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Be schreibung Vorrichtung zum Messen und Anzeigen eines Merkmals Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und Anzeigen eines Merkmals.
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Es ist bekannt, daß das spezifische Gewicht einer Flüssigkeit berechnet
werden kann, indem man einen Tropfen einer Flüssigkeit von bekanntem spezifischem
Gewicht und einen Tropfen einer Prüfflüssigkeit von unbekanntem spezifischem Gewicht
eine gegebene Strecke durch ein drittes Flud fallen läßt, die Fallzeit beider Tropfen
mißt und diese Zeitwerte in die K # S.G. ~ ~K K einsetzt, worin T1 Formel # S.G.
= K ~ K einsetzt, worin T1 = die Ti T2 Zeit für die unbekannte Prüfflüssigkeit,
T2 - die Zeit für die bekannte Flüssigkeit mit kleinerem spezifischém Gewicht und
K = ein von bestimmten Konstanten des Meßsystems abh~ängiger Faktor.
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Zum Messen des spezifisciien Gewichts auf der Grundlage der vorgenannten
theoretischen Lösung sind bisher verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen worden.
Diese waren jedoch entweder zu kompliziert oder wiesen nicht im gewunschteii Maß
die
für genaue Messungen erforderliche Genauigkeit und Stabilität auf.
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Ähnliche Probleme treten auf, wenn Verhältnisse zwischen zwei Meßwerten
aufgrund markierter Substanzen, beispielsweige beim Messen von Blutvolumen und bei
Untersuchungen depr Schilddr#senfunktion, berechnet werden sollen, wobei derartige
Meßwerte mit verschiedenen Zeitintervallen abgenommen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine
wirtschaftlich herstellbare Vorrichtung zu schaffen, die die gestellten Forderungen
in besonders zuverlässiger Weise erflillt.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zum Dessen und Anzeigen eines
Merkmals gelöst, bei der die Messungen in Zeitintervallen vorgenommen werden und
die sich erfindungsgem§ß dadurch auszeichnet, daß ein erster Meßfuh#ler, der ein
Startsignal liefert, mit einem zweiten Dk#ßfühler, der ein Stopsignal erzeugt, mit
einem getasteten Zähler, einem Taktimpulsgenerator, einem Rechner und einem Anzeigegerät
kombiniert ist. Der erste Meßfühler, der zweite Meßfühler, der getastete Zähler
und der Taktimpuisgenerator sind so geschaltet, daß ein Startsignal vom ersten Meßfiihler
die Akkumulation von durch den Taktimpulsgenerator gelieferten Zählungen im getasteten
Zähler auslöst und ein Stopsignal vom zweiten Meßfühler die Akkumulation dieser
Zählungen im getasteten Zähler beendet, wobei die Anzahl der akkumulierten Zählungen
vom Zeitintervall zwischen dem Startsignal und dem Stopsignal direkt abhängig ist
Der getastete Zähler, der Taktimpulsgenerator, der Rechner und das Anzeigegerät
sind so geschaltet, daß die im getasteten Zähler akkumulierten Zählungen dem Rechner
zugeführt werden, der @ das #nz#igegerät Zählungen liefert, um das Anzeigegerät
zum tageigen eines Merkmals einzuschalten, das auf eine vom Zeitintervall zwischen
dem Startsignal und dem Stoprignal abhängige Funktion direkt bezogen it,
Die
Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mehrerer Ausführungebeispiele
mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 einen Querschnitt
durch einen Teil einer Vorrichtung zum Messen des spezifischen Gewichts nach dem
Tropfenfall-Verfahren, Fig. 2 ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltung der
Vorrichtung nach der Erfindung und Fig. 3 ein Blockschaltbild der elektronischen
Schaltung einer bevorzugten Ausbildungsform der Vorrichtung nach der Btfindung.
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Entsprechend Fig. 1 ist eine Kammer 10 von einer sich in senkrechter
Richtung erstreckenden rohrförmigen Wand 11 gebildet, die an ihrem oberen Ende eine
Mündung 12 aufweist.
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In der Wand 11 sind diametral sich gegenüberliegend Öffnu#ngen 13
und 14 angeordnet. Im Abstand unter den Öffnungen 13 und 14 und im wesentlichen
in der gleichen axialen Ebene sind in der Wand 11 diametral sich gegenüberliegend
ebenfalls Öffnungen 15 und 16 angeordnet. Die Öffnungen 13, 14, 15 und 16 sind außen
mit durchsichtigen Bauteilen 17, 18, 19 bzw.
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20 verschlossen. An den durchsichtigen Bauteilen 17 und 19 sind von
(nicht gezeichneten) Stromquellen versorgte Lichtquellen. 21 bzw. 22 so angeordnet,
so daß von ihnen ausgesandte Lichtstrahlen 23 und 24 durch die Öffnungen 13 und
15 und anschließend durch die Öffnungen 14 und 16 hindurchgehen können. An den durchsichtigen
Bauteilen 18 und 20 sind von (nicht gezeichneten) geeigneten Stromquellen gespeiste
und mit ~(nicht gezeichneten) Verstärkern versehene lichtempfindliche Vorrichtungen
25 bzw. 26 in Gestalt beispielsweise von Fotoleitern, so angeordnet, daß sie durch
die Öffnungen 14 und 16 hindurchtretendes Licht abtasten oder auffangen können.
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Über der Mündung 12 in der Wand 11 ist koaxial eine Leitung 27 angeordnet,
durch die eine Prüfflüssigkeit 28, deren spezifisches Gewicht gemessen werden soll,
fließt und einen Tropfen 29 bildet, der von der Leitung 27 weg in ziels Eammer 10
fällt, die eine Säule zur Aufnahme eines Fluide, vorzugsweise einer Flüssigkeit
30 bildet, die ein kleineres spezifisches Gewicht als der Tropfen 29 hat und sich
mit diesem nicht vermischt. Der Lichtstrahl 23 wird vom durch die Flüssigkeit 30
fallenden Tropfen 29 unterbrochen oder in anderer Weise verändert, wodurch die zugehörige,
einen ersten Meßfühler darstellende lichtempfindliche Vorrichtung 25 ein Startsignal
erzeugt. Bei der weiteren Pallbewegung des Tropfens 29 durch die Flüssigkeit 30
wird der Lichtstrahl 24 vom Tropfen 29 unterbrochen oder in anderer Weise verändert,
so daß die zugehörige, einen zweiten Meßfühler darstellende lichtempfindliche Vorrichtung
26 ein Stopsignal erzeugt.
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Bei der Tropfenfall-Methode wird die Zeit, die der Tropfen 29 braucht,
um vom Lichtstrahl 23 zum Lichtstrahl 24 zu fallen, in der Berechnung des spezifischen
Gewichts genutzt.
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Zum Messen der vorbeschriebenen abgelaufenen Zeitspanne können auch
andere Meßfühler, die nicht mit Lichtstrahlen arbeitende lichtempfindliche Vorrichtungen
sind, verwendet werden. Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine dem Stand
der Technik ähnlich ausgebildete Vorrichtung und stellt nicht das Hauptmerkmal der
Erfindung dar.
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Fig. 2 zeigt, daß der erste Meßfühler 25 über eine Leitung 31 an einen
Flip-Flop-Multivibrator 32 angeschlossen ist, mit dem über eine Leitung 33 auch
der zweite Meßfühler 26 verbunden ist. Der Multivirator 32 ist über eine Leitung
34 an ein Verkrrüpfungsglied 35 angeschlossen, mit dem über eine Leitung 37 ein
Taktimpulsgenerator 36 verbunden ist. Das VerknApfungsglied 35 steht seinerseits
über eine Leitung 38 mit einem Impuls- oder Frequenzimpulszähler 39 in Verbindung.
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Vom Zähler 39 führt eine Leitung 40 zu einem Rechner 41, der seinerseits
über eine Leitung 42 mit einem Anzeigegerät 43
verbunden ist. Die
Verbindung zwischen dem Tsktimpulsgenerator 36 und dem Rechner 41 ist durch eine
Leitung 44 hergestellt.
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Die spezielle Innenschaltung der verschiedenen im Blockschaltbild
der Fig. 2 dargestellten Bauteile ist niit kritisch und dem Fachmann bekannt.
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Im Betrieb dieser Vorrichtung wird vom ersten Meßfühler 25 ein Startsignal
erzeugt, das den Multivibrator 32 einschaltet.
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Dieser steuert das Verknüpfungsglied 35 auf, das vom Taktimpulsgenerator
36 gelieferte Impulse durchläßt, die in den Zähler 39 eingehen und dort akkumuliert
werden. Dann gibt der zweite Meßfühler 26 ein Stopsignal ab, das den Multivilrator
32 ein schaltet. Dieser steuert das Verknüpfungsglied 35 zu und beendet die Akkumulation
der vom Taktimpulsgenerator 36 gelieferten Zählungen im Zähler 39. Die sich ergebende
Information über oder das sich ergebende Signal für die akkumulierten Zählungen
wird dann dem Rechner 41 zugeführt, der unter Benutzung im voraus eingegebener funktioneller
Beziehungen die notwendigen Rechenoperationen durchführt und an die Leitung 42 Zählungen
abgibt, die auf eine Funktion des Zeitintervalls zwischen dem Startsignal und dem
Stopsignal direkt bezogen sind. Die Rechenschritte werden mit vom Taktimpulsgenerator
36 über eine Leitung 44 gelieferten Impulsen synchronisiert. Diese Ausgangszählungen
schalten das Anzeigegerät 43 zum Anzeigen des- gewünschten-Ergebnisses ein. Wird
mit der Meßvorrichtung das spezifische Gewicht der untersuchten Probe gemessen,
zeigt das Anzeige gerät Einheiten dieses spezifischen Gewichts an.
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In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausbildungsform der Vorrichtung nach
der Erfindung mit weiteren Einzelheiten dargestellt.
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Bauteile, die der in Fig. 2 gezeigten .Ausbilaungsform entsprechen,
sind mit den gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung eines Unterschedungszeichens
"a" bezeichnet.
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Zu einem gestrichelt dargestellten Rechner 41a gehören ein Zähler-Speicher
45, der mit einem Zähler 39a über eine Leitung 46 verbunden ist, eine Recheneinheit
472 die an den Zähler 39a über eine Leitung 40a und an den Speicher 45 über eine
Leitung 48 angeschlossen ist, fernet ferner ein mit der Recheneinheit 47 über eine
Leitung 50 verbundener Akkumulator 49, ein an diesen über eine Leitung 52, einen
Schalter 65 und eine Leitung.69 angeschlossener Quct;I#enten-Zähler oder Quotienten-Bewerter
51, ein mit diesem über eine Leitung 54 in Verbindung stehender #&i1tiplizier-Speicher
53 sowie ein Vergleicher- und Multiplizier-Register 55, das mit dem Speicher 53
über eine Leitung 56 verbunden ist. Der Speicher 45 ist über eine Leitung 57 an
die Leitungen 52 und 56 angeschlossen. Die Verbindung zwischen dem #umulator 49,
dem Quotienten-Zähler 51 und dem Vergleicher 55 und dem Taktimpulsgenerator 36a
ist über eine Leitung 44a hergestellt. Der Akkumulator 49 ist ufer eine Leitung
42a ebenfalls an einen Binär-Serie-Umsetzer 58 angeschlossen.
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Der Umsetzer 58 ist mit Drucktypenrädern 59 und 60 über Leitungen
61 bzw. 62 verbunden.
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An den Zähler 39a, die Recheneinheit 47, den Akkumulator 49, den Quotienten-Zähler
51, den Multiplizier-Speicher 53 und den Vergleicher 55 ist über eine Leitung 64
eine Progranirniereinheit 63 angeschlossent die mit dem Schalter 65 über eine Leitung
66 in Verbindung steht. Mit dem Schalter 65 ist über eine Leitung 68 eine Quelle
67 für ein Normalisiersignal verbunden.
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Im Betrieb der in Fig. 3 dargestellten Schaltung arbeiten der erste
Meßfühler 25a, der zweite MeBf~hler 26a, der Multivibrator 32a, das Verknüpfungsglied
35a, der Taktimpulsgenerator 36a, der Zähler 39a und der Rechner 41a in der gleichen
Weise wie im Zusammenhang mit der in Fig. 2 gezeigten Schaltung beschrieben.
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Es sei nun die Arbeitsweise der Bauteile des Rechners' 41a beschrieben.
Am Zähler 39a ankommende spezielle Zählungen können im Zähler-Speicher 45 gespeichert
und zur weiteren Verarbeitung in der-Recheneinheit 47 oder in anderen Bauteilen
des Rechners 41a bereitgehalten werden. Die Recheneinheit 47 führt Rechenoperationen
aus, wie z.B. Addition und Subtraktion, speichert das Ergebnis einer solchen Operation
jedoch nicht.
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Dieses Ergebnis wird im 1\kkumulator 49 bis auf Abruf gespeichert.
Wird ein Quotient gewünscht, wird der Dividend der Recheneinheit 47 zugeführt und
in ihr der Divisor vom Dividenden abgezogen. Der Rest aus dem Akkumulator 49 wird
in die Recheneinheit 47, eingegeben und der Divisor davon erneut subtrahiert. Dieser
Vorgang wird wiederholt, bis der Rest im Akkumulator 49 auf Null reduziert ist.
Die -Anzahl' dieser wiederholten Subtraktionen ist der Quotient und der sich ergebende
Quotientenwert wird im Zähler 51 gezählt. Soll dieser Quotient oder ein anderer
Wert nachfolgend als Multiplikator -verwendet werden, wird er im Speicher 53 gespeichert.
Die Recheneinheit 47 kann eine Multiplikation in der folgenden Weise durch eine
Reihe von Additionen vornehmen. Die Recheneinheit 47 erhält den Multiplikator aus
dem Speicher 53 und den Multiplikanden aus dem-Speicher 45 oder aus dem Akkumulator
49. Der Multiplikand wird einer "O" aus dem Akkumulator zugezählt und die sich im
Akkumulator 49 ergebende Summe wird in der Recheneinheit 47 dem Multiplikanden aus
dem Speicher 45 erneut zuaddiert. Diese Additionen werden so oft ausge-führt wie
der Multiplikator im Speicher 53 Einheiten oder Einer aufweist. Die Steuerung erfolgt
hierbei durch den Vergleicher 55. Jedesmal wenn die vorbeschriebene Addition durchgeführt
wird, zählt der Vergleicher 55 eine Einheit oder einen Einer. Sobald der Gesamtwert
der Zählungen im Vergleicher 55 den im Speicher 53 gespeicherten Wert erreicht,
stoppt die Recheneinheit 47-weitere Additionen und das sich ergebende Produkt wird
im Akkumulator 49 gespeichert.
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Die vorgenannten Rechenoperationen werden mit Taktimpulsen aus dem
Taktimpuisgenerator 36a synchronisiert.
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Zur Verdeutlichung dieser Rechenoperation sei angenommen, daß ein
zweiter Zählwert aus dem Zähler 39a von einem ersten Zählwert subtrahiert werden
soll. Der erste Zählwert aus dem Zähler 39a wird im Speicher 45 gespeichert. Die
zweite Ablesung aus dem Zähler 39a gelangt dann zusammen mit der Information oder
dem Signal, das im Speicher 45 gespeichert ist, in die Recheneinheit 47, wo die
erforderliche Subtraktion vorgenommen wird. Die Differenz wird im Akkumulator 49
gespeichert. Soll diese Differenz dann in einen anderen Wert geteilt werden, kann
sie im Speicher 45 bis auf Abruf oder zur weiteren Verarbeitung gespeichert werden.
Der Dividend wird der Recheneinheit 47 zugeführt, der Divisor kommt aus dem Speicher
45 und der Quotient wird in der vorbeschriebenen Weise im Zähler 51 gezählt. Alle
diese Operationen laufen mit Steuerung durch die Programmiereinheit 63 ab.
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Die binären Zählungen am Ausgang des Akkumulators 49 gelangen zum
Binär-Serie-Umsetzer oder seriell arbeitenden Binärumsetzer 58, wo sie in geeignete
Signale zum Betätigen wenigstens eines der Drucktypenräder 59 und 60 umgewandelt
werden. Beispielsweise kann das Drucktypenrad 59 Ziffern an der Einer-Stelle von
0 bis 9, das Drucktypenrad 60 beispielsweise Ziffern an der Zehner-Stelle von 0
bis 9 darstellen oder ausdrucken. Die vom Akkumulator 49 jeweils gelieferte Ausgangszählung
kann daher Signale darstellen, die so beschaffen sind, daß sie die Drucktypenräder
59 und 60 zum Anzeigen von Werten zwischen "00" und "99" betätigen.
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Es versteht sich, daß auch andere Anzeige- oder Ausdruckvorrichtungen
als Drucktypenräder verwendbar sind, beispielsweise Lampen, Glocken, Digital-Anzeigen
u.a.
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Bei der Berechnung des spezifischen Gewichtes unter Verwendung der
erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung finden die folgenden theoretischen Grundsätze
Bertlcksichtigung.
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Es ist bekannt, daß ß S.G. = E ~ K T1 T2
worin a
S.G. = der Unterschied im spezifischen Gewicht zwischen zwei Fluden, und T1 und
T2 = die Zeiten, die Probetropfen der beiden Flude benötigen, um eine gegebene Strecke
in einem dritten Flud kleineren spezifischen Gewichts, mit dem sie nicht vermischbar
sind, zu durchfallen. Werden zwei Normal-Flude mit bekannten spezifischen Gewichten
gewählt und T1 und 22 für diese beiden Flude gemessen, läßt sich "K" aus der folgenden
Beziehung errechnen:
Sobald t'K't bestimmt ist, kann die Zeit (T5)' die ein Tropfen einer Prüfflüssigkeit
von unbekanntem spezifischem Gewicht benötigt, um die oben erwähnte Strecke zu durchfallen,
inan sich bekannter Weise benutzt.werden, um das spezifische Gewicht der Prüfflüssigkeit
zu berechnen. Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ablaufenden tatsächlichen
Rechenschritte sind mit Einzelheiten nachstehend unter Zugrundelegung von Fig. 1
und 3 im Zussmmenhang mit der Bestimmung des spezifischen Gewichts von Urin erläutert,
dessen spezifisches Gewicht normalerweise im Bereich zwischen 1,000 und etwa 1,040
liegt.
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Zum Eichen der Vorrichtung werden zwei Flüssigkeitsproben benutzt,
und zwar destilliertes Wasser mit einem spezifischen Gewicht von 1,000 und eine
Flüssi##eit mit einem solchen von 1,040, die im Beispiel den zu messenden Bereich
der spezifischen Gewichte bestimmen0 Bei Bedarf lassen sich unter Verwendung von
Normalen verschiedenen spezifischen Gewichts verschiedene Eichbereiche anwenden
Ein Tropfen destillierten Wassers 29 wird durch die Lichtstrahlen 23 und 24 hindurchfallen
gelassen, wodurch durch Start- und Stopsignale die Akkumulation von Zählungen im
Zähler 39a ausgelöst und beendet wird Diese sich ergebenden Zählungen (T2) werden
im Speicher 45 gespeichert. Sodann wird ein Tropfen 29
eines Normal-Fluds
mit einem spezifischen Gewicht von 1,040 durch die Lichtstrahlen 23 und 24 hindurchfallen
gelaSsen, wodurch durch Start- und Stopsignale die Akkumulation von Zählungen im
Zähler 39a ausgelöst und beendet wird. Diese sich ergebenden Zählungen (T1) sind
zahIenmä2igkle#ner als T2 da die schwerere Flüssigkeit den gegebenen Abstand zwischen
den Lichtstrahlen 23 und 24 schneller durchfWllt als das leichtere destillierte
Wasser, so daß im Zähler 39a weniger Zählungen akkumuliert werden können. Die in
der Kammer 10 enthaltene Flüssigkeit 30, beispielsweise Silikonöl, hat ein spezifisches
Gewicht unter 1,000. Die Zählungen T2 und T1 werden dann der Recheneinheit 47 zugeführt,
in der die Subtraktion T2 - T1 vorgenommen wird. Die Einzelwerte von T1, T2 und
T2 ~ T1 werden dann gesondert im Speicher 45 gespeichert. Der zwischen dem hohen
und dem niedrigen Eichpunkt liegende Bereich des spezifischen Gewichts enthält 40
Einheiten.
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Die Quelle 67 erzeugt ein Normalisiersignal, das 40 Einheiten darstellt.
Man erhält dann das Produkt aus T1 und 114011, indem man die Recheneinheit 47 das
aus dem Speicher 45 kommende und auch dem Vergleicher 55 zugeführte Ta mit dem von
der Quelle 67 erzeugten Normalisiersignal mutliplizieren läßt.
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Die Eingabe des Normalisiersignals geschieht durch ein Signal von
der Programmiereinheit 63, das den Schalter 65 betätigt, der die Signale aus der
Quelle 67 in den Rechner 41a passieren läßt. Während dieser speziellen Operation
trennt der Schalter 65 ebenfalls den Akkumulator 49 vom Quotienten-Zähler 51. In
der Recheneinheit 47 erfolgt dann die Teilung des sich ergebenden Produktes 40T1
aus dem Akkunnilator 49 durch T2 - 1 aus dem Speicher 45. Der Quotient Z wird im
Quotienten-Zähler 51 gezählt und im Multiplizier-Speicher 53 gespeichert. Sodann
wird in der Recheneinheit 47 dieser Quotient Z, der auch 2 darstellt, mit dem aus
dem Speicher 45 abgerufenen und auch dem Vergleicher 55 zugeführten T2 multipliziert.
Das Produkt ist tt aus der obigen Formel. Der Quotient Z und der Faktor "K" werden
dann im Speicher 45 gespeichert. Die Vorrichtung ist jetzt geeichte
Nun
läßt man von Urin mit unbekanntem'spezifischem Gewicht einen Tropfen 29 durch die
Lichtstrahlen 23 und 24 hindurchfallen. Die sich ergebenden Zählungen (T5) im Zähler
39a werden dann in der Recheneinheit 47 in "K" geteilt und dann der Quotient Z (
! von dem obigen Wert # K ) subtrahiert.
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Die sich ergebende .kntwort ist eine Zählung am Ausgang des Akkumulators
49, die das spezifische Gewicht der unbekannten Probe darstellt. Dieser Ausgang
geht dann dem Umsetzer 5'8 zu, der sie in geeignete Signale umwandelt, welche die
Drucktypenräder 59 und 60 zum Ausdrucken von Zahlen zwischen "OO"-und "40" betätigen.
Diese Zahlen sind die letzten beiden Ziffern oder Stellen des tatsächlichen Wertes
für das spezifische Gewicht. Das Anzeigegerät hat die permanente numerische Anzeige
"1,0", die von den vorgenannten Drucktypenrädern zur vollständigen Zahl komplettiert
wird.
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Wenngleich die vorstehende Beschreibung hauptsächlich auf eine Vorrichtung
gerichtet ist, in der zur Berechnung des spezifischen Gewichts nach der Tropfenfall-Methode
lichtempfindliche Vorrichtungen zum Abtasten von Zeitintervallen vorgesehen sind,
versteht es sich, daß die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung nicht hierauf
beschränkt ist und zum Messen oder Abtasten anderer Merkmale benutzt werden kann,
wobei zur Bestimmung einer gewünschten oder geforderten Funktion ein Zeitintervall
abgetastet und genutzt werden soll.