DE1930019A1

DE1930019A1 - Verfahren und Einrichtung zur Messung von energetischen Eigenschaften eines leitenden Mediums

Info

Publication number: DE1930019A1
Application number: DE19691930019
Authority: DE
Inventors: Cosentino Louis Ciro; Kahn Alan Richard
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 1968-10-21
Filing date: 1969-06-13
Publication date: 1970-04-30
Also published as: CH507701A; NL6907438A; IL32055A0; GB1293794A; FR2021103A1; US3566233A; IL32055A

Description

DIPL-ING. LUDEWIG · DIPL-PHYS. BUSE · 56 WUPPERTAL-BÄRMEN

214 Kennwort: RAN 4701/16

Firma F. Hoffmann-La Roche & Co, Aktiengesellschaft 4002 Basel - Schweiz, Grenzacher Straße

Verfahren und Einrichtung zur Mesaang von energetischen Eigenschaften eines leitenden Mediums.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung von energetischen, insbesondere elektrischen Eigenschaften eines leitenden Mediuas wie biologischer Stoffe und Lösungen und insbesondere die Messung solcher elektrischer Eigenschaften wie Impedanz und Stromdichte eines Mediums.

Es ist bekannt, daß auf dem Gebiet der Biophysik zahlreiche Versuche unternommen worden sind, um eine geeignete Methode zur Bestimmung natürlicher oder von außen aufgebrachter Stromdichten über ein spezifisches Gewebevoluaen zu bestiamen. Eine derartige Meßtechnik hätte eine entscheidende Bedeutung auf vielen Gebieten der Biophysik, z. B. bei der Feststellung der bisher nicht bekannten Verteilung der durch äußere elektrische Felder ausgelösten Gehirnströae, wobei das Wissen um die Stromverteilung dazu beitragen würde, spezielle Bezirke des Gehirns, die für beobaohtete Verhaltenseffekte verantwortlich sind, zu lokalisieren. Ein weiterer Vorteil einer derartigen Meßtechnik läge in der Möglichkeit der Bestimmung der Iapedana eines Gewebes, die alt ein-iger Sicherheit alt anderen wesentlichen Funk tionen des Organisaus verknüpft 1st.

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Die herkömmlichen ImpedanzmeOverfahren sind aufgrund der hohen Grenzflächen-Impedanz der Elektroden-Lösung (impedance of the elektrode-solution interface), die auch als Elektrodenpolarisation bezeichnet wird, und der Unbestimmtheit deren Wertes nicht zu verwenden. Verschiedene Un-tersuchungen der Gehirnimpedanz sind mittels einer Vier-Elektroden-Technik durchgeführt worden, bei der das Problem der Elektrodenimpedanz weniger in Erscheinung tritt. Jedoch sind diesem Verfahren Grenzen gesetzt, da es unmöglich ist, die Stromdichte exakt zu bestimmen, solange die Zone, in der der gemessene Strom fließt, unbekannt ist, und dadurch die Nutzbarmachung und Anwendbarkeit dieses Verfahrens zur Stroadichtenmessung eingeschränkt ist. Tatsächlich haben andere auf diesem Gebiet Tätige werder die Zone, über die der Strom verteilt ist bestimmt, noch haben sie den Grad der Veränderung der ursprünglichen Stromverteilung berücksichtigt·

Die Erfindung betrifft generell ein Verfahren und eine Einrichtung, die unabhängig von dem Phänomen der Elektrodenpolarisation arbeiten, wobei ein Stroeelektrodenpaar in ein leitendes Medium, in dem ein Strom fließt, gebracht wird und der Stromfluß zwischen den Elektroden von außen derart eingestellt wird, daß die Störung des Mediums durch die Einführung der Elektroden aufgehoben wird und in dieses die gleiche Stromdichte herrscht, wie vor deren Einführung. Durch Messung des äußeren Stromflussee zwischen den Elektroden kann der Gesamtstrom in dem äquivalenten Volumen des Mediums, das durch die Elektroden ersetzt worden ist, bestimmt werden. Venn auch die Potentialdifferenz zwischen beiden Elektroden gemessen wird, läßt sich die Impedanz des äquivalenten Volumens des leitenden Mediums, das durch die Leiter verdrängt worden ist, ebenfalls bestimmen. Is sei an dieser Stelle nooh erwähnt, daß das Verfahren in

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ähnlicher Weise auch bei der Bestimmung anderer energetischer Eigenschaften als der elektrischen, beispielsweise bei der Wärmebestimniung anwendbar ist.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand bevorzugter, auf der Zeichnung dargestellter Ausführungen erläutert. Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Übersichtsschema einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung elektrischer Eigenschaften eines Mediums,

Fig. 2 eine in Fig. 1 dargestellte Meßsonde in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform eines in der Anordnung gemäß Fig. 1 verwendbaren Vorverstärkers,

Fig. k ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform einer in der Anordnung gemäß Fig. i verwendbaren Stromquelle,

Fig. 5, 6 und 7 verschiedene Darstellungen der Stromdichte in einem Medium, bei dem die Erfindung angewendet werden kann und

Fig. 8 eine grafische Darstellung des Potentials E in Abhängigkeit vom Strom I für eine Meßsonde in verschiedenen Konzentrationen einer Lösung.

Auf der Fig. 1 der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführung der Erfindung dargestellt, bei der eine Meßsonde Ii vorgesehen ibt, ;1ie, wie Fig. 2 verdeutlicht, im wesentlichen

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ORIGINAL INSPECTED

1330013

als langgestreckter, rechtwinkliger Slack 12 ausgebildet lst₅ das ein syli-ndarartiger Körper aus Kunststoff,' vorzugsweise Spoxyd, 3Jit bekannter Längs L und einem Paar Endflächen, bekannter Ausdehnung angeformt ist. Jeder dieaar Endflächen ist eine unendlich kleine aittiga Span-

selektrode i5 sowie sins diese im Abstand konzentrisch bsade 3troaelsktrode 16 zugeordnet, deren Ausdehnung für all© praktischen Zwecke der bekannten Fläche A äqui~ Talent ist« Dis Slsktroden 15 sand 16. üind durch einen unendlich kleinen Hing 17 aus Kunststoff, vorzugsweise Eposyd, Toiaaiisander isoliert. Die Elektroden bestehen aus Silber,- Silber-Chloricl-Psll-ets» Die Spannungselektroden 15 siad libsr siBsJi Leiter wie Silberchlorid-Drähte {ohlo- Tlüizsü silver %ire) ait einem Leiterpaar 18 und die Elektroden 16 in gleicher Weise aiii einem Leiterpaar 19 verbünde^ die auf dsr Oberseite der Meßsonde 11 herausgeführt sind. Innerhalb der Teile 12 imd 13 sind die Leiter mit Isolierungen wie Söransikröhren versehen_} die von den Spannungsund Strosielsktrodeis zu d«n geschützten Kabelleitern 18 und gerichtet sind,

¥ie schon erwähnt, wird der zylinderartige Kopf 13 der Meßsonde in ein leitendes Medium 10 eingebracht, das aus einea lebenden G@fabe, einer Lösung oder anderen anorganischen Medien bestehen kann,~ wobei mit 9 der Strotnfluß bezeichnet ist, der ausschiiesslich von außen in das Mediua eingeleitet oder in dem Medium ständig vorhanden sein kann oder aber teilweise von außen eingeleitet und teilweise in dem Medium vorhanden ist,

Die Ausgangs-ieitungen 18 der Spannungselektroden sind an einen Vorverstärker 21 angeschlossen, dessen-Eingangsdiffe-' renzspannung- auf einem Voltmeter 21' angezeigt wird, und der mit einem einen einstellbares Verstärkungarsgler 22' aufweisenden Spannungsverstärker 2" Verbundes si, dem

*4 Λ Λ

QOpy BAD

seinerseits eine Stromquells 23 naohgeschaltei ist, Stromabgabe durch ein Amperemeter 23^! angezeigt -wird und die zur Vervollständigung des Kreises ssit dea Eingaagslei™ tungen 19 der Stroffielektroöen verbunden ist.

Der dabei verwendete Vorverstärker ist derart ausgelegt, dafj er eine hohe Eingangs impedanz und ein hohes Unterdrük-

,für
kungsverhältnis/gleichphasige Signale (common mods rejeotionratio), beispielsweise 10° auf 100 Schwingungen besitst und mit einer Singangsdifferensspannuag eine Ausgangsäifferenzspannung liefert, Die hose Sinfaagsiapedaßs ist für des Differeßsspannungsverstarker erviissoht₃ so c!a£ faktisch kein Strom aufgenommen unä daduroii praktisch ai« Auswirkung der Elektrodenpolarisation elstsiniert wird,

Sine bevorzugte Ausführung des Vorverstärkers 21 ist in Fig. 3 dargestellt, bei der die von den Spannungseiektroden kommenden Leiter 18 mit den Anschlussstellen 24 und 25 verbunden sind, die ihrerseits verbunden sind sit den Torkontakten von N-Channel-Feldeffekt-Transistoren 26 bzw. 27 (N channel fieldeffect transistors), die im folgendeis kurz ^! mit FET bezeichnet sind, und eine frohe Eingangsimpedanz schaffen. Die Quelleakontakte der FET¹S 26 und 27 sind an die entgegengesetzten Enden eines Potentiometers 28 angeschlossen, das zu deren Anschluß an eine Stromquelle 31 ia seinem mittleren Bereich von einem Kontaktarm 29 abgegriffen wird. Der Kontaktarm 29 ist dazu mit dem Kollektor eines NPN-Transistors 32 der Stromquelle 3i verbunden. Die Widerstände 3^ und 37 bilden einen Spannungsteiler, der die Emitterspannung des Transistors "}2 zwecks Erreichung eines bestimmten Kollektorstroms steuert. Die Stromquelle 31 bildet einen sehr hohen Impedanzweg für alle gleichphasigen Signale (common mode signals).

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BAQ ORfGINAL

1 Q "\ Π Π 1 O

ν w U ^ ϊ ν

.1 v> w>

Mit .des Potentiometer 28 ist zusätzlich ein Koatsktarai 39 verbanden, der an dia Basis des PHP-Trans Is tors 41 angeschlossen ist, DEr Emitter des Transistors 41 ist über eine Seaeröiode 42 salt der Anschlußstelle 43 veräundsa. ¥ie ohne weiteres festzustellen ist, bildet die Zenerdiode im Zusasä-Esennang ssit öem Transistor 41 eine Batterie zur Einstellung der Spannung zwischen der Anschlußstelle 43 w"d des an des Potentiometer 33 angreifenden Kontaktarm 39 auf eines koa~ stauten Wert sareä Veränöerusig des KollelEiorstroBis in über-

fflaag mit übt Spaanusgsänderung se der Basis des istora ^i„ Dadurch folgt das Potential as Äbflusskositakt der FET⁵S 2o_? 2? geaau ihres Torpotenx-ial und beseitigt dasEit fastisca äen Effekt der Kapazität zwischen des Abfluß und de© Tor als Nebenschluß au sets Eingang.

Eine sweite Stromquelle, die generell innerhalb des. durch gestrichelte Linien eingefasstes Bereichs 44 dangestellt· ist, weist einen PNP-Transistor k5 auf, Die Widerstände h6 und k9 bilden zGsasamen eines Spannungsfeiler, der die Emitterspannung des Transistors k5 steuert, unj einen Speisestroa { Mas current) für die Transistoren 5i und 52 zu erzeugen. 'Ähnlich' wie der Transistor 32 "bewirkt der Transistor k5 an der Anschlußstelle 43 eine hohe Impedanz fur das Signal _e

Die Anschlußstelle 43 ist weiterhin verbunden mit der Basis der NPN-Transistoren 5i und 52, deren Emitter Kit den Abflußkontakten der PET¹S 26 und 27 iß Verbindung stehen,, Zwischen dem Transistor 51 und dem Widerstand 53 sowie dera Transistor 52 und dea Widerstand 54 sind ein Paar Anschlußstellen 56, 57 vorgesehen, zwischen denen die Ausgangsspannung des Vorverstärkers 21 erhalten wird.

Wenn man für den vorangehend beschriebenen Vorverstärker

- 7 -GOPY

BAD ORIGINAL

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FST¹S 2c und .-T Transistoren as3 Typa 'TIS 25 {"JS-Hora; ^ als Trass13tor 32 den Ty? 2 H 3565 (US-Nora), als Transistoren 4sl und 45 dan Typ - 2ί 3638 A (üS-Oiora) : als -Transistoren 51 ~mü 52 dan -V/o 2 N %1OO 'US-Nora) und als Zener-diode 43 3 en Typ 12 TI η 759 (US-^ora; -<mhlt, -3aas argsäsa sieh, für sin TJntsrJriiek^irigsYerhalxTtig 7O'ß 50000;! "bsi sines 'SEz, aissase YsrstärlruagsiaktoT ?oa ai-Ä'a ·ί und sinsf äohat?Eingangsiiap^danz folgende Werte jfür 3is.i,|a Widerstände sowie aii den

28

	i.96	Σ
54	i.96	X
Anschlagstell9	YoIt
35	-15
55	•4-20
47	4-30

Beim Betrieb des Vorverstärkers ^ird τητ Slnstellaag der Unterdrückung gleichphasiger Signale dor Sch&ltkreis aunächst ohne Spannungseingang an den Torkontakten 24, 25 der FET^ss über den Kontaktarm 29 so -aingestellt, da8 die Anzeige ds3 Yoltraeters 21¹ auf Null steat, ¥enn eia gleiei phasiges Tvschaels cromsignal (A.C. common ascde signal) τοη der MeSsoade Ii auf die Torkontakte 24, 25 gegeben wird, wird der Saitterstroo dar Transistoren pi "J^o 52 erhöht und dadurcü auch deren Kollektoratros, so daß sich Qina entsprechend© Änderung der Ausgangsspannung auch zwischen den Anschlußstellen 56, 51 einstellt and durch das YoItnieter 21^! angezeigt wird, Wie schon erwähnt, wird der Aus-

-S-

.. -; ι -3 ί ο / ; γ « a

COPf

gang dee Vorverstärkers 21 auf einen Spannungsvastärker 22 gegeben, der einen maximalen einstellbaren Verstärkungsfaktor von beispielsweise einhundert haben kann. Der Ausgang des Verstärkers 22 wird dann auf eine Differenzstromquelle 23 gegeben, von der eine Ausführung im Einzelnen im Zusammenhang mit der. Fig. 4 erläutert wird.

In der Fig. 4 sind ein Paar Eingangskontaktstellen 58, 59 dargestellt, an denen die Aufgangsspannung des Verstärkers 22 anliegt. Die Kontakte 58, 59 sind Über die Kondensatoren 61 bzw. 62 mit der Basis der PNP-Transietoren 63 und 64 verbunden. Zwischen dem Kondensator 61 und dem Transistor

63 sowie dem Kondensator 62 und dem Transistor 64 ist jeweils ein Paar von Spannungsteilen alt den Widerständen 65, 66 s#wie 67, 68 angeordnet. Die vorerwähnten Spannungsteiler sind, wie auf der Zeichnung dargestellt, einstellbar und erzeugen zusätzlich zu den Eingangssignalen, sofern diese vorhanden sind, an den Basen der Transistoren 63 und

64 bestimmte Vorspannungen. Die Emitter der Transistoren 63, 64 sind mit du entgegengesetzten Enden eines 'niedrig-' wertigen Widerstandes 73 unter Einschaltung relativ höherwertiger Widerstände 74 bzw. 75 verbunden. Der Widerstand 73 wird durch einen Kontaktarm 76 abgegriffen, der mit einer von der gestrichelten Linie eingefaßten stromquelle 77 verbunden ist, die einen PNP-Translstor 78 aufweist, dessen Basis mit einem geeigneten Speisenetz (bias network) verbunden ist. In dies·« Speisenetz sind der Widerstand 82, der Transistor 83 und der Widerstand 84 in Serie mit der Basis des Transistors 78 geschaltet, wobei der Transistor 83 der thermischen Stabilisierung der Stromquelle dient. Wie aus der Zeiohnung zu ersehen ist, wird mit dem Spannungsteiler die Emitterspannung des Transistors 78 eingestellt, so daß die Emitter der Transistoren 63 und 64

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über den Kontaktarm 76 mit einem konstanten Strom vorbestimtuter Größe gespeist werden.

Die Kollektoren der Transistoren 63 bzw. 6h sind Bit den Kollektoren der Transistoren 86 bzw. 87 verbunden, deren Emitter wiederum durch gleichwertige Widerstände 88 bzw. mit der negativen Anschlußstelle 72 verbunden sind« Die Basen der Transistoren 86 und 87 sind gemeinsam über den Widerstand 92 an die positive Endansohlußstelle 69 angeschlossen und auf einem anderen Weg über eine Zeaerdiode 93 und einem dazu parallel geschalteten Kondensator 95 mit der negativen Endaneohlußstelle 72, verbunden, wodurch die Transistoren 86 und 87 ' feste Stromquellen bilden.

Beim Betrieb der besonderen Stromquellen-Einheit 23 Über die Anschlußstellen 96 und 97, zwischen denen ein; Oleiohspannungsmesser vorgesehen sein kann, wird der Kontaktarm 76 zur Abgleichung des Schaltkreise· ohne Eingangeleistung derart eingestellt, daß das Voltmeter auf die Null- oder Mittelstellung eingestellt ist. Das Differenzeingangesignal (differential input signal) wird über die Eingang·kontakte 58 und 59 eingegeben, wobei sich ein über die Ladung durch das Voltmeter angezeigter Stromwert in Abhängigkeit von dem Wechselstrom-Differenzsignal an den Ausgangekontakten 98, 99 einstellt.

Wenn man für die vorangehend beschriebene Stromquelle al· Transistoren 63 und 64 solche des Typ· 2 N 335G (US-Nora), als Transistoren 86 und 87 solche de· Typ· 2 N %100 (US-Norm), als Transistoren 78 und 83 solche des Typs 2 N 3638A (US-Norm) und als Zenerdiode den Typ IN 658 wählt, können •loh für die Widerstände, die Kapazitäten und die Spannung·- aneohlüsse folgende Werte ergeben:

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Widerstand	Ohm
b65, Ro?	22.5K
h66, r68	26.1K
B7*, B75	2.61K
R73	100
R88, R89	8.6Κ
Kondensator	Farad
C6i, C62	O.luf (μPJ
C95	15 uf ί ρι Ο
Batterie-
Anaohluß	Volt
72	-15
69	+30

Das unter Bezugnahme auf die Fig· I beschrieben© Systen basiert auf einem Verfahren zur Messung des Stroms und der Impedanz in einem Elektronen oder Ionen leitenden Medium. Venn die MeBaond« 11 in das leitende.Medbn eingeführt wird, wird die Differenzspannung im Bereich der Meßsonde durch die Vorverstärkereinheit 21 gemessen und die Verstärkung der Differenzspannung duroh die Verwendung eines einstellbaren Verstärkungareglers 22 geregelt, um damit die Stromquell· 23 au steuern, damit die Verdrängung des Mediums an der Stell·, an der die Meßsonde eingeführt ist, kompensiert wird.

Der von der Stromquelle kommende, geregelte Strom bildet •in· Näherung deβ Oesamtatroma in einem spezifizierten Bereich das Mediuma, der bestimmt werden kann vermittels der Kenntnis der Abmessung ύ·τ Meßsonde. Um jedooh eine erundlag· für den Näherungswert d·· Differensspannungawertea

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■ v- ££·, SAD ORfGINAL

zum Betrieb der Stromquelle zu erhalten, muß die Meßsonde zunächst, wie im folgenden beschrieben wird, geeicht werden.

Es ist selbstverständlich, daß jede für die Messung der Stromverteilung in irgendeinem Medium benutzte Meßsonde einen Impedanzwert aufweist, der nicht nur von dem Impedanzwert des zu untersuchenden leitenden Mediums abweicht, sondern auch von den Werten einer anderen Meßsonde bei dem gleichen leitenden Medium. Solche Unterschiede sind durch viele Faktoren bedingt, wie z.B. der Form bzw. den Abmessungen der Meßsonde usw. Somit muß jede Meßsonde vor ihrem Gebrauch zur Bestimmung ihrer absoluten Genauigkeit und Empfindlichkeit zunächst untersucht werden. Auch müssen die zusammen mit der Meßsonde zu benutzenden elektronischen Einrichtungen ebenfalls genau und beständig arbeiten

Vas bei der Eichung der Meßsonde verlangt wird, kann am besten im Z usaase ·.!&£>&§ seit den Fig. 5»6 und 7 erläutert werden, die bei vsFsohiedenen bekannten Bedingungen die Stromdichte uss den zylindrischen Kopf 13 der Meßsonde grafisch darstellen, wenn dieser/eine bekannte gleichmäßige Stromdichte eingeführt ist. Die Flg. 5 zeigt eine Darstellung der Stromdichte in der Nähe der Meßsonde ohne äußere StromrUckfUhrung, während die Fig. 6 eine Darstellung der Stromdichte in der Nähe der Meßsonde bei maximaler äußerer StromrUckfUhrung zeigt, die dann vorliegt, wenn eine maximale oder eine sich auszeichnend große Differenzspannung zum Betrieb der Stromquelle 23 in Fig« I vorhanden ist. In der Fig. 7 ist das gewünchte Ergebnis, ein· gleichmässige Stromdichte in einem Medium in der Nähe der Strommeßsonde dargestellt, als ob diese nicht durch die ^! Anwesenheit der Meßsonde beeinflußt würde. Dieses letitere

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^: BAD ORKSIHAL

Ergebnis wird erreicht, wenn die äußere Stroturückführung von der Stromquelle 23 derart ist, daß die effektive Impedanz der Meßsonde der Impedanz des Mediums angepaßt ist.

Als ein Ergebnis de* experimentellen Tests, hat sich herausgestellt, daß die Eichung der Meßsonde in der folgenden Weise vorzunehmen ist. Der Kopf der Meßsonde (wie z.B. in Fig. 2 dargestellt) mit festgelegten Abmessungen wird in eine bekannte Lösung bekannter Leitfähigkeit eingebracht, wobei für jede Lösung eine graphische Darstellung des Eingangspotentials E ein an den Spannungselektroden 15 in Abhängigkeit von der Stromstarke I aus in den Streuelektronen k 16 gemäß Fig. 8 aufgezeichnet wird. Die Kurven liir die vier Natriumchloridlösungen, die auf die Spannung Eoc bei geöffnetes Schaltkreis von einem Millivolt bezogen sind, sind als eine Gruppe von strahlenförmigen Linien ermittelt worden, deren Neigung bei abnehmender Salzkonzentration steigt. Die allgemeine Gleichung für jede Neigungslinie ist

Y a MX + b oder

(1) E ein = p£aus + Eoc

wobei Eocder Spannung bei geöffnetem Schaltkreis ohne StrorarUckführung entspricht.

Senkrecht zu den Endflächen de· zylindrischen Meükopfee weist dieser einen endlichen, Über die Fläche A verteilten Widerstand auf. Sein Verhalten kann als das eines homogenen räumlichen Leiters beschrieben werden Bit der spezifischen Impedanz.

* S Jj

(2) Z. - f_$

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ORtGiNAL

für die Länge L in Achsrichtung des zylindrischen Kopfes. Ήβήη sein spezifischer Widerstand f_s dem spezifischen Widerstand der Lösung durch die richtige Wahl von Z_m angepasst ist, so stört der zylindrische Kopf die ursprüngliche Stromverteilung nicht. Somit ist der theoretische ItnpecJanzwert für jede Lösung bestimmt, für die spezifische Impedanz der Meßsonde und spezifische Impedanz der Lösung gleich sind. Als diese Punkte 101 getrennt in Kurven E ein als Funktion von I aus in Fig. 8 aufgezeichnet wurden, wurde festgestellt, daß diese auf einer geraden Linie (E=K Eoc) liegen, in der E die Vergleichspunktspannung (matched point voltage) Em und Keine Kons It-ante bedeutet, die als Vergleichspunktspannungs-Konstante bezeichnet ist. Wie anhand der Kurven dargestellt ist, sind vier Messungen durchgeführt worden, jede in einer anderen Lösungskonzentration, deren Ergebnisse in der folgenden Tabell^enthalten sind, und die einen Durchschnittswert für die Vergleichspunktspannung-v"ön .704 für eine Meüsonde UJi t der Länge von .340 Zoll ergibt.

Tabelle

Konzentration

dos Na Cl

Temp.

U)

Eoc

Isc

Ul

Vergleichspunkt spannung

0.2,0 F.

!5.t°c

Bh.3363

3.013

84.8

2.1219

23.1600

.704

0.10 F.

0.(50 F.

165.9897

1.

28.1

1.3718

8.26hl

26°C

30X3649

6.000

47.7

4.2278

13.9363

.707

.705

0.010 F.

23.8⁰C

1491640!

3.075

5.825

2.1515

.1,4492

.700

Die Hauptlösung die gefunden wurde, war die, daß das elektrische Verhalten" jeder der gegebenen MeUsonden gleich war, unabhängig von der spezifischen Impedanz des Mediums

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in das diese eingebracht wurden. Das bedeutet, daß für jede Meßsonde eine Vergleichspunktkonstante K für alle leitenden Medien exakt bestimmt werden kann.

Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung wird eine Meßsonde 11 bekannter Abmessung und mit berechneter Vergleichspunktkonstante (für Spannung oder Strom) in ein Medium 10, wie Gewebe eingebracht, um den Energiefluß wie beispielsweise Ionenfluß, Elektronenf luß, Wärniefluß usw. zwecks Diagnostizierung oder anderer Feststellungen unter Verwendung einer wie in der Fig. 1 dargestellten Einriehtung zu ermitteln. Zunächst wird die Meßsonde 10 eingebracht und die Spannung bei geöffnetem Schaltkreis an den Spannungselektroden gemessen. Diese gemessene Spannung ist die Spannung, bei der keine Rückstrom zwischen den Strouielektroden fliei3t. Durch die Einstellung des Verstärkungsreglers 22' des SpannungsVerstärkers 22 wird der Rückstrom, der in der Stromquelle 23 erzeugt wird, so eingestellt, daiJ die Spannung zwischen der -Meßsonde und seinen Potentialelektroden auf einen Wert reduziert wird, der kleiner ist als die Spannung bei offenem Schaltkreis und gleich der Vergleichspunktspannungs-Konstanten (K) der Spannung bei offeiem Schaltkreis (Eoc). Danach wird der Strom der Meßsonde auf die Impedanz des umgebenden Mediums 10 abgestimmt. Mittels der am Voltmeter" 2-1 · festgestellten Spannungund der am Amperemeter 23« festgestellten Stromstärke kann die Impedanz des Mediums wie auch die Stromdichte praktisch bestimmt werden.

Es ist natürlich selbstverständlich, daß zur exakten Bestimmung der Stromdichte und der Impedanz ein unabhängiges System^wie in Fig. 1 dargestellt, für jede Größenordnung des Meiisondenkopfes wünschenswert ist. Jedoch haben sich die Abmessungen des in den Fig. 1 und 2 näher dar-

-15-8AD ORiGINAL

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gestellten Meßsondenkopfes des herausgestellten Systetas als zufriedenstellend genau erwiesen. Trotzdem aei darauf hingewiesen, daß fast alle Foreen der Meßsonde beispielsweise die Kubusfor« usw. erfolgreieh bei ier vorliegenden Erfindung verwendet werden können, die bekannte Abmessungen und eine genaue Elektrodenanordnung aufweisen.

Es bleibt festzustellen, daß die vorangehend beschriebene Ausführung zur Messung elektrischer Eigenschaften eines Mediums 10 vorgesehen ist. Vie jedoch schon vorangehend erwähnt, können andere energetische Eigenschaften wie beispielsweise der Wärmefluß unter Verwendung der vorliegenden Erfindung ebenfalls gemessen werden. Sei der Messung des Wärmeflusses in einem Medium 10 kann beispielsweise eine Temperaturanzeigeeinrichtung, wie ein Thermistor austeile der Spannungselektrode verwendet werden, üb die Potentialunterschiede in der Temperatur festzustellen, während die Stromelektroden ersetzt werden können durch Värme erzeugende Einrichtungen wie beispielsweise Heizschlangen. Das Epoxy - Medium in dem Meßsondenkopf kann dabei durch Material mit schlechten Wärmeleitereigenschaften ersetzt werden. Es ist selbstverständlich, daß vorangehend lediglich bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind und noch zahlreiche andere Ausführungen und Anwendungen im Rahmen des BrfIndungsgedankenfi «üglich sind.

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Claims

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21k

Ansprüche:

1,) Verfahren zur Messung der energetischen Eigenschalten eines Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß in das Medium eine Meßsonde bekannter Abmessung eingebracht und deren tatsächliche Energieinhaltseigenschaften in einer genau bestimuibaren und äußerlich meßbaren Weise von außen geregelt werden.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tatsächlichen Energieinhaltseigenschaften der Meßsonde den energetischen Eigenschaften des angrenzenden leitenden Mediums angepasst werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die energetischen Eigenschaften des an die Meßsonde angrenzenden Mediums gemessen werden.

k. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium elektrisch leitend ist und die gemessenen energetischen Eigenschaften die elektrischen Eigenschaften sind.

5. Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz des Mediums gemessen wird.

6. Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dau die Stromdichte gemessen wird.

ORIGtNAL

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7» Verfahren zur Messung der elektrischen Eigenschaften eines elektrisch leitfähigen Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß in das Medium eine Meßsonde bekannter Abmessung eingeführt, an gegenüberliegenden Seiten der Meßsonde an der dem Medium zugewandten Grenzfläche eine unterschiedliche Spannung angelegt, ein Stromfluß zwischen den gegenüberliegenden Seiten von außen erzeugt und die Stromdichte des Mediums um die Meßsonde zur Angleichung der tatsächlichen Impedanz der Meßsonde an die Impedanz des Mediums ausgeglichen, sowie die Impedanz gemessen wird.

8. Einrichtung zur Messung der energetischen Eigenschaften eines Leitenden Mediums, gekennzeichnet durch eine in das Medium einführbare vierpol ige Meßsonde bekannter Abmessung und damit verbundene Einstellmittel zur Regelung der tatsächlichen Energieinhaltseigenschaften der Meßsonde.

9. Einrichtung nach Anspruch,8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel mit Vorrichtungen zur Messung der Energieinhaltseigenschaften verbunden sind.

10. Einrichtung zur Messung der elektrischen Eigenschaften eines elektrisch leitenden Mediums, gekennzeichnet durch eine mit Elektroden versehene, in das Medium einbringbare Meßsonde bekannter Abmessung, sowie eine mit den Elektroden elektrisch leitend verbundene und der Angleichung der effektiven Impedanz der Meßsonde an die Impedanz des Mediums dienende Regelvorrichtung.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den Regelungsvorrichtungen zugeordnete Meßvorrichtungen zur Anzeige der Stromdichte in dem elektrisch leitenden Medium.

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8AD ORiGiNAL

12, Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung aus einem Verstärker zur Ableitung eines Differenzpotentials an den Elektroden und einer Stromquelle besteht, die durch den Verstärker steuerbar und mit den Elektroden rückverbunden ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker Elemente zur wählbaren änderung des an den Elektroden vorhandenen Differenzpotentials aufweist.

Ik. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, ψ daß als Elektroden ein Paar unendlich kleiner und tait dem Verstärker verbundenen Spannungselektroden sowie ein Paar mit de^Stromquelle verbundenen Stromelektroden vorgesehen sind.

15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker eine Aufzeichnungsvorrichtung für das Differenzpotential und die Stromquelle eine Aufzeichnungsvorrichtung für den von dieser gelieferten Strom aufweist.

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