DE2304682A1

DE2304682A1 - Verfahren und einrichtung zur kompensation der temperaturabhaengigkeit von mit teilchen suspendierter fluessigkeit

Info

Publication number: DE2304682A1
Application number: DE2304682A
Authority: DE
Inventors: Hermann Gaehwiler
Original assignee: Oerlikon Contraves AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1972-06-30
Filing date: 1973-01-31
Publication date: 1974-01-17
Also published as: US3852666A; CH546437A; IT990787B; GB1421491A; CA963957A; FR2191740A5; JPS4965262A

Description

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31. Jan. 1973

Patentanwälte .H-MITSCHERLICH

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Dlpl.-lns.lt- Ο« HSCHM AH Dr.rer.natW. KORBER
Dipl. - ing- J- SCHHlDT-CTERS . 2304682

Patentanmeldung

CONTRAVES AG, Zürich / Schweiz

Schaffhauserstr. 580

Verfahren und Einrichtung zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit von mit Teilchen suspendierter Flüssigkeit.

Gegenstand vorliegender Erfindung sind ein Verfahren zur' Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit bei Impulsamplitudenmessung von in der Flüssigkeit suspendierten Teilchen mit einer Messzelle, insbesondere bei der Bestimmung des mittleren Volumens von Blutkörperchen, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

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Ein Hauptanwendungsgebiet dieses Verfahrens und dieser Einrichtung ist die Bestimmung des mittleren Volumens der in einem Blutkörperchen-Auswertegerät ermittelten Blutkörperchen. Bei bekannten Blutkörperchen-Auswertegeräte wird eine Messzelle verwendet/ welche beidseits zu einer relativ kurzen und engen Kapillarstrecke je einen Raum für eine elektrolytische Blutverdünnerflüssigkeit und in jedem dieser Räume eine Elektrode enthalten. Sofern durch die beiden Elektroden und die dazwischenliegende, durch die Kapillarstrecke verengte Flüssigkeitsstrecke ein konstanter Gleichstrom geleitet wird und gleichzeitig ein vorbestimmtes Volumen der die Blutkörperchen in vorbestimmter Verdünnung enthaltenden Flüssigkeit durch die Kapillarstrecke aus dem einen in den andern Flüssigkeitsraum getrieben wird, entstehen jeweils während dem Durchtritt von Blutkörperchen durch die Kapillarstrecke Spannungsimpulse, die den mittleren Gleichspannungspegel deutlich überschreiten. Sie können in bekannter Weise ausgesiebt und gezählt werden. Die Scheitelhöhen solcher Impulse sind den Volumen der sie beim Durchtritt durch die Kapillarstrecke verursachenden Blutkörperchen proportional. Weil nun zum Vergleich des Blutbildes von Einzelpersonen mit Standard-Blutbildern nicht nur die Zahl der Blutkörperchen pro Einheitsmenge des Blutes, sondern auch das mittlere Volumen der Blutkörperchen von grosser diagnostischer Bedeutung ist, wird mit bekannten Geräten das mittlere Volumen der Blutkörperchen bestimmt. Solche Geräte

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P 22 33 449.6 sind in der DT-Patentanmeldung &&&2*&?ίΉί und in der US-PS

3.473.010 beschrieben.

Zur Speisung der Messzelle wird dabei eine Stromquelle verwendet, wodurch die infolge Blutkörperchen-Durchtritt durch die Kapillarstrecke resultierende Spannungs-Impulsamplitude bei konstanten Messstrom proportional der Widerstandsänderung in der Flüssigkeitsmessstrecke, also AU₂ = J₂ · ΔΗ_Ζ, ist. Die Widerstandsänderung AR₂ wiederum ist proportional zum spezifischen Widerstand der elektrolytischen Flüssigkeit und dieser Wert ist stark temperaturabhängig. Damit ist bei den bekannten Schaltungen auch die resultierende Spannungsimpulsamplitude und der daraus erzielte Messwert für das mittlere Volumen der Blutkörperchen stark abhängig von der Temperatur der Flüssigkeit. Dieser Machteil wird , bis dahin durch häufiges Eichen der Messgeräte und durch Verwendung von auf bestimmte Werte temperierte Flüssig- . keiten relativ mühevoll umgangen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei der Bestimmung des mittleren Teilchenvolumens die Temperaturabhängigkeit der Flüssigkeit und die damit verbundenen Nachteile möglichst weitgehend zu eliminieren. Zur Erreichung dieses Zieles ist ein Verfahren zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit bei Impulsamplitudenmessung von in

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der Flüssigkeit suspendierten Teilchen mit einer Messzelle, insbesondere bei der Bestimmung des mittleren Volumens von Blutkörperchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisung der Messzelle im niederfrequenten Gebiet durch eine Spannungsquelle und im Nutzfrequenzgebiet durch eine Stromquelle erfolgt.

Anhand einer Grundlagenbeschreibung für das Verfahren und von Ausführungsbeispielen von Einrichtungen, welche zur Realisierung des erfihdungsgemässen Verfahrens dienen und die in den Zeichnungen dargestellt sind, soll die Erfindung näher erleutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 Ein halbschematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer aktiven Messzellen-Speiseschaltung.

Fig. 2 Eine Variante zur Schaltung von Fig.l mit Speisung über einen hochohmigen Widerstand schematisch dargestellt.

Fig. 3 Ein halbschematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer passiven Messzellen-Speiseschaltung.

Der Querschnitt der Messzellen-Kapillare ist viel grosser als derjenige der zu messenden Teilchen, also A_K >> Ar₁.. Mathematisch kann nachgewiesen werden, dass die Widerstandsänderung, infolge eines Teilchen-Durchtritts durch die

w ο «j ·./ UJ/ UOOO

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Kapillare, proportional zum spezifischen Widerstand der Flüssigkeit und zum Teilchenvolumen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Kapillarquerschnittes ist, also

(1) AR₂ = ^2
^AK

Der Widerstand ohne Teilchen in der Kapillare beträgt

wobei A_K der Querschnitt und I^ die Länge der Kapillare bedeuten. Für die relative Aenderung AR₂/R₂ ergibt sich somit bei Vr = A_k · 1_k als Kapillarvolumen:

womit die Abhängigkeit vom spezifischen Widerstand, respektiv von der Temperatürabhängigkeit der Flüssigkeitsleitfähigkeit, entfällt.

Die totale über der Messzelle stehende Spannung setzt sich aus zwei Anteilen, nämlich der Polarisationsspannung Uk der Messzelle, welche c.ls konstant vorausgesetzt werden kann, und dem zum Zellenwiderstand proportionalen Anteil J₂ · R₂ zusammen, also U₂ = Ur + J₂ · R₂ · Daher beträgt der durch die Messzelle fliessende Strom

M, 'Z=Hf

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Für die Spannungsimpulsamplitude bei konstanten Messstrom gilt deshalb:

ARz

(5) AU₂ = J₂ * AR₂ = (U₂ - U_K) · r— und damit

AU₂ = (U₂ - U_K) · ^

Gemäss Formel (5) ist, sofern U₂ - U_K konstant gehalten und die Messzelle trotzdem mit bezüglich der Teilchenmessung konstantem Strom gespeist wird, die gemessene Impulsamplitude nur noch von der Messzellengleichspannung U₂, der Polarisationsspannung U^, dem Kapillarvolumen V^ und dem Teilchenvolumen VVp abhängig. Die stark temperaturabhängige Leitfähigkeit der Elektrolytflüssigkeit spielt keine Rolle mehr. Da die Polarisationsspannung U^ als konstant angenommen werden kann, muss also die Messzellenspannung U₂ stabilisiert werden. Die Widerstandsänderung AR₂ ist im technisch interessanten Bereich sehr klein zum Messzellenwiderstand Rg, sodass bei R₂ der Einfluss der Widerstandsänderung infolge eines Teilchens zu vernachlässigen ist. Folgende Grundüberlegung muss nun noch berücksichtigt werden: Die Widerstandsänderungen infolge der Temperaturabhängigkeit der Elektrolytflüssigkeit sind niederfrequent, Minuten oder Stunden pro ⁰C, während die Widerstandsänderungen infolge Teilchen-Durchtritts durch die Kapillare relative hochfrequent sind> ca. 200Hz bis 5OkHz. Die beiden Anteile lassen sich frequenzmässig leicht trennen.

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Ein Verfahren zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Elektrolytflüssigkeit ist somit dadurch gegeben, dass die Speisung der Messzelle im niederfrequenten Gebiet durch eine Spannungsquelle und im Nutzfrequenzgebiet, ca. 200Hz bis 5OkHz, durch eine Stromquelle erfolgt.

Gemäss Fig. 1 ist eine Schaltung mit geregelter Stromquelle zur Speisung einer Messzelle.halbschematisch dargestellt. Zwischen den Elektroden 101 und 102, die in je einem Flüssigkeitsraum einer Messzelle 10 angeordnet sind, besteht eine relativ kurze Kapillarverbindung 100. Die Elektrode 101 ist mit dem Nulleiter verbunden und die Elektrode 102 ist an den Ausgang einer Stromquelle J^ und an den einen Eingang eines Verstärkers V]_ angeschlossen. Der zweite Eingang des Verstärkers V^ wird von einer mit dem einen Pol an den Nullleiter angeschlossenen, auf konstante Spannung geregelten Gleichspannungsquelle Ur gespeist. Ueber den Verstärkerausgang und den seriegeschalteten Tiefpassfilter 11 ist der Regelkreis der Stromquelle J^ geschlossen.

Der hochfrequente Anteil AUg der Messzellenspannung Ug steht über die seriegeschalteten Verstärker V2 und Hochpassfilter 12, also verstärkt und ausgesiebt, als Spannung U2 für die weitere Auswertung bereit. Gestrichelt dargestellt ist die Messzellen-Ersatzschaltung mit dem totalen Zellenwiderstand R₂ und der in der Zelle gebildeten Polarisationsspannung

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Die Filter 11 und 12 sind nach bekannter Art so ausgelegt, dass der Tiefpassfilter 11 nur die langsamen thermischen Schwankungen weiterleitet während der Hochpassfilter 12 nur für Frequenzen im Nutzfrequenzgebiet der Teilchenmessung und höher leitend wirkt.

Gemäss Fig. 1 ist eine prinzipielle Schaltungsanordnung dargestellt, mit der die mittlere Messzellenspannung U₂ über den Verstärker Vi, den Tiefpassfilter 11 und die Stromquelle Jj für tiefe Frequenzen, bzw. thermische Aende rungen, immer proportional zu der Referenzspannung Ur geregelt ist. Der mittlere Zellenstrpm beträgt damit Jg ⁵^

Die Impulsamplitude AU₂, die über den Verstärker V2 und den Hochpassfilter 12 als Spannung U2 ausgekoppelt wird, beträgt; AU₂ = J₂ · AR₂ = (U₂ - Ü_K) · rr-£

^KZ

womit die Bedingung für Temperaturkompensation erfüllt ist.

In Fig. 2 ist eine Möglichkeit mit passiver Stromquelle, bzw. der Speisung über einen hochohmigen Widerstand Rq anstelle der Stromquelle J^ von Fig. 1, dargestellt. Ansonst bleibt die Schaltung in Aufbau und Funktion gegenüber Fig.l unverändert. Aus der mathematischen Analyse dieser Schaltung, welche hier nicht dargelegt wird, geht hervor, dass durch Anpassung der Werte Rq * R₂ und V]_ (Verstärkungsgrad

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des Verstärkers V^) eine über einen beträchtlichen Variationsbereich vom Zellenwiderstand Rj wirksame quadratische Kompensation mit Extremum im Sollwert erreicht werden kann. Als Voraussetzung muss gelten, dass R₀ >> R₂ ^und dadurch ^ul ^{>> U}Z ^lst· ^F*ir hohe Frequenzen beträgt dann

₀ AR₂
AU₂ = (Ü_Z - Ü_K) ^₅S₅- . _ ,

wodurch die Temperaturabhängigkeit der Teilchenmessung weitgehend eliminiert werden kann. Um eine genügende Kompensation zu erreichen, muss R₀ ca. eine Grössenordnung höher als Rg gewählt werden. Beträgt beispielsweise R₂ = 15 k ß, R₀ = 165 kß , U₂ = 4,4 V und U_K = 2,3 V, so wirkt sich die Temperaturstabxlisation für 0,7 R_zq^R₂~1,3 r_zo mit der Schaltung gemäss Fig. 2 auf besser als 1% aus.

Eine weitere prinzipielle Schaltung zur Temperatur-Kompensation mit einer Stromspule L als Frequenzfilter ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei ist die Spule so zu dimensionieren, dass das Verhältnis -zr- im Nutzfrequenzgebiet sehr gross

^KZ

resp. im Frequenzgebiet der thermischen Aenderungen sehr

^UO klein ist, wodurch bei einem Zellenstrom von J== — die

^RZ

AR₂

Impulsamplitude AU₂ = J_ · AR₂ = U₀ ^— beträgt und damit

^KZ

die Bedingung für die Temperaturkompensation ebenfalls erfüllt ist.

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Claims

Patentansprüche

1 J Verfahren zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit bei Impulsamplituden-Messungen von in der Flüssigkeit suspendierten Teilchen mit einer Messzelle, insbesondere bei der Bestimmung des mittleren Volumens von Blutkörperchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung der Messzelle (1o) im flüssigkeitstemperaturabhängigen, niederfrequenten Gebiet durch eine Gleichspannungsquelle und im Nutzfrequenz-Gebiet der Impulsamplituden-Messung durch eine Gleichstromquelle erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das niederfrequente Gebiet durch mindestens ein Frequenzfilter vom Nutzfrequenzgebiet abgetrennt wird.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle (1o) an eine konstante Gleichspannung (U_R; ü_) und an mindestens ein Frequenzfilter (11, 12; L) angeschlossen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf konstante Spannung geregelte Gleichspannungsquelle (U₀) über einen Verstärker (V₁), einen

ti 1

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Tiefpassfilter (11) und eine Stromquelle (J^) die Messzelle (10) speist und die Impulsamplituden (AUg) über einen Verstärker (V2) und einen Hochpassfilter (12) ausgekoppelt werden.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Stromquelle (J^) ein gegenüber dem Messzellenwiderstand (Rz).. hochohmiger Widerstand (Rq) verwendet wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle (10) über eine Induktivität (L) gespeist wird, welche so dimensioniert ist, dass im Nutzfrequenzgebiet (oL viel grosser und für niederfrequente Aenderungen u>L viel kleiner als der Messzellenwiderstand (Rg) ist.

Der Patentanwalt

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