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Vorrichtung zur granulometrischen Bestimmung der in einer Flüssigkeit
suspendierten Teilchen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur granulometrischen
Bestimmung der in einer Fltlssigkeit suspendierten Teilchen, die sowohl zur Analyse
biologischer als auch technischer, in einer elektrolytischen Flüssigkeit enthaltenen
Teilchen eingesetzt werden kann.
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Die modernen TeilehenzShler und -analysatoren arbeiten heute vorwiegend
nach dem Impulsverfahren Dieses beruht auf dem Prinzip der Widerstands änderung
beim Durchgang der zu analysierenden Teilehen durch eine Mikrobohrung, Meßdllse
genannt, in der ein elektrisches Feld hoher Stärke besteht. Diese Widerstandsänderung
ist in guter Näherung dem Teilohenvolumen proportional. Die Widerstands änderungen
können als Spannungs-oder als Stromimpulse abgenommen werden, die nach Verstärkung
und Bewertung sowohl angezeigt als auch registriert werden.
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Sie sind abhängig von der Leitfähigkeit der elektrolytischen Flüssigkeit,
in der die Teilchen suspendiert sind, und von der an den Elektroden entstehenden
Polarisationsspannung.
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Schwankungen dieser Einflußgrößen gehen in das Meßergebnis ein, falls
nicht Maßnahmen zur Unterdrückung oder zur Eliminierung ihres Fehlereinlusses vorgesehen
sind.
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Die Leitfähigkeit der Flüssigkeflt han gt von ihrer Konzentration
und ihrer Temperatur ab, Die Temperatur läßt sich durch Thermostatisierung der diewSuspension
enthaltenden Probenbecher konstant halten. Schwieriger ist dies bei der Konzentration.
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Diese ist von Proben- zu Probenbecher nicht mit Sicherheit gleich.
Leitfähigkeitsschwankungen infolge der Konzentrationsunterschiede erfordern vor
jeder Messung eine Eichung des Teilchenzählers bzw. -analysa;tcrs, wenn man reproduzierbare
Kenergebnisse erhalten will.
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Es ist eine Vorrichtung zur Teilchenxahlung und Teilchenanalyse bekannt,
bei der eine Spannungsquelle mit kleinem Innenwiderstand eine Reihenschaltung aus
dem elektrolytischen Widerstand, der aus den Elektroden, der Suspension und der
MeBdüse besteht, und aus einem Dtrom-Spannungs-Wandler speist. Ein Signaldetektor
mit hoher Eingangsimpedanz ist dem Strom-Spannungs-Wandler parallel geschaltet.
Als Strom-Spannungs-Wandler wird eine Induktivität benutzt. Diese Vorrichtung eliminiert
den Einfluß von Beitfahigkeitsschwankungens nicht aber den Einfluß von Schwankungen
der Polarisationsschwankung. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist auch, daß bei
einer aus dem Versorgungsnetz
gewonnenen Gleichspannung Störspannungen
aus dem Netz und das Rauschen voll in das Meßergetnis eingehen.
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Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, die Meßgenauigkeit bei der
Teilchenzählung und -analyse zu erhöhen und eine Eichung der Meßvorrichtung vor
jeder Messung zu erübrigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Teilohenzählung
wid -analyse zu schaffen, die den durch Schwankungen der lleitfähigkeit und der
Polarisationsspannung des elektrolytischen Widerstandes bedingten Amplitudenfehler
der Teiloheninipulse beseitigt, beziehungsweise stark reduziert.
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Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der die Teilchen suspension
und die MeßdUse enthaltende elektrolytische Widerstand mit dem konstanten Strom
einer Stromquelle gespeist wird und ein Kondensator parallel Uber den elektrolytischen
Widerstand und Ueber einen mit diesem serienweise verbundenen Strom-Spannungs-Wandler
geschaltet ist. Der-Kondensator ist so groß gewählt, daß die bei impulsartigen Anderungen
des elektrolytischen Widerstandes infolge des Durchtritts der Teilchen durch die
MeßdUse wirkende Zeitkonstante wesentlich größer als die Dauer der durch ein Teilchen
verursachten Widerstands änderung ist. Der Eingangswiderstand des Strom-Spannungs-Wandlers
ist zweckmäßigerweise reell und kleiner als der elektrolytische Widerstand im teilchentreien
Zustand der Meßdüse.
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An Stelle der Konstantstromquelle kann auch eine Spannungsquelle und
ein zu ihr in Reihe geschalteter Vorwiderstand verwendet
werden.
Der Vorwiderstand muß dann wesentlich größer gs der elektrolytische Widerstand im
teilchenfreien Zustand der Reß düse sein.
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Die oben genannte Zeitkonstante muß kleiner als die kürzeste Dauer
von Schwankungen der Leitfähigkeit und der Polarisationsspannung des elektrolytischen
Widerstandes sein.
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Der kondensator bewirkt, daß der Spannungsabfall über dem elektrolytischen
Widerstand und dem Strom-Spannungs-Wandler bei kurzzeitigen Änderungen des elektrolytischen
Widerstandes infolge des Durchtritts von Teilchen durch die Meßdüse konstant bleibt.
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Es kann sich nur der Strom durch den elektrolytischen Widerstand ändern.
Der zeitliche Verlauf der Stromänderung entspricht dem zeitlichen Verlauf der Widerstandsänderung.
Die Amplitude und das Integral der Stromimpulse sinu ein Maß für die Größe der Teilchen.
Da in die Parallelschaltung ein konstanter Strom eingespeist wird, ist der im Kondensatorzweig
während des Durchtritts eines Teilchens durch die Meßdüse fließende Strom betragsmäßig
gleich der Änderung des Stromes durch denrelektrolytischen Widerstand, wobei die
Änderungsrichtungen beider entgegengesetzt sind. Der Strom-Spannungs-Wandler wandelt
die Stromänderungen in analoge Spannungs änderungen um, die verstärkt und einem
elektronischen Amplituden- oder Impulsflächenanalysator zugeführt werden.
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Die Dauer von Schwankungen der Leitfähigkeit und der Polarisationsspannung
ist größer als die Zeitkonstante, so daß die Kondensatorspannung diesen Schwankungen
folgen kann.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden die durch Schwankungen
der Leitfähigkeit und der Polarisationsspannung verursachten Fehler in der Amplitude
und der Fläche der Teilchenimpulse beseitigt. Ein weiterer Vorzug besteht darin,
daß der Einfluß von Stbrspannungen der Konstantstrom- bzw.
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Spannungsquelle durch den Kondensator verringert wird.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 den schematiechen
Aufbau des elektrolytischen Wi derstandes s Fig. 2 die Schaltung der Vorrichtung.
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Die Suspension 6, die aus einer elektrolytischen Flttssigkeit und
den Teilchen besteht, befindet sich in einem Probenbeoher 1.
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In die Suspension 6 tauoht ein Meßrohr 2 ein, das in der §§he seines
Bodens eine Bohrung, die Meßdüse 3, aufweist und aus nichtleitendem Material besteht.
In dem Meßrohr 2 und in dem Probenbecher 1 sind je eine Elektrode 5; 4 angeordnet.
Diese Elektroden 4; 5 sind an eine Strom- oder Spannungsquelle angeschlossen, so
daß sich zwischen ihnen durch die Meßdüse 3 hindurch ein elektrisches Feld ausbildet
Das Meßrohr 2 steht mit einer nicht dargestellten Pumpe in Verbindung, die die Suspension
6 durch die Meßduse 3 in das Meßrohr 2 saugt Dabei erzeugen die durch die Meßdtise
3 tretenden Teilchen Widerstandsänderungen, die ihrerseits Strom- und/oder Spannungsänderungen
an den Elektroden 4; 5 bewirken.
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Eine Konstantstromquelle 8, der elektrolytische @iderstand 7 und ein
Strom-Spannungs-Wandler 9 sind in Reihe geschaltet.
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Ein Kondensator lo ist parallel zu dem elektrolytischen çiderstand
7 und dem Sxrom-Spannungs-Wandler 9 in diesem Stromkreis eingefügt. An die Ausgangsklemmen
des StromSpannungs-Wandlers 9 kann ein nicht dargestellter Teilchenzahler oder Teilchenanalysator
angeschlossen werden.
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Die Konstantstromquelle 8 speist einen konstanten Strom in die vorgenannte
ParalleldchaltungS auch bei Anderung des elektrolytischen Widerstandes Die Kapazität
C des Kondensators lo ergibt zusammen mit dem Wert R1 des elektrolytischen Widerstandes
7 im teilchenenthaltenden Zustand der Meßdüse 3 und mit dem Wert Ri des Innenwiderstandes
der Konstantstromquelle 8 die Zeitkonstante t = C R1// Ri. Diese Zeitkonstante ist
bestimmend fWr den zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung in beiden parallelen
Zweigen bei sprungartigen bzw. impulsartigen Änderungen des elektrolytischen Widerstandes
7. Auf Grund des Vorhandenseins des Kondensators lo kann sich die Spannung über
dem elektrolytischen Widerstand 7 nicht sprungartig ändern. Ist nun die Zeitkonstante
wesentlich größer als die Dauer der durch ein Teilchen verursachten impulsförmigen
Widerstandsanderung, so bleibt diese Spannung so gut wie konstant.
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Dagegen rindern sich zwangsläufig die Ströme in den beiden parallelen
Zweigen, und zwar dem zeitlichen Verlauf der lSiderstandsänderung entsprechend.
Die Amplituden der Stromanderungen sind betragsmäßig gleich; die Änderungen verlaufen
aber entgegengesetzt, so daß die Summe beider Zweigströme voraussetzungsgemäß konstant
ist.
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Der Strom-Spannengs-W'andler 9 formt die Stromanderungen in analoge
Spannungsänderungen um, die durch einen Teilchenzähler erfaßt oder durch einen Teilchenanalysator
ausgewertet werden. Sein Eingangswiderstand ist klein gegenüber dem elektrolytischen
Widerstand 7 im teilchenfreien Zustand der Meßdüse 3 und vorzusgweise reell, um
die oben beschriebenen Vorgänge nicht ungünstig zu beeinflussen Eine kleine induktive
oder kapazitive Komponente wird in vielen Fällen noch zulässig sein.
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Im Vergleich zur Dauer von Schwankungen der Leitfähigkeit der elektrolytischen
Flüssigkeit und der Polarisationsspannung an den Elektroden 4; 5 ist die Zeitkonstante
klein. Die Kondensatorspannung und damit die Spannung über dem elektrolytischen
Widerstand 7 kann somit diesen Schwankungen folgen.
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Der Kondensator lo bewirkt außerdem bei einer an das Versorgungsnetz
angeschlossenen Konstantstromquelle 8 daß StUrspannungen aus dem Netz und das Rauschen
vom elektrolytischen Widerstand 7 ferngehalten werden und nicht störend in das Meßergebnis
eingehen.
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An Stelle der Konstantstromquelle 8 kann auch eine Spannungsquelle
mit konstanter Spannung und ein in Reihe geschalteter Vorwiderstand verwendet werden.
Der Vorwiderstand muß nur wesentlich größer als der elektrolytische Widerstand 7
im teilchenfreien Zustand der Meßdüse 3 sein.