digitalisieren zum Zähler in der Einheit zum Aufzeichnen steuert, daß

e) vorgesehen ist ein Sägezahngenerator, eine mit dem Sägezahngenerator verbundene Vorrichtung zum Ingangsetzen des Sägezahngenerators, die gleichzeitig die Impulse von der Digitalisiereinheit über die Taaschaltung an den Zähler in der Einheit zur Aufzeichnung weitergibt,

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f) ein Komparator, der mit dem Eingangskreis und dem Sägezahngenerator verbunden ist, und ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Sägezahnsignal ein vorbestimmtes Verhältnis zum analogen Eingangssignal erreicht, welches im Eingangskreis erscheint und daß

g) der Komparator mit dei? Torschaltung über eine Schal- ' tung verbunden ist, die das Anstehen der Impulse von der Digitalisiereinheit zum Zähler im Stromkreis zum Aufzeichnen über die !anschaltung beendet.

2. Ablesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis zum Digitalisieren einen Transformator und einen Gleichrichter einschließt, der an das Weehselspannungs-Lichtnetz angeschlossen ist und die Impulsfolge erzeugt.

3. Ablesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungseinheit ein elektro-mechanischer Drucker ist.

4. Ablesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahngenerator ein Signal mit linear ansteigender Flanke erzeugt.

5. Ablesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet-, daß der Sägezahngenerator ein Signal mit exponentiell verlaufendem Planke erzeugt.

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6. Ablesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahngenerator ein Signal erzeugt, dessen Flanke linear abnimmt.

7. Ablesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sägezahngenerator ein RG-Glied vorgesehen ist, das ein Signal mit exponentiell abnehmender Planke erzeugt.

8. Ablesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sägezahngenerator ein RO-Glied vorgesehen ist, da* ein Signal mit exponentiell ansteigender Planke erzeugt.

9. Ablesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator einen Differentialverstärker einschließt.

10. Ablesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangskreis einen Yerstärker sowie eine Steuerungsvorrichtung einschließt, die den Yerstärkungsgrad des Verstärkers reguliert.

Der Patentanwalt:

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ORIGINAL INSPECTED