DE2048933B2

DE2048933B2 - Schaltungsanordnung zur analogen zeitlichen Integration

Info

Publication number: DE2048933B2
Application number: DE2048933A
Authority: DE
Inventors: Robert William Arlington Heights Ill. Sampson (V.St.A.)
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1969-10-06
Filing date: 1970-10-06
Publication date: 1974-06-20
Also published as: US3593010A; FR2064168B1; FR2064168A1; DE2048933A1; DE2048933C3; JPS4842515B1; GB1314868A; CA931267A

Description

Die Erfindung betrifff eine Schaltungsanordnung

ίο zur analogen zeitlichen Integration einer Spannung, mit einem die zu integrierende Spannung entsprechend einer Meßgröße abgebenden Spannungsgeber, dessen Bezugspotential bei fehlender Meßgröße über ein Stellglied einstellbar ist, mit einem das Stellglied

betätigenden und über eine Verstärkeranordnung zur Einstellung des Bezugspotentials steuerbaren Servomotor, mit einem Spannungsintegrator, dem die zu integrierende Spannung zuführbar ist. mit einer auf das Bezugspotential festlegbaren Auswerteeinrich-

tung für ein vom Spannungsintegrator abgegebenes Ausgangssignal und mit einer der Verstärkeranordnung eine variable Spannung zuführenden, variablen Spannungsquelle.

Spannungsintegratoren haben den Nachteil, auch dann eine Spannung aufzuintegrieren, wenn an ihrem Eingang keine Spannung anliegt. Dieses Verhalten wird als Drift bezeichnet und führt insbesondere bei langen IntegrationszeHen als Langzeitdrift zu erheblichen Fehlern im Integrationsergebnis. Liegt die Drift des Spannungsintegrators z.B. bei 500/iV pro Sekunde, so beträgt die Langzeitdrift bei einer Integrationsdauer von 5 Minuten etwa 150 μν. Wird der Spannungsintegrator z. B. in einem Chromatographie ■ analysator verwendet, so sind derartige Fehler nicht tragbar.

Aus der USA.-Patentschrift 3 049 908 ist ein driftkompensierter Spannungsintegrator in einem Chromatographieanalysator bekannt Diesem Spannungsintegrator wird aus einem als Brücke ausgebildeten Spannungsgeber eine Spannung zur Integration zugeführt. Die Brücke dieses bekannten Chromatographieanalysators ist als selbstabgleichende Brücke ausgeführt, die mit Hilfe einer eine Diagonalspannung der Brücke aufnehmenden Verstärkeranordnung, eines Servomotors und eines Stellglieds in einem Brükkenzweig die Diagonalspannung der Brücke vor Beginn der Integration auf Null abgleicht. Zur Driftkompensation liefert ein zerhackersiabilisierter Zusatzverstärker ein weitgehend driftfreies Bezugs-

so potential für den Spannungsintegrator. Als Auswerteeinrichtung ist ein Schreiber vorgesehen, dessen Nullpunktschreibstellung auf das Bezugspotential festlegbar ist. Dieses Vorgehen kompensiert zwar die Drift des Spannungsintegrators bei kurzen Integrationszeiten, ist jedoch zur Kompensation der Langzeitdrift auf Grund unvermeidlicher, wenn auch geringfügiger Schwankungen des Bezugspotentials nicht geeignet.

Ein weiterer Chromatographieanalysator ist aus der

USA-Patentschrift 2 965 300 bekannt. Zur Verbesserung der Meßgenauigkeit wird hier zum Abgleich einer Meßbrückenschaltung ein von einem zerhackerstabilisierten Verstärker betriebener Servokreis verwendet. Langzeitdriftfehler können hierdurch jedoch nicht ausgeglichen werden.

Aus »Elektronische Rechenanlage I« 1959, Heft 4, Seiten 186 bis 190, ist nun weiterhin bekannt, an den Eingang des Spannungsintegrators eine die Driftspannung am Ausgang ausgleichende Spannung anzule-

gen. Diese Spannung muß während der Integrationsdauer am Eingang des Spannungsintegrators anliegen und führt auf Grund unvermeidlicher Schwankungen wiederum zu Verfälschungen des Ergebnisses.

Die Erfindung hat nun die Aufgabe, die Driftspannung des eingangs näher erläuterten Spannungsintegrators möglichst exakt zu kompensieren, ohne während der Integrationsdauer eine externe Spannungsquelle an seinen Eingang anschließen zu müssen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die variable Spannung der variablen Spannungsquelle auf die Driftspannung des Spannungsintegrators einstellbar ist, daß der Servomotor das Stellglied so einstellt, daß eine sich ergebende Vorspannung entgegengesetzt gleich der Driftspannung ist und daß die variable Spannungsquelle beim Integrieren abschaitbar ist.

Der Spannungsgeber wird damit zusätzlich zur Kompensation der Driftspannung herangezogen. Die über die Verstärkeranordnung ucd den Servomotor eingestellte Vorspannung bleibt auch nach Abschalten der variablen Spannungsquelle bestehen. Zusätzliche Fehlerquellen auf Grund unzureichend stabilisierter externer Spannungsquellen werden vermieden. Da die Verstärkeranordnung und der Servomotor zum Einstellen des Spannungsgebers sowohl auf das Bezugspotential als auch auf die Vorspannung verwendet werden, heben sich Einstellfehler weitgehend auf. Die Erfindung eignet sich deshalb vorteilhaft zur Kompensation der Langzeitdrift.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt

Fig. 1 ein schematiches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und

F i g. 2 eine Vorrichtung zur quantitativen Messung der Komponenten einer Flüssigkeitsströmung unter Verwendung einer Modifikation des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1.

In Fig. I ist eine analoge Integrationsvorrichtung zur Integration eines Signals über der Zeit gezeigt. Diese Vorrichtung weist einige wichtige Komponenten auf. Diese sind: Ein Spannungsgeber 56, ein Spannungsintegrator 12, eine variable, auf die Driftspannung einstellbare Spannungsquelle 13, eine Verstärkeranordnung 50, ein Spannungseinstellservomotor 51 und ein Servomotor 23. Der Spannungsgeber 56 ist von der Art einer Wheatstone-Brücke mit einem zweiten und einem ersten Zweig und wird für die Erzeugung der zu integrierenden Spannung verwendet. Zweite und erste Anschlüsse 2 bzw. 1 des Spannungsgebers 56 sind vermittels eines Widerstandes 3 miteinander verbunden. Die Anschlüsse 1 und 2 sind in dem zweiten bzw. ersten Zweig angeordnet und teilen jeden Zweig in Abschnitte. Ein Abschnitt des zweiten Zweiges weist einen variablen Widerstand 34 und den benachbarten Teil eines Widerstandes 27 auf. In ähnlicher Weise weist der benachbarte Abschnitt des ersten Zweiges der Spannungsgeber 56 einen variablen Widerstand 33 und den benachbarten Teil eines Widerstandes 32 auf. Eine Leitung 62 ist zwischen diesen zwei benachbarten Abschnitten an den Spannungsgeber 56 angeschlossen und ist mit einer Energiequelle 35 verbunden. Der andere Abschnitt des zweiten Zweiges des Spannungsgebers 56 weist den restlichen Teil des Widerstandes 27, einen festen Widerstand 29 und den benachbarten Teil eines Widerstandes 30 auf. Der andere Abschnitt des ersten Zweiges des Spannungsgebers 56 weist die restlichen Teile der Widerstände 30 und 32 in Serie mit einem Festwiderstand 31 auf. Diest letzteren Abschnitte sind einander benachbart und über eine dazwischen angeschlossene Leitung 63 mit der Energiequelle 35 verbunden.
Der Spannungsintegrator 12 weist einen Wider-

stand 5 auf, der von einem Rechenverstärker 4 gefolgt ist, sowie einen parallel dazu geschalteten Kondensator 6. Ein zur Masse führender Schalter 8 ist mit dem Widerstand 5 verbunden, um den Rechenverstärker 4 und den Kondensator 6 zu überbrücken. Der Spannungsintegrator 12 ist mit den Anschlüssen 1 und 2 verbunden und weist eine Ausgangsleitung 70 auf. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist diese über einen Widerstand 17, eine Leitung 52 mit einem Kontakt 10 eines Dreiwegeschalters 9 verbunden. In dem Spannungs-

¹S integrator 12 fließt ein Strom durch den Rechenverstärker 4, bzw. wird ein Strom durch den Kondensator 6 rückgeführt, wenn ein elektrisches Potential an den Anschlüssen 1 und 2 anliegt. Die Spannung F₀ ist die Spannungsdifferenz zwischen der Ausgangslei-

rung 70 und dem ersten Anschluß 1. Solange der Schalter 8 offen ist, wird die Spannung F₀ immer dann abnehmen, wenn eine positive Spannung zwischen dem zweiten Anschluß 2 und dem ersten Anschluß 1 anliegt. Umgekehrt wird die Spannung F₀ immer dann

²S ansteigen, wenn eine negative Spannung zwischen dem zweiten Abschluß 2 und dem ersten Anschluß 1 besteht. V₀ bleibt konstant, wenn F₅, d. h. die vom Spannungsgeber 56 abgegebene Spannung, gleich C ist. Das Ergebnis ist, daß F₀ die additive Spannung im Hinblick auf die Zeit darstellt, die zwischen den Anschlüssen 1 und 2 besteht. Das heißt, F₀ ist das Integral von V₅ im Hinblick auf die mit einer Konstanten multiplizierte Zeit. F₀ wird kontinuierlich als Integral von F, gebildet, bis der Spannungsintegrator 12 vermittels des Schalters 8 zurückgestellt wird. Wenn der Spannungsintegrator 12 integriert, ist der Schalter 8 offen. Soll die Spannung F₁₁ auf 0 zurückgesetzt werden, so wird der Schalter 8 geschlossen, der Kondensator 6 wird zur Masse hin entladen und F₀ sinkt auf ü ab.

Die variable Spannungsquelle 13 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Drift des Spannungsintegrators 12 ausgleicht. Die variable Spannungsquelle 13 weist eine Batterie 14 in Serie zu Widerständen 16 und 15 auf. Der Widerstand 15 ist variabel; an ihm fällt eine variable Spannung als Kompensationsspannung F₁ ab, die an eine erste Kompensationsspannungsleitung 64 abgegeben wird. Die Kompensationsspannung V_c, die auf das System angewendet wird, kann variiert werden, und die variable Spannungsquelle 13 ist dadurch einstellbar.

Die erste Kompensationsspannungsleitung 64 der variablen Spannungsquelle 13 ist mit dem zweiten Anschluß 2 verbunden. Eine zweite Kompensations-Spannungsleitung 65 ist mit einem Kontakt 11 des Dreiwegeschalters 9 verbunden.

Die Verstärkeranordnung 50 weist einen Ausgangsverstärker 53 mit einer Steuersignalleitung 54, die bei einem Zweiwegeschalter 26 endet, und eine weitere variable Spannungsquelle 20 auf, die in Reihe mit dem Ausgangsverstärker 53 zwischen dem Dreiwegeschalter 9 und dem ersten Anschluß 1 liegt. Man erkennt, daß der Dreiwegeschalter 9 über den Kontakt 11 mit der zweiten Kompensationsspannungsleitung 65 der variablen Spannungsquelle 13 oder über einen Kontakt 60 und eine Leitung 59 mit dem ersten Anschluß 1 oder über den Kontakt 10 mit der Aüsgangsleitung 70 verbindbar ist. Es ist jedoch stets nur

einer dieser Kontakte zur selben Zeit geschlossen.

Der Spannungseinstellservomotor 51 ist mit dem Zweiwegeschalter 26 verbindbar und mit dem ersten Anschluß 1 verbunden. Der Spannungseinstellservomotor 51 ist mit der weiteren variablen Spannungsquelle 20 gekuppelt und ändert diese, bis das Eingangssignal des Ausgangsverstärkers 53 Null ist. Das Eingangssignal des Ausgangsverstärkers 53 wird nur 0 sein, wenn die äußere Spannung der Verstärkeranordnung 50 exakt durch die weitere variable Spannungsquelle 20 ausgeglichen ist. Der Spannungseinstellservomotor 51 variiert die von der weiteren variablen Spannungsquelle 20 abgegebene Spannung, bis das Eingangssignal der Verstärkeranordnung 50 immer 0 ist, wenn die Verstärkeranordnung 50 an den ersten Anschluß 1 und vermittels des Dreiwegeschalters 9 und des Kontaktes 10 an die Leitung 52 angeschlossen ist. Die mechanische Tätigkeit des Spannungseinstellservomotors 51 setzt einen Schreibstift 80 über einem Papier in Stellung, das mit konstanter Geschwindigkeit durch einen Schreiber 81 geführt wird. Der Schreibtest 80 schreibt das Integral der vom Spannungsgeber 56 abgegebenen Spannung über der Zeit.

Der Servomotor 23 ist mit dem ersten Anschluß 1 verbunden und mit einem Kontakt 24 des Zweiwegeschalters 26 verbindbar. Der Servomotor 23 ist mit dem Signalgeber 56 gekuppelt. Der Spannungsgeber 56 ist dadurch einstellbar und die Spannungsdifferenz zwischen dem zweiten Anschluß 2 und dem ersten Anschluß 1 änderbar. Die vom Spannungsgeber 56 abgegebene Spannung wird so geändert, daß sie gleich, in der Polarität jedoch entgegengesetzt zur Kompensationsspannung V₁ der variablen Spannungsquelle 13 ist.

Im folgenden soll die Betriebsweise der analogen Integrationsvorrichtung nach Fig. 1 vom Beginn bis zum vollständigen Ende eines einzelnen Zyklus des Betriebes erläutert werden. Die Spannung zwischen Anschluß 2 und Anschluß 1 verändert sich langsam über eine Zeitperiode, so daß jeder fließende Strom als Gleichstrom angesehen werden kann oder ein Strom sehr niedriger Frequenz ist. Die Eingangsspannung ist in Fig. 1 als V₁ angezeigt. Der Widerstand 3 ist mit den Anschlüssen 1 und 2 verbunden und liegt parallel zum ebenfalls an die Anschlüsse 1 und 2 angeschlossenen Spannungsintegrator 12. Der Spannungsintegrator 12 integriert die Spannung zwischen den Anschlüssen 2 und 1 über der Zeit. Das Ergebnis wird als analoges Spannungssignal auf der Ausgangsleitung 70 und der Leitung 52 beim Kontakt 10 abgegeben.

Ohne diese Erfindung würde die Brücke des Spannungsgebers 56 normalerweise zu Beginn eines Integrationszyklus abgeglichen sein. Dies würde bedeuten, daß kein Stromfluß oder kein Spannungspotential zwischen dem zweiten Anschluß 2 und dem ersten Anschluß 1 vorhanden ist. Das heißt, V₅ würde normalerweise 0 sein. Gemäß dieser Erfindung ist die Brücke jedoch anfänglich so vorgespannt, daß V_s anfänglich nicht gleich 0 ist.

Beim Beginn eines Integrationszyklus gemäß dieser Erfindung ist der Schalters geschlossen und die Brücke des Spannungsgebers 56 ist, zur Kompensation der Drift des Spannungsintegrators 12, um eine Vorspannung vorgespannt. Die Brücke des Spannungsgebers 56 wird anfänglich durch Schließen des Dreiwegeschalters 9 gegen den Kontakt 60 und des Zweiwegeschalters 26 gegen einen Kontakt 67 abgeglichen. Dies bewirkt einen geschlossenen Kreis in der Verstärkeranordnung 50 durch den Ausgangsverstärker 53, die Leitung 61, den Dreiwegeschalter 9, den Kontakt 60 und die Leitungen 58 und 59. Das von der weiteren variablen Spannungsquelle 20 erzeugte Spannungseingangssignal des Ausgangsverstärkrs 53 führt zu einer Ausgangsspannung auf der Steuersignalleitung 54. Diese Spannung auf der Steuersignalleitung 54 betätigt den Spannungseinstellservomotor 51 und treibt die weitere variable Spannungsquelle 20 zu 0, da die gebildete Eingangsschaltung einen Kurzschluß darstellt. Der Spannungseinstellservomotor 51 treibt auch den Schreibstift 80 des Schreibers 81 zu einer O-Aufzeichnung. Nachdem die Spannung der weiteren variablen Spannungsquelle 20 Null erreicht hat, wird der Zweiwegeschalter 26 zum Kontakt 24 des Servomotors 23 gewechselt. Dies verbindet den Servomotor 23 mit der Verstärkeranordnung 50. Da dort die Steuersignalleitung 54 ein Signal für eine 0-Aufzeichnung führt, ändert der Servomotor 23 die Position eines Kontaktes 68 auf dem Widerstand 27 der Brücke des Spannungsgebers 56, gleicht dadurch die Brücke ab und bringt die Spannung V₅ auf einen Wert 0. Der Dreiwegeschalter 9 wird dann auf den Kontakt 11 geschaltet und die variable Spannungsquelle 13 hierdurch mit der Verstärkeranordnung 50 verbunden. Da die Kompensationsspannung V₁ auf die Verstärkeranordnung 50 wirkt, liegt ein Spannungseingangssignai am Ausgangsverstärker 53 an. Über die Steuersignalleitung 54 wird der Servomotor 23 betätigt und die Position des Kontaktes 68 entlang dem Widerstand 27 so eingestellt, daß die Brücke des Spannungsgebers 56 nicht länger abgeglichen ist, son-

dem bereits ursprünglich eine Spannung V_$ abgibt, die in der Größe der Kompensationsspannung K gleich ist. Der Servomotor 23 arbeitet derartig, daß die Polarität der Spannung V₁ entgegengesetzt der Polarität der normalen Spannung des Spannungsgebers 56 ist, die über den Anschlüssen 1 und 2 während der Tätigkeit dieser analogen Integrationsvorrichtung auftritt.

V_c kann durch die Bewegung eines mit der ersten Kompensationsspannungsleitung 64 verbundenen Kontaktes 69 entlang dem Widerstand 15 so eingestellt werden, daß V_c exakt gleich der Driftspannung ist, die im Spannungsintegrator 12 auftritt. Die Spannung V_s weicht dann vom Wert, den sie sonst annehmen würde, um den Wert V_c ab, der gleich der im Spannungsintegrator 12 auftretenden Driftspannung ist.

Nach Einführen der Vorspannung in V_s wird der Zweiwegeschalter 26 gegen den Kontakt 67 geschlossen, der Dreiwegeschalter 9 wird gegen den Kontakt

10 geschlossen und der Schalter 8 wird geöffnet. Die Ausgangsleitung 70 des Spannungsintegrators 12 wird dadurch an die Verstärkeranordnung 50 angeschlossen, wodurch das Integral deT Spannung V_s vom Schreiber 81 aufgezeichnet wird. Die Schalter 26, 9 und 8 können mechanische Schalter oder Relais sein, die automatisch oder von Hand betätigt werden. Zum Rückstellen des Rechenverstärkers 4 im Spannungsintegrator 12kann der Schalter 8 geschlossen werden. Wenn der Schalter 8 geschlossen wird, fällt die Verstärkerausgangsspannung V₀ auf 0 ab. Der Span-

• nungsintegrator 12 kann zu jeder Zeit zurückgesetzt werden, aber gewöhnlich erfolgt dies, während die Brücke des Spannungsgebers 56, wie oben beschrie-

ben, abgeglichen und vorgespannt wird.

Die Schalter 8, 9 und 26 können von einem programmierten Zeitschalter oder Taktgeber, wie z. B. einem Zeitschalter 37 in Fi g. 2, betätigt werden. Die Vorrichtung der Fig. 2 zeigt eine spezielle Anwendung dieser Erfindung bei der quantitativen Messung des Gehaltes an Komponenten einer Strömung durch zeitliches Integrieren einer von einer elektrischen Brücke abgegebenen Signalspannung, wobei die Signalspannung von der vorhandenen Menge jeder Komponente der Strömung abhängt. Derartige Vorrichtungen sind als Chromatographieranalysatoren, z.B. als Siedepunktsüberwachungseinrichtung, bekanntgeworden. Auf dem Schreiber wird für jeden Zyklus der Überwachungseinrichtung eine Destillationskurve dargestellt. Die Überwachungseinrichtung wird für die Prüfung eines fließenden Kohlenwasserstoffstromes in einer Fraktionierkolonne bei der Raffinierung von Petroleumprodukten verwendet. Die Ausführungsform nach Fig. 2 weist eine Brücke 56' auf, die der Brücke des Signalgebers 56 in Fig. 1 in Ausbildung und Tätigkeit sehr ähnelt. Alle anderen wesentlichen Komponenten der Ausführungsform der Fi g. 2 sind die gleichen wie die bei der Ausführungsform der Fig. 1. Die Brücke 56' zeigt Änderungen in der thermischen Leitfähigkeit eines über einen Widerstand 34' geführten Gasstromes an, der zusammen mit einem Teil des Widerstandes 27 den Teil eines Abschnittes der Brücke 56' bildet. Diese Änderung in der thermischen Leitfähigkeit ist eine direkte Anzeige einer Änderung des quantitativen Gehaltes der verschiedenen Komponenten einer aus einer Petroleumfraktionierkolonne entnommenen Kohlenwasserstoffprobe.

In Fig. 2 ist eine Chromatographiersäule 46 bekannter Art gezeigt, z. B. eine Gas-Flüssigkeits-Chromatographiersäule oder eine Verteilungssäule. Die Chromatographiersäule 46 weist eine Verteilungsflüssigkeit auf, die wahlweise den Durchgang der Komponenten einer Probe aus dem fließenden Kohlenwasserstoffstrom verlangsamt. Die Verteilungsflüssigkeit wird auf einem festen Untergrund mit großer Oberfläche, wie z. B. Schamottsteinpulver, getragen. Ein Probeninjektionsventil 47 ist mit der Chromatographiersäule 46 verbunden, und ein Trägergaseinlaßrohr 48 und ein Probeneinlaßrohr 49 laufen nach oben, um mit dem Probeninjektionsventil 47 zusammenzutreffen. Letzteres weist einen perforierten Block 84 auf, der zurück und nach vorn innerhalb eines Hohlraumes 85 bewegt wird und für die Aufnahme einer z.B. vom Probeneinlaß 49 eingeführten Kohlenwasserstoffprobe reproduzierbaren Maßes geeignet ist. Der Block 84 wird zurück und nach vom innerhalb des Hohlraumes 85 bewegt, sobald Luftdruck auf das eine oder das andere Ende des Blockes 84 einwirken kann. Der Luftdruck wird den gegenüberliegenden Enden des Probeninjektionsventils 47 über ein durch den Zeitgeber 37 betätigtes Injektionssolenoid 83 zugeführt. Normalerweise fließt der Kohlenwasserstoffstrom von dem Probeneinlaßrohr 49 durch das Probeninjektionsventil 47 und nach außen durch ein Auslaßrohr 44. Zu Beginn jedes Probenzyklus schließt jedoch das Probeninjektionsventil 47 eine Kohlenwasserstorrprobe aus dem Einlaßrohr 49 ein und gibt die Probe an die Chromatographiersäule 46 ab. Die Probe wird in diese Chromatographiersäule 46 vermittels Trägergas überführt, das in das Probeninjektionsventil 47 durch das Trägergaseinlaßrohr 48 eintritt. Das Trägergas, ζ. B. Helium, wird hierbei in das Trägergaseinlaßrohr 48 eingeführt und strömt durch das Trägergaseinlaßrohr 48 und in ein sich vom Rohr 48 abzweigendes Rohr 45. Ein Nadelventil 71 reguliert die Strömung des Trägergases durch das Rohr 45, und ein Flußsteuerventil 86 reguliert die Strömung durch das Trägergaseinlaßrohr 48.

Vom Trägergaseinlaßrohr 48 läuft das Trägergas

»° durch das Probeniinjektionsventil 47 in die Chromatographiersäule 46, dann in einen Hohlraum 40 in einem temperaturgesteuerten Detektorblock 38 und durch eine Auslaßleitung 41 heraus. Zur selben Zeit wird ein fließender Kohlenwasserstoffstrom unbekannter quantitativer Zusammensetzung in das Einlaßrohr 49 und durch ein Auslaßrohr 44 herausgeführt, und zwar durch einen direkten Kanal in dem Probeninjektionsventil 47. Die qualitative Zusammensetzung des Kohlenwasserstoffstromes im Einlaßrohr 49 ist anfänglich

unbekannt, kann aber bestimmt werden, nachdem verschiedene Komponenten aus einer Probe des Kohlenwasserstoffstromes zuerst aufgelöst und dann von der Verteilungsflüssigkeit in der Chromatographiersäule 46 eluiert sind. Dies ist durch eine geeignete

*5 Auswahl der Verteilungsflüssigkeit möglich, die wahlweise bei relativ langen Intervallen in der Größenordnung der Siedepunkte der Komponenten die Probenkomponenten freimacht oder löst. Das Intervall zwischen dem Lösen aufeinanderfolgender Probenkomponenten unterscheidet eine Komponente von der anderen, sogar wenn die Siedepunkte aufeinanderfolgender Komponenten zu eng beieinander liegen, um eine unterscheidbare Trennung durch Destillation zu bewirken. Um eine wirksame Eluation der Probe nach der Injektion zu ermöglichen, wird die Chromatographiersäule 46 mit programmierter Rate erwärmt. Wenn das Trägergas aus dem Trägergaseinlaßrohr 48 das Probeninjektionsventil 47 und die Chromatographiersäule 46 verläßt, trägt es die Probenkomponenten mit sich, die durch das Probeninjektionsventil 47 - gemäß ihren entsprechenden Siedepunkten eingereiht - injiziert werden. Das Trägergas und die eingereihten Probenkomponenten fließen in den Hohlraum 40 des Detektorblockes 38 und treten aus diesem durch die Auslaßleitung 41 aus.

Zusätzlich zum Hohlraum 40 weist der Detektorblock 38 einen anderen Hohlraum 39 auf, in welchem eine Trägergasmenge durch das Rohr 45 vom Trägergaseinlaßrohr 48 eingeführt ist. Diese Trägergas-

menge läuft nicht durch das Probenmjektionsventil 47 und weist keine Kohlenwasserstoffstromprobenkomponenten auf. Die Trägergasmenge aus dem Rohr 45 wird als Referenzstrom verwendet und verläßt den Hohlraum 39 durch ein Auslaßrohr 42.

Die veränderbaren Widerstände 33 und 34 dei Brücke des Spannungsgebers 56 der Fig. 1 werder durch Widerstandswendeln 33' bzw. 34' in Fig. 2 er setzt; sie sind über eine Energieleitung 62' mit dei Energiequelle 35 verbunden. Die Widerstandswende 33' ist innerhalb des Hohlraumes 39 angeordnet, un< die Widerstandswendel 34' ist innerhalb des Hohlrau mes 40 in dem Detektorblock 38 angeordnet. De Strom aus der Energiequelle 35, der durch die Wider Standswendeln 33' und 34' läuft, heizt die Wider Standswendeln, während das darüberstreichende He liumträgergas eine gewisse Wärmemenge abführt, bi ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Die Brücke 5( ist so eingestellt, daß sie bei dieser Gleichgewichtsbe

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dingung abgeglichen ist. Die Widerstandswendel 34' befindet sich im Ausfluß des Trägergasstromes aus der Chromatographiersäule 46, der periodisch die aufeinanderfolgenden Komponenten der Probe trägt, und die Widerstandswendel 33' befindet sich in einem reinen Heliumstrom. Wenn eine Probenkomponente aus der Chromatographiersäule 46 eluiert wird, fließt sie über die Widerstandswendel 34' und führt weniger Wärme fort, als es ein reiner Heliumstrom täte. Die Brücke 56' verliert ihr Gleichgewicht, da der Widerstand der Widerstandswendel 34' ansteigt. Die Eluierzeiten werden dadurch konstant gehalten, daß die Starttemperatur und die programmierte Wärmerate der Chromatographiersäule 46 fest eingestellt wird, so daß eine feste Zeit nach der Probeninjektion immer dieselbe Siedetemperatur dargestellt wird. Die Flußveränderungen und Temperaturveränderungen des Heliumträgergases, das ursprünglich in die Leitung 48 eingeführt wird, beeinflußt den Widerstand sowohl der Widerstandswendel 33' als auch der Widerstandswendel 34'.

Da die Chromatographiersäule 46 wahlweise und aufeinanderfolgend den Durchgang der verschiedenen fließenden Komponenten der Kohlenwasserstoffprobe verlangsamt, kann die Menge jeder Komponente in der Probe durch die relative Veränderung bestimmt werden, die diese im Widerstand der Widerstandswendel 34' bezogen auf die Widerstandswendel 33' zu einem gegebenen Zeitpunkt nach der Probeninjektion bewirkt, da der Augenblick, zu welchem eine Komponente mit einem gegebenen Siedepunkt in den Hohlraum 40 gelangen und diesen verlassen kann, vorbestimmt werden kann. Diese Bestimmung wird durch den Zeitgeber 37 geregelt, der auf das Injektionssolenoid 83 arbeitet und automatisch oder durch Handbetrieb die Flußrate des Heliumträgergases durch das Flußsteuerventil 86 standardisiert oder normt. Der soweit in Verbindung mit Fig. 2 standardisiert oder normt. Der soweit in Verbindung mit Fig. 2 diskutierte Teil der Vorrichtung ist bekannt als Chromatographieranalysator, z.B. als Siedepunktsüberwachungseinrichtung.

Sobald die verschiedenen Probenkomponenten in den Hohlraum 40 des Detektorblockes 38 eintreten, verändern sie den elektrischen Widerstand der Widerstandswendel 34' im Verhältnis zu dem der Widerstandswendel 33', wodurch die Brücke 56' außer Gleichgewicht kommt und die Spannung V_s verändert wird. Wie in Verbindung mit F i g. 1 ausgeführt wurde, muß der Fehler infolge der Drift des Spannungsintegrators 12 eliminiert werden, damit die Ausgangsspannung F₀ des Spannungsintegrators 12 das Integral der Spannung V_s über der Zeit ist. Dieser Fehler wird bei der Vorrichtung nach Fig. 2 in derselben Weise eliminiert, wie dies bei der Vorrichtung der Fig. 1 beschrieben wurde. Das heißt, die Brücke 56' wird mit Hilfe der variablen Spannungsquelle 13 von einem abgeglichenen Zustand aus um einen Wert vorgespannt, der gleich der Kompensationsspannung K_r ist. Zusätzlich gibt der Zeitschalter 37 Signale zur Steuerung der Tätigkeitsfolge der Schalter 8, 26 und

9 ab. Zu Beginn eines jeden Zyklus wird die Brücke 56' automatisch bei einer festen Kompensationsspannung K vorgespannt, die die im Spannungsintegrator 12 erzeugte Integrationsdriftspannung ausgleicht. Bei gegen den Kontakt 67 geschlossenem Zweiwegeschalter 26 wird der Dreiwegeschalter 9 gegen den Kontakt 60 geschlossen. Dies treibt die variable Spannungsquelle 20 und den Schreibstift 80 des Schreibers 81 auf 0. Der Zweiwegeschalter 26 wird dann gegen den Kontakt 24 geschlossen, der den Servomotor 23 mit der Verstärkeranordnung 50 verbindet. Dies bewirkt, daß die Brücke 56' abgeglichen wird. Der Dreiwegeschalter 9 wird dann gegen den Kontakt 11 geschlossen, der die variable Spannungsquelle 13 mit der Verstärkeranordnung 50 verbindet. Die durch die variable Spannungsquelle 13 eingeführte Driftkompensationsspannung K, bewirkt, daß der Servomotor 23 die Lage des Kontaktes 68 entlang des Widerstandes 27 einstellt, bis die Spannung V_s der Brücke 56' anfänglich gleich der Kompensationsspannung K_r wird, die, wenn sie integriert wird, gleich und entgegengesetzt der im Spannungsintegrator 12 auftretenden Driftspannung ist. Während die Kompensationsspannung K_r früher als erste Ableitung noch der Zeit

»5 der im Spannungsintegrator 12 zugeführten Spannung angesetzt worden ist, werden die Anschlüsse 1 und 2 jetzt ursprünglich auf eine feste Vorspannung gesetzt, die die Spannungsdrift kompensiert. Da die variable Spannungsquelle 13 einstellbar ist, kann K_r

verändert werden, um Variationen wiederzugeben, die in der Driftspannung über längere Betriebsperioden und bei verschiedenen Betriebsbedingungen auftreten. Um jeden Betriebszyklus nach dem ursprünglichen Vorspannen der Brücke 56' zu beginnen, wird der Dreiwegeschalter 9 wiederum gegen den Kontakt

10 geschlossen. Hierdurch wird die Ausgangsleitung 70 über die Leitung 52 mit der Verstärkeranordnung 50 verbunden und das Integral von V_s kann durch den Schreiber 81 registriert werden. Weiterhin wird der Zweiwegeschalter 26 gegen den Kontakt 67 geschlossen, um den Schreiber 81 zu betätigen. Sobald die erste fließende Komponente in den Hohlraum 40 eintritt, wird die Spannung an die Brücke 56' angelegt. Das Integral dieser Spannung erscheint durch das Integral der vorspannenden Kompensationsspannung V_c vermindert und durch die Driftspannung des Spannungsintegrators 12 erhöht als eine Spannung K₀ am Ausgang des Rechenverstärkers 4. K₀ wird durch den Ausgangswiderstand 17 gedämpft und vom Schreiber 81 aufgezeichnet. Der Schalter 8 bleibt in der offenen Stellung, bis alle fließenden Komponenten gemessen

worden sind. Danach wird der Schalter 8 geschlossen,

um den Spannungsintegrator 12 zurückzusetzen.

Während die Vorrichtung zur quantitativen Messung von Komponenten eines fließenden Stromes bereits bekannt ist, verbessert der hier offenbarte Vorschlag die Genauigkeit der bei einer solchen Messung erhaltenen Größen. Die Ausführungsfonn der in Fi g. 2 gezeigten Erfindung kann daher als eine Verbesserung der bisher bekannten Einrichtung angesehen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur analogen zeitlichen Integration einer Spannung, mit einem die zu integrierende Spannung entsprechend einer Meßgröße abgebenden Spannungsgeber, dessen Bezugspotential bei fehlender Meßgröße über ein Stellglied einstellbar ist, mit einem das Stellglied betätigenden und über eine Verstärkeranordnung zur Einstellung des Bezugspotentials steuerbaren Servomotor, mit einem Spannungsintegrator, dem die zu integrierende Spannung zuführbar ist, mit einer auf das Bezugspotential festlegbaren Auswerteeinrichtung für ein vom Spannungsintegrator abgegebenes Ausgangssignal und mit einer der Verstärkeranordnung eine variable Spannung zuführenden, variablen Spannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Spannung der variablen Spannungsquelle (13) auf die Driftspannung des Spannungsintegrators (12) einstellbar ist, daß der Servomotor (23) das Stellglied (68) so einstellt, daß eine sich ergebende Vorspannung entgegengesetzt gleich der Driftspannung ist und daß die variable Spannungsquelle 13 beim Integrieren abschaltbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Ausgangsanschlüssen (1, 2) des Spannungsgeb;rs (56) ein Widerstand (3) geschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsgeber (56) als Brückenschaltung ausgebildet ist und die zu integrierende Spannung eine Diagonalspannung der Brückenschaltung ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltung (56) als Wheatstone-Brücke ausgebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach ein^m der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkeranordnung (50) ausgangssei tig über einen Zweiwegeschalter (24, 26, 67) wahlweise mit dem Servomotor (23) oder mit einem weiteren, eine Registriereinrichtung (81) betätigenden Servomotor (51) verbindbar ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkeranordnung (50) eingangsseitig über einen Dreiwegeschalter (9,10,11,60) wahlweise mit einem Ausgang (52) des Spannungsintegrators (12) oder einer Bezugspotentialleitung (58) oder der variablen Spannungsquelle (13) verbindbar ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bezugsspannungseingang eines Verstärkers (53) der Verstärkeranordnung (50) über eine variable Bezugsspannungsquelle (20) mit der Bezugspotentialleitung (58) verbunden ist und daß der weitere Servomotor (51) mit der variablen Bezugsspannungsquelle (20) zur Änderung ihrer Spannung gekuppelt ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsintegrator (12) einen Verstärker (4) aufweist, dessen Eingang über einen Kondensator (6) an seinen Ausgang (70) und über einen Wideiätand (5) an einen Eingangsanschluß (2) des Spannungsintegrators (12) angeschlossen ist und dessen Eingang über einen Kurzschlußschalter (8) mit Masse verbindbar ist.