DE2342675A1

DE2342675A1 - Messgeraet zur bestimmung des mittleren volumens von in einer elektrolytisch leitenden fluessigkeit suspendierten teilchen

Info

Publication number: DE2342675A1
Application number: DE19732342675
Authority: DE
Inventors: Walter Prof Dipl-I Guggenbuehl
Original assignee: Oerlikon Contraves AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1972-09-14
Filing date: 1973-08-23
Publication date: 1974-04-04
Also published as: SE398270B; FR2199878A5; US3887868A; CH549210A; JPS5346118B2; GB1385290A; IT993896B; CA984003A; DE2342675B2; JPS4969390A; DE2342675C3

Description

Teilchen

Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Messgerät zur Bestimmung des mittleren Volumens von in einer elektrolytisch leitenden Flüssigkeit suspendierten Teilchen, die beim Durchfließen einer kapillaren Verengung zwischen zwei Elektrodenräumen einer Messzelle entsprechende Widerstandsschwankungen erzeugen, welche nach Umwandlung in entsprechende Impulse in einem Teilchenzähler gezählt werden und von denen eine vorbestimmte Anzahl P mit Hilfe einer Speicher- und Integrations-Vorrichtung mit ihren Spitzenspannungswerten E je während einer Zeit at zur Bildung einer der mittleren Teilchenvolumen MCV entsprechenden Kondensator-Endspannung

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Ui = ^₁ 'd'J^ (E-At) _d,=oC-MCV_0/

wobei k-2=— ist,

summiert werden.

Die genannte Kondensator-Endspannung U: zeigt mindestens bei grösseren Teilchenkonzentrationen einen zu hohen Wert für das mittlere Teilchen volumen an, weil beim gleichzeitigen Durchtreten von mehr als einem Teilchen durch die kapillare Verengung der Messzelle statt entsprechend viele Impulse von normaler Spitzenhöhe E nur ein Impuls entsprechend vergrösserter Spitzenhöhe erzeugt wird. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens solcher Koinzidenzimpulse steigt mit der Teilchen konzentration, d.h. der Zahl N von in einem Einheitsvolumen der Flüssigkeit enthaltenen Teilchen, proportional entsprechend der Funktion (1+qN) an, wobei q eine empirisch zu ermittelnde Konstante ist. Ziel der Erfindung ist die automatische Ermittlung eines entsprechend korrigierten Messwertes MCV^ für das mittlere Teilchenvolumen in digitaler Form.

Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass nach Ermittlung der Gesamtzahl N von in einem vorbestimmten Flussigkeitsvoluiren enthaltenen Teilchen im Teilchenzähler und nach Erreichen der Zahl P im Hilfszähler die Kondensatorspannung des aufgeladenen Kondensators durch einen um den Faktor (1+qN) vergrösserten Entladestromes i_e unter digitaler Messung und Anzeige der Entladezeit

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Ze = Ic₁ Hi

i_eo(i+qN) 234267 5

entladen wird, damit als Messwert für das wahre mittlere Teilchenvolumen an einem Zeitmesswerk ein, unter Berücksichtigung der Wahrscheinlichkeit eines gleichzeitigen Durchtrittes von mehr als einem Teilchen durch die kapillare Verengung der Messzelle verkleinerter Messwert

Ze = MCV₁ =

MCVp

(1+qN)

angezeigt wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen,, dass die Entladung des aufgeladenen Kondensators von einer Spannungsquelle U_e aus über ein Widerstandsnetzwerk erfolgt, dessen Grundleitwert durch vom Teilchenzählwerk \9&l gesteuerte Zuschaltung von Zusatzleitwerten gemäss der Funktion Y = Y₀ (1+qN) veränderbar ist, sodass der Entladestrom der Form

e ^{= Y}o (1+qN) · U_e entspricht.

Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Messgerätes ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es umfasst eine Messvorrichtung MV zur Detektion von in einam vorbestimmten Volumen einer elektrolytisch leitenden Messflüssigkeit MF

suspendierten Teilchen, z.B. von Blutkörperchen, als pulsartige Schwankungen einer mittleren Gleichspannung.

Zu diesem Zweck wird in bekannter Weise Messflüssigkeit MF aus einem Behälter FB-^ mit Hilfe einer Säugpumpe SP durch eine Messzelle MZ und ein kalibriertes Messrohr MR in einen zweiten Behälter FB₂ gefördert. Die Messzelle MZ enthält zwischen zwei Erweiterungen für je eine Elektrode E^ bzw. E₂ eine kapillare Verengung, deren Querschnitt etwa 3-10 mal so gross ist, wie der mittlere Durchmesser der in der Messflüssigkeit suspendierten Teilchen. Am kalibrierten Messrohr MR sind in einer vorbestimmten Distanz h voneinander zwei optischelektrische Pegeldetektorvorrxchtungen S^ bzw. S2 angeordnet. Diese sind dazu bestimmt und ausgebildet, beim Durchtritt des Flüssigkeitspegels je ein elektrisches Signal S]_ bzw. s₂ vom Zustand "Nein" in den Zustand "Ja" umzusteuern. Das Signal S^ kann also als Startsignal und das Signal S2 als Stopsignal für den Beginn und das Ende einer Volumenmessung dienen, wobei das in der Zwischenzeit durchgeflossene Flüssigkeitsvolumen dem Produkt der Messrohr-Innenquerschnittes mit der Distanz h gleich ist.

Die Messzellen-Elektroden E^ und E₂ sind mit den Eingängen eines Impulsbildners A in der Auswertevorrichtung AV verbunden, der dazu bestimmt und ausgebildet ist, unter Eliminierung der den Potentialschwankungen an den beiden Elek- . troden E₁, E₀ überlagerten Gleichspannung für iede Spannungs-

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Schwankung einen form- unä zeitgetreuen Messimpuls a zu erzeugen. Alle Messimpulse a aus dem Impulsbildner A werden einer Signalerzeugervorricihtung C zugeführt, die dazu bestimmt und ausgebildet ist, für jeden Impuls a, dessen Höhe einen vorbestimmten Minimalpegel überschreitet, aber einen vorbestimmten Maximalpegel nicht erreicht und dessen zeitliche Dauer eine Mindestzeit überschreitet, ein logisches Nutzsignal c entsprechender Dauer zu erzeugen. Diese Nutzsignale c zeigen damit je den Durchtritt eines Teilchens durch die Verengung der Messzelle MZ an, während z.B. für induzierte Störungen oder Luftbläschen kein Hutzsignal c erzeugt wird. Die Nutzsignale c aus der Vorrichtung C werden einem logischen Tor T_ zugeführt, das über ein logisches Steuersignal I^ aus der Logik-Vorrichtung L^* geöffnet wird, sofern das Startsignal Si schon den Wert "Ja" und das Stopsignal S2 noch den Wert "Nein" hat (l-^s^-s^) . Am Ausgang des Logiktores T_c erscheint also während der Zeit vom Durchtritt des Flüssigkeitspegels durch die Vorrichtung S2 für jedes Teilchen ein zu zählendes Nutzsignal _c'. Diese Signale werden im Zählwerk TZ fortlaufend gezählt. Der im Zählwerk TZ bis zum Auftreten des Stopsignales S2 erreichte Zählstand N entspricht also der Teilchenzahl im Einheitsvolumen der Messflüssigkeit MF. Die Nutzsignale c werden auch einer Signalerzeuger-Vorrichtung D zugeführt, die davon nur solche als Ausgangssignale d weiterleitet, die erst nach Ablauf einer Mindestwartezeit At (»1 msec) seit dem

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Abfallen des vorausgehenden Nutzsignales c auftreten. Die Mindestwartezeit At zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalen d ist wesentlich grosser als die Pulsbreiten der Nutzsignale c. Die Signale d werden einem Tor T, zugeführt, das unter Wirkung der Logikschaltung L₂, bzw. von deren Ausgangssignal I₂ geöffnet ist, wenn das Startsignal s-j_ vorhanden und ein Hilfsstop-Signal s_D aus dem Ausgang des Hilfszählers HZ noch nicht vorhanden ist. Das Hilfsstop-Signal s_p erhält dann den Wert "Ja", wenn der Stand des Hilfszählers HZ einen vorbestimmten Wert P erreicht hat. Das Steuersignal I₂ entspricht also der Bedingung I₂ = s-j_ · s_O. Es werden also alle Signale d als Signale d^l im Hilfszähler HZ gezählt, die nach Auftreten des Startsignales s-^ erscheinen, solange der vorbestimmte Endstand P (z.B. 10¹OOO) des Hilfszählers HZ noch nicht erreicht ist.

Diese Signale d* werden auch einem Impulshöhenspeicher B in der Integrationsvorrichtung IV zugeführt. An den Haupteingang des Impulshöhen-Speichers B werden alle Impulse a aus dem Impulsbildner A geführt, die zeit- und formgetreu den Strombzw. Spannungsänderungen an den Eingängen des Impulsbildners A entsprechen. Der Impulshöhenspeicher B ist dazu bestimmt und ausgebildet, von denjenigen Impulsen a, für welche gleichzeitig auch ein Signal d* erzeugt wird, die Scheitelspannung E während je einer festen Integrationszeit t zu speichern, so dass Rechteckimpulse b mit einer festen Dauer At und einer der Scheitelspannung E je eines zugeordneten Impulses a entsprechenden Höhe erzeugt werden. Diese Impulse b werden über

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einen Widerstand R. einem Integrations verstärker I mit einer Kapazität K^ zugeführt. Dieser ist dazu bestimmt, der Kapazität K^ während der Dauer At jedes Impulses b einen Strom ij_ .=

Λ
E-At

~ zuzuführen, d.h. der Kapazität K-t eine Ladung

^Ri R₁

zuzuführen, so dass am Ausgang des Verstärkers I durch die vorbestimmte Zahl P von ausgewerteten Impulsen a, für die auch je ein Signal d¹ entsteht, eine Spannung vom Wert

U₁ = ^kV^a'*f- (E-Zt)_d>, wobei R₁= ~-

aufgebaut wird. -. .

Diese Spannung U^ stellt einen Analogwert für ein mittleres Teilchenvolumen MCV_Q dar, weil die einzelnen Scheitelhöhen Ξ der je über eine bestimmte Dauer ^t integrierte Impulse a dem Volumen des verursachenden Teilchens entsprechen und der Endwert U^ die Summe einer festen ^ahl 1? solcher Impulse darstellt. Die bis anhin beschriebenen Teile der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung sind aus der älteren Anmeldung DT-OS 2 239 449 bekannt.

Gemäss dem Ziel der vorliegenden Erfindung soll nun aus dem Wert Ü£ =et*MCV_o ein korrigierter Wert

_MCVl = . — in digitaler Form (1+qN)

abgeleitet werden, worin ,die Teilchenzahl N pro Volumeneinheit der Messflüssigkeit berücksichtigt wird, um die mit steigender Teilchenkonzentration steigende Wahrscheinlich-

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keit zu berücksichtigen, dass in der Verengung der Messzelle MZ gleichzeitig zwei öder mehr Teilchen durchtreten und statt zwei oder mehr Impulse ä normaler Scheitelhöhe E nur je eirien impuls ä mit mehrfacher Scheitelhöhe E erzeugen, also einen zu grösseri Wert MGV₀ für das mittlere Teilchenvölumen vortäuschen i Der Wert der Körrekturkonstantevkann empirisch
ermittelt werden.

Zur Realisierung dieses Zieles ist der Ausgang des Integrations· Verstärkers I, welcher die auf den Wert Uj_ aufzuladende
Kapazität Kj_ enthalt , an den einen Eingang eines Vergleiöhers V angeschlossen, an dessen anderem Eingang eine
Referenzspannung U^ anliegt. Der Verstärker V erzeugt ein
Äüsgängssignal ν "Ja" während der Zeit, in der die Eingangsspäiiriung Ui einen Wert Uj_)> U^ hat, und dieses Signal wird 0 "Nein",- sobald U£^ U- wird, dih* dass als Anfangsbedingung der integration Ü^=U_r gesetzt wird. Ein in. einem Logikglied L-j efzeugtös Signal I3 entspricht folgenden Bedingungen* 13=

l-j⁴ "l2*Vi äiht das Signal 1* wird "Ja", wenn die Teilchen— gesämtzähl N im Zähler T2 ermittelt, die Zähl P im Hilfszähier HZ^ erreicht und U^ί> U_r sind.-

mittäis des logischen Signales I3 sehliessbarer Steuerköntäkt SK verbindet im gesciilössenen Zustand ein Widerstandsglied Q mit einer Spannung ü^., welche gegenüber den Impulsen b umgekehrte Polarität aufweist, izm während der Schliessung des Schalters SK die Kapazität % mit einem Ström

i = ϋ_Λ · Υ« (Y₀ = Leitwert des Gliedes Q) e e ^c θ

zu entladen.

Die Entladezeit für den Abbau der Spannung U^ auf den Wert

^ür	hat	den Wert	O	Λ


	^ze

^Ri'^K

Sie kann in bekannter Weise dadurch in digitaler Form angezeigt werden, dass wShrend der Entladezeit Z_e einem Zeitzähler Z_t aus einem Zeitimpulsgeber ZG mit konstanter Frequenz Zeitimpulse i^. zugeführt werden. Die Zeitimpulse 1^. aus dem Zeitgeber ZG werden über ein Tor T^ geleitet, das vom Signal I3, welches den Schalter SK schliesst, geöffnet wird.

Somit entspricht der Entladezeit Z_e der Kapazität Ki mit dem Wert

^Ze -

^Ki

Y_p - U₀ (1+qN)

wobei Z_n = = ist,

i_o ^Yeo'^ue

die am Zeitzähler Z. angezeigte Entladezeit Z=

^zo

, cuiy Ciciy lc j-jii l.jlo.u.c;üc;x u "^_x . >. f

welche also den richtigen Wert des mittleren Tel lclien volume ns darstellt. 4098 U/ 082 1 ^

An sich ist es möglich, Entladeströme i_e = i_eo (1+qN) und auch Spannungen U_e = U_eo*(1+qN) in Abhängigkeit von einem Digitalwert N zu erzeugen, so dass damit auch mit einem festen Leitwert Y₀ der Widerstandschaltung Q die gewünschte Korrektur

bewirkt werden kann.

_eo

(l+qN)

Die in der Zeichnung dargestellte Widerstandeschaltung Q lässt aber das gestellte Ziel mit einem minimalen Aufwand erreichen. Es werden darin vom Zähler TZ aus, entsprechend dessen Zählerstand N über v.om Zähler gesteuerte Kontakte k_n, einem festen Leitwert Y₀ Zusatzleitwerte Y im Gesamtwert N'V zuaddiert, wobei mit den Widerständen R-j_ und R2 eine geeignete Stromteilung eingestellt wird.

Der resultierende Leitwert

Y₀- (1+qN) = Y₀· (1+

^Rl^+R2 ^Yo

zum,

empirisch gefunden richtigen Wert

-wird damit identisch

^ue*^Yeo

gesetzt.

4098 U/ÜB2 1

Claims

- ii -·

PATENTANSPRUECHE · 13 k ΙΌ Ι Ό

1» Messgerät zur Bestimmung «sd· des mittleren Volumens von in einer elektrolytisch leitenden Flüssigkeit suspendierten Teilchen, die beim DürelifHessen einer kapillaren Verengung zwischen zwei Elektröäenräumen einer Messzelle entsprechende Widerständssehwahküngen erzeugen, welche nach Umwandlung in entsprechende impulse in einem Teiichenzähier gezählt werden und von denen eine vorbestimmte Anzahl P mit Hilfe einer Speicher- und Integrations-Vorrichtung mit ihren Spitzehspanriungswerten E je während einer Zeit At ziur Bildung einer des mittleren TeilchenVolumens MGV entsprechender Kondensator-Endspanriung summiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ermittlung der Gesamtzahl N von in. einem vorbestimmten Flüssigkeitsvölümen enthaltenen Teilchen im Teiichenzähier (TZ) und nach Erreichen der Zahl P im Hilfszähler (Hz) die Kondensatorspännüng (TJjJ des aufgeladenen Kondensators (K.)' dur.eh einen um den Faktof (i-f-qN) vergrösserten Entiädeströmes i_ö unter digitaler Messung und Anzeige der Entladezeit

i_eo Cl+qNJ

entladen wird, damit als Messwert für dä§ währe mittlere Teilehenvolumen an einem Zeitmesswerfc (Z^.) ein, unter Berücksichtigung der Wahrscheinlichkeit eines gleichzeitigen

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BAD ORIGINAL'

Durchtrittes von mehr als einem Teilchen durch die

kapillare Verengung der Messzelle (MZ) verkleinerter Messwert

MCV , ^ui

Z = MCV₁ = =k₁

i_co(l+qN)

angezeigt wird.
2. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladung des aufgeladenen Kondensators (Kj_) von einer Spannungsquelle U aus über ein Widerstandsnetzwerk (Q) erfolgt, dessen Grundleitwert (Y₀) durch vom Teilchenzählwerk (TZ) gesteuerte Zuschaltung von Zusatzlextwerten (Ny) gemäss der Funktion Y = Y₀ (1+qN) veränderbar ist.

Der Patentanwalt

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