DE2428082A1 - Schaltung zur eichung einer anordnung zur partikelvolumen-messung - Google Patents
Schaltung zur eichung einer anordnung zur partikelvolumen-messungInfo
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Description
Anmelder: Max-Planck-Gesellschaft Mein zeichen, MPG- - 478
zur Förderung der Wissenschaften e.V. 11. Juni 1974
3400 Göttingen
AmIl. Akt. Z. ι
Schaltung zur Eichung einer Anordnung zur Partikelvolumen-Messung
Die Erfindung "betrifft eine Schaltungsanordnung zur Eichung
einer Anordnung (Meßanordnung) zur Messung des Volumens von Partikeln, "bei der die Partikel im Strömungsfeld eines
Elektrolyten durch eine Meßöffnung hindurchgeleitet werden, zu deren "beiden Seiten Elektroden angeordnet sind, an denen bei Durchtritt der Partikel Impulse entstehen, die in einer Auswerte-Einheit ausgewertet werden, und "bei der zur Eichung den der Auswerte-Einheit zugeführten Eichimpulsen rechnerisch ein bestimmtes Volumen zugeordnet wird.
Elektrolyten durch eine Meßöffnung hindurchgeleitet werden, zu deren "beiden Seiten Elektroden angeordnet sind, an denen bei Durchtritt der Partikel Impulse entstehen, die in einer Auswerte-Einheit ausgewertet werden, und "bei der zur Eichung den der Auswerte-Einheit zugeführten Eichimpulsen rechnerisch ein bestimmtes Volumen zugeordnet wird.
Die Erfindung "betrifft demnach eine Anordnung zur Eichung von
Anordnungen, die zur Messung von Partikelvolumen nach dem
"Coulter"-Verfahren (US-PS 2 656 508) dienen oder verwendet werden. Derartige Anordnungen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt geworden (vgl. Kachel, Methoden zur Analyse und Korrektur apparativ bedingter Meßfehler beim elektronischen Verfahren zur Teilchengrößenbestimmung nach Coulter, Berliner Dissertation 1972; Thorn, Vergleichende Untersuchungen zur elektronischen Zellvolumen-Analyse, Hrsg. AEG-TeIefunken, 1972; DAS 1.806 512; DAS 2 013 799).
"Coulter"-Verfahren (US-PS 2 656 508) dienen oder verwendet werden. Derartige Anordnungen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt geworden (vgl. Kachel, Methoden zur Analyse und Korrektur apparativ bedingter Meßfehler beim elektronischen Verfahren zur Teilchengrößenbestimmung nach Coulter, Berliner Dissertation 1972; Thorn, Vergleichende Untersuchungen zur elektronischen Zellvolumen-Analyse, Hrsg. AEG-TeIefunken, 1972; DAS 1.806 512; DAS 2 013 799).
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Es sind ferner auch Schaltungsanordnungen der eingangs
genannten Art zur Eichung derartiger Meßanordnungen "bekannt geworden (Kachel, a.a.O., S. 55; Metzger/Valet/Kachel/
Ruhenstroth-Bauer, "Blut", Bd. 25, S. 179-184, 1972; Gutmann,
"Elektromedizin" 11, S. 62, 1966). Derartige Anordnungen
bzw. -verfahren haben nicht den Nachteil einer Eichung mit genormten Partikeln (ihom/Hampe/Sauerbrey, Z. ges. exp. Med.
151, S. 331-349, 1969), der in der Unsicherheit über die Richtigkeit der von den Herstellern gemachten Angaben über
die Abmessungen der EOrmpartikel besteht.
Die bekannten elektrischen Eichverfahren gehen davon aus, daß nach der Formel
ν = Δ R (1)
V R
jeder künstlich erzeugten WiderstandsänderungAR über einer
durch einen elektrischen Widerstand simulierten Meßöffnung das gleiche Volumen zuzuordnen ist wie dasjenige, welches
ein Partikel hätte, der bei Durchtritt durch die Meßöffnung dieselbe Widerstandsänderung hervorrufen würde. Dabei
bedeuten:
ν = Volumen eines durch die Meßöffnung hindurchtretenden Partikels;
V = Volumen der'Meßöffnung; R = elektrischer Widerstand der Meßöffnung, wenn
kein Partikel hindurchtritt;
AR =< Widerstandsänderung der Meßöffnung, wenn ein
Partikel hindurchtritt.
Bei der rechnerischen Zuordnung eines bestimmten Volumens ν zu einer bestimmten Widerstandsänderung Δ R sind dann noch ein
Formfaktor (Form der Partikel) und ein sog. Kapillarfaktor
(Form der Meßöffnung) zu berücksichtigen; der Einfluß dieser
- 3 509881/0531
Paktoren gilt für die "bekannten Anordnungen gleichermaßen
wie für die Anordnung nach der Erfindung. Sie "brauchen
daher im vorliegenden Zusammenhang nicht mit berücksichtigt zu werden.
Me bekannten Schaltungsanordnungen (Kachel, a.a.O, S. 55)
gehen davon aus, am Eingang des elektronischen Teils der Meßanordnung, d.h. der Auswerte-Einrichtung, eine "bestimmte
WiderstandsänderΔΒ. vorzunehmen; ihr Wert muß gegenüber dem
Widerstand der tatsächlichen Meßöffnung genau definiert sein; daher wird auch der Widerstand der Meßöffnung selbst durch
einen weiteren Widerstand simuliert. Es wird also an den Eingang des elektronischen Teils der Auswerte-Einheit ein
Widerstand angelegt, der den Widerstand der Meßöffnung darstellt; dieser Widerstand wird definiert geändert. Aus
dieser Widerstandsänderung wird nach der Formel (1) ein bestimmtes Eartikelvolumen errechnet und den von der Widerstandsänderung
Δ Ε hervorgerufenen und von der Auswerte-Einheit
angezeigten Spannungsimpulsen zugeordnet.
Ein derartiges Vorgehen hat mehrere Nachteile: Zunächst ist eine Simulation des Widerstandes der Meßöffnung umständlich,
da zunächst einmal der wahre Widerstand der Meßöffnung ermittelt und nachgebildet werden muß. Zur Eichung muß die
Meßöffnung von der Auswerte-Einheit abgekoppelt^ und der Simulator angekoppelt werden. Dabei ist es schaltungsmäßig
außerordentlich schwierig, an Widerständen in der Größen-.Ordnung von 10 Kiloohm, in der der Widerstand der Meßöffnung
liegt, Widerstandsänderungen von ca. 0,1-0,01 $ mit Wiederholfrequenzen
im kHz-Bereich zu realisieren. Bei der Verwendung von Relais zur Zusohaltung von Widerstandsänderungen ist
die entstehende Impulsform als rechteckig festgelegt; dies entspricht jedoch nicht der wahren glooken- bis trapezförmigen
Gestalt der Meßimpulse. Dadurch können Verfälschungen auftreten.
Bei Verwendung von spannungsempfindlichen Verstärkern in der
Auswerte-Einheit ergibt sich, die Notwendigkeit einer exakten Simulation des Widerstandes der Meßöffnung aus der Tatsache,
daß dieser mit den Abschirmkapazitäten, den weiteren Kapazitäten des Meßsystems, sowie den Kapazitäten des Eingangs
des Verstärkers in der Auswerte-Einheit ein RC-Glied bildet,
das die Anstiegszeit des Verstärkers verlängert. Dieser Effekt kann, bei kurzen Impulsen sogar zu einer Verringerung
der Amplitude und damit, da die in der Auswerte-Einheit registrierten Spannungsimpulse bei Messung und Eichung
identisch sein müssen, zu einer Verfälschung des Eichvorganges führen. Ferner: Während - abgesehen von diesem
Effekt - bei spannungsempfindlichen Verstärkern Abweichungen
des simulierten Widerstandes der Meßöffnung von derem wahrem Widerstand bis zu einigen Prozent noch tolerierbar wären,
ist es bei der Verwendung von stromempfindlichen Verstärkern notwendig, den Widerstand der Meßöffnung mit besonders
hoher Genauigkeit zu simulieren, da bei diesen Verstärkern die Größe des am Eingang liegenden Widerstandes direkt die
Verstärkung beeinflußt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
.der eingangs genannten Art zu schaffen, die die geschilderten Nachteile nicht aufweist, d.h. bei der die
Notwendigkeit einer Simulation des Widerstandes der Meßöffnung durch einen genau geeichten Widerstand entfällt.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß ein Eichimpuls-Generator
als Eichimpulse Spannungsimpulse bestimmter Impulshöhe
erzeugt und eine Einspeisung dieser Eichimpulse in die Meßanordnung in Serie mit der eigentlichen Meßstrecke zwischen
den Elektroden unter Einschluß der Meßöffnung erfolgt derart, daß ein aus der Impulshöhe der Eichimpulse rechnerisch ermitteltes
Volumen den in der Auswerte-Einheit registrieren Spannungsimpulsenzuordenbar ist.
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Bei einer derartigen Schaltungsanordnung entfällt die Notwendigkeit
einer Simulation der Meßöffnung, da die Eichimpulse direkt in die tatsächliche Meßstrecke, die die
Meßöffnung· einschließt, eingespeist werden. Gleichermaßen entfällt die Simulation eines Partikeldurohtritts durch
die Meßöffnung mit Hilfe einer Widerstandsänderung. Die Eichung wird damit sehr viel einfacher und genauer. Die
Erzeugung von Spannungsimpulsen ist insbesondere bei den
in Betracht kommenden Wiederholfrequenzen mit sehr viel weniger Schaltungsaufwand möglich, als die nach dem Stande
der Technik verwendeten Widerstandsänderungen. Es wird ferner möglich, gleichzeitig mit einer tatsächlichen Messung
die Eichung durch die Spannungsimpulse vorzunehmen und damit
durch etwaige äußere Einflüsse (z.B. Temperatur) verursachte Änderungen des Widerstandes der Meßöffnung laufend durch
eine gleichzeitig stattfindende erneute Eichung Rechnung zu tragen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Messung der als Eichimpulse eingespeisten Spannungsimpulse
durch an sich bekannte stromempfindliche Verstärker die - im Prinzip wie die sog. Operationsverstärker - eine sehr starke
Gegenkopplung aufweisen und deren Betriebsverhalten dementsprechend dadurch gekennzeichnet ist, daß an ihrem Eingang
- wegen der starken Gegenkopplung - nur praktisch vernachlässigbare SpannungsSprünge auftreten und daß ferner der
Verstärkungsfaktor proportional zu dem Verhältnis von Gegenkopplungswiderstand zu Eingangswiderstand ist. Derartige
stromempfindliche Verstärker sind bei einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung anwendbar, da - im Gegensatz zu den bekannten
Schaltungsanordnungen zur Eichung der beschriebenen Meßvor- *· richtungen - beim Eichen keine Änderung des Widerstandes im
Eingangskreis des Verstärkers mehr erfolgt. Insoweit wirkt sich die bei stromempfindlichen Verstärkern gegebene Abhängigkeit
der Verstärkung vom Widerstand im Eingangskreis bei der Eichung nicht aus; diese Abhängigkeit kommt aber andererseits
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■besonders vorteilhaft dann zur Wirkung, wenn der Eingangswiderstand,
d.h. der tatsächliche Widerstand der Meßöffnung aufgrund anderer Umstände als eines Partikeldurchtritts,
also z.B. infolge von TemperaturSchwankungen oder der
Verwendung eines Elektrolyten anderer Leitfähigkeit, ändert.
Dann erfolgt mit dieser Widerstandsänderung im Eingangskreis des Verstärkers eine diese Änderung wieder ausgleichende
Änderung des Verstärkungsfaktors des stromempfindlichen Verstärkers.
Die erwähnte Eigenschaft des stromempfindlichen Verstärkers,
daß infolge seiner hohen Leerlaufverstärkung und seiner starken Gegenkopplung an seinem Eingang praktisch keine Spannungsänderungen auftreten, führt auch dazu, daß Störkapazitäten
keine Rolle mehr spielen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß im Eichimpulsgenerator eine Impulsformschaltung vorgesehen
ist, die dem Eichimpuls eine der bei Durchtritt eines Partikels durch die Meßöffnung auftretende Impulsform angenäherte
Impulsform gibt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihrer vorteilhaften
Weiterbildungen wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels; Fig. 2a eine typische Form eines bei Durchtritt eines Partikels
durch eine Meßöffnung entstehenden Impulses; Fig. 2b eine Darstellung einer Volumenverteilungskurve, wie sie
durch Auswertung mehrerer Impulse nach Fig. 2a entsteht; Fig. 3 ein ausführIichereres Schaltbild der Schaltung nach
Fig. 1.
In Fig. 1 ist 1 ein Behälter mit zwei Räumen 2 und 3> die über eine Meßöffnung 4 miteinander in Verbindung stehen. Dem Raum
wird durch Leitung 5 partikelfreier Elektrolyt zugeführt, der durch die Meßöffnung 4 hindurch und aus dem Raum 2 über
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Leitung 6 abgesaugt wird. In die sieb, vor der Meßöffnung 4
verengende Strömung des partikelfreien Elektrolyten wird aus einer 'Zuführungskapillare 7 eine Suspension 8 von Partikeln,
deren Eigenschaften gemessen werden, zugeführt. Die Partikel treten in einem sieb auf die Meßöffnung 4 bin zunehmend verjüngenden
Partikelstromfaden nacheinander durch die Meßöffnung 4 hindurch und führen beim Durchtritt zu einer
Feldlinienverdrängung eines in der Meßöffnung 4 bestehenden elektrischen Feldes und damit zu einer Widerstandsänderung,
die bei eingeprägtem Strom zwischen den Elektroden 9 und 10 zu einem Spannungsimpuls zwischen diesen führt. Dieser
Spannungsimpuls entsteht an den Klemmen 11 und 12; seine Höhe bzw. sein Verlauf enthält Information über das Volumen
bzw. andere4 Parameter (z.B. Form) des durch die Meßöffnung
hindurchgetretenen Partikels, der diese Widerstandsänderung hervorgerufen hat. Dieser Spannungsimpuls wird an der Klemme
abgegriffen, in einem Vorverstärker 13 und in einem Uachverstärker
14 verstärkt und steht dann an einer Klemme 15 zur Auswertung zur Verfügung» Die Auswertung ist in Pig. 1
schematisch durch eine Auswerte-Einrichtung 16 angedeutet. Eine Auswertung, die in einer Auswerte-Einheit 16 vorgenommen
wird, kann z.B. darin bestehen, daß eine Klassierung nach der Impulshöhe erfolgt, die infolge der Entsprechung von
Impulshöhe und Volumen die Volumenverteilungskurve liefert. Ein typischer Verlauf eines solchen Spannungsimpulses u (t)
an Klemme 12 bzw. (nach Verstärkung) an Klemme 15 ist in Pig. 2a dargestellt; das Ergebnis der Auswertung mehrerer
solcher Spannungsimpulse, die durch mehrere Partikel hervorgerufen
worden sind, in einem Klassiergerät (Klassierung nach der Impulshöhe uQ) ist in Pig. 2b dargestellt. Daraus ist
ersichtlich, wieviele (z) Partikel zu einem Spannungsimpuls einer bestimmten Impulshöhe u geführt haben (z.B. haben Z1
Partikel zu einem Spannungsimpuls mit einer Impulshöhe Uq*
geführt). Läßt sich nun ein bestimmtes Partikelvolumen einer bestimmten Impulshöhe u zuordnen, so stellt Pig. 2b die
Volumenverteilungskurve einer bestimmten Partikelraenge,
nämlich derjenigen Partikelmenge, die in der Partikelsuspension 8 enthalten ist, dar.
- 8 50988 1/0531
Eine Eichung dieser Zuordnung erfolgt nun dadurch, daß man an der Klemme 12 bzw. nach Verstärkung an der Klemme 15
Spannungsimpulse erzeugt, die in Fig. 2b zu einem "Peak" ρ
bei einer Spannungsimpulshöhe von u führen. Kann man dem
Wert u , bei dem der Peak ρ auftritt, nun aus der Art und V/eise, wie er erzeugt wurde, ein genau bestimmtes Partikelvolumen
zuordnen, so ergibt dies die Eichung der Kurve nach Fig. 2b als Volumenverteilungskurve ζ (ν).
Führt man in die eingangs angegebene Formel
(D
ν Ar
V R *
die Geometrie der Meßöffnung (1 = Länge der Meßöffnung; r =s Durchmesser der Meßöffnung) und die elektrischen Eigenschaften
der Partikel (C? = Leitfähigkeit; ^? =//(?*) ein, so
ergibt sich:
ν=ΔΕ.
(2)
Erweitert man den Ausdruck auf der rechten Seite dieser Gleichung· jeweils um den Meßstrom i, so erhält man:
-Au. iisi. (3)
.i
j .1
Sind also der Meßstrom i, der Radius r der Meßöffnung 4, und die Leitfähigkeit 5" der Partikel bekannt, so läßt sich jeder
Impulshöhe Au eindeutig ein Volumen ν zuordnen (wie eingangs
erwähnt, müssen in dieser Formel - wie grundsätzlich bekannt nach ein der Form der Partikel Rechnung tragender Formfaktor
und einer der Form der Meßöffnung Rechnung tragender Kapillarfaktor
berücksichtigt werden).
Wie bereits erläutert, wurde nach den bereits bekannten Verfahren zur Eichung an den Klemmen 12 bzw. 15 ein Spannungsimpuls
dadurch erzeugt, daß man die Meßkammer 1 von den
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Klemmen 11 und 12 trennt und an diese eine Eichschaltung
anlegt, die den vorher genau bestimmten Widerstand der Meßöffnung 4- durch einen Präzisions-Widerstand simuliert;
diesem Widerstand werden dann genau "bekannte weitere Widerstände zugeschaltet, so daß man eine bekannte Widerstandsänderung
Δ R erzeugt; sich dabei ergebende Spannungsimpulse
an den Klemmen 12 bzw. 15 und die Stelle ihrer Registrierung in der Verteilungskurve nach Pig. 2b werden dann nach
Gleichung (1) einem bestimmten Volumen ν rechnerisch zugeordnet.
Bei der Schaltungsanordnung nach I1Xg. 1 ist dagegen die
Meßstrecke zwischen den Elektroden 9 und 10, die die Meßöffnung
4 einschließt, zwischen einer Spannung -U und einer Erdungsleitung mit dem Potential 0 einerseits mit einem
Widerstand 40, der einen verhältnismäßig gegenüber dem Widerstand der Meßöffnung 4 niedrigen Widerstandswert mit relativ
hoher Genauigkeit aufweist (z.B. 1.ß mit einer Genauigkeit von 1$), und andererseits mit Widerständen 42,43, 44 ...,
sowie einem Strommeßgerät 140, das den durch die Meßstrecke fließenden Meßstrom i anzeigt, in Reihe geschaltet. Die
Größe des Meßstromes i kann durch entsprechende Zu- bzw. Abschaltung einzelner der Widerstände 44 mit Hilfe des
Schalters 141 eingestellt werden. Dieser einstellbare Meßstrom wird konstant gehalten durch die Zwischenschaltung
der Drain-Source-Strecke (zwischen Drain-Anschluß D und Source-Anschluß S) eines Peldeffekt-Iransistors 41, dessen
Gate G mit dem Punkt 50 eines Spannungsteilers, der durch die Widerstände 51 und 52 gebildet wird, verbunden ist und
somit auf konstantem Viert gehalten wird. Bei dieser Schaltung hängt der Meßstrom, der gleich dem Drainstrom ist, praktisch,
nur von der Gate-Spannung (Spannung am Punkt 50), sowie von den Widerständen 42, 43, 44, nicht jedoch vom Widerstand der
Meßöffnung 4 ab.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde -U=-107 Volt
gewählt und der durch die Widerstände 51 und 52 gebildete Spannungsteiler derart ausgelegt, daß sich am Punkt 50 eine
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Gate-Spannung von ca. 40 V ergab. Damit verblieb einerseits
für die Spannung über der Meßstrecke, d.h. zwischen den Elektroden 9 und 10 eine hinreichende Aussteuerbarkeit und
andererseits war ein Einfluß von SρannungsSchwankungen
zwischen Gate G und dem Source-Anschluß S infolge von Temperaturschwankungen usw. ausgeschaltet. Die zur Source/
Gate-Strecke parallel geschaltete Diode 121 verhindert, daß "bei Abtrennung der Elektroden 9 bzw. 10 von den Klemmen
bzw. 12 die Spannung am Source-Anschluß S wesentlich unter die Spannung am Gate G absinkt.
Zur Eichung v/erden als Eichimpulse Spannungsimpulse in die
Meßstrecke eingespeist. Dies erfolgt an Klemme 11 über einen Schalter 34, eine Leitung 21 und einen Eichimpulsgenerator
Der -Eichimpulsgenerator 20 wird gebildet von einem Rechteckirapuls-Generator
30, einer diesem nachgeschalteten Impulsformschaltung 31, sowie einem dieser nachgeschalteten durch
verschiedene Widerstände 32' gebildeten Netzwerk 32, innerhalb dessen ein Schalter 33 den Abgriff an verschiedenen
Widerständen 32' also mit verschiedener Spannungshöhe ermöglicht. Die Impulsformschaltung 31 leitet aus den ihr
zugeführten Impulsen Impulse mit definierter Höhe und mit einer Impulsform ab, die eine Anpassung an die Form derjenigen
Impulse darstellt, die bei Durchtritt von Partikeln durch die Meßöffnung 4 entstehen (vgl. Pig. 2a). Eine brauchbare Annäherung
stellt eine Trapezform der Eichimpulse dar, wie bei der Impulsformschaltung 31 schematisch angedeutet.
Die Widerstände 32· sind gegenüber dem Widerstand 40, der z.B.
1 Sl ist (vgl. oben) derart groß gewählt, daß sich über den Widerstand 32' und den Widerstand 40 vom Eichimpulsgenerator "20
her praktisch ein eingeprägter Strom ergibt, der sich dem Meßstrom i überlagert und der unabhängig von dem-\Potential
ist, das der Meßstrom i an der Klemme 11 hervorruft. Ist
z.B. die Spannung am Eingang des Netzwerkes 32 8,2 V, der Widerstand 32« 8,2 kil, dann fließt über den Widerstand 40
unter der gegebenen Voraussetzung, daß der Widerstand 40 klein
509881/053t
•/h *
gegenüber 32« ist, ein Strom von 1 .tqA, der an diesem Widerstand
40 einen Spannungsabfall von 1 mV hervorruft. Der Spannungsimpuls von der Höhe 1 mV entsteht auch an der
Klemme 12 und ist damit in Serie zur Meßstrecke zwischen den Elektroden 9 und 10 eingespeist. Der Spannungsimpuls
ist der Eichimpuls.
Werden nun bei geschlossenem Schalter 34 nacheinander als Eichimpulse Spannungsimpulse gleicher Höhe eingespeist,
ergeben sie an der Klemme 15 Spannungsimpulse mit der Impulshöhe u , die in der Auswerte-Einheit 16 registriert werden
und denen sich nach Formel (3) ein bestimmtes Partikelvolumen ν rechnerisch zuordnen läßt, das bei Durchtritt eines Partikels,
der dieses Volumen hat durch die Meßöffnung 4 an Klemme 15 zu einem Spannungsimpuls derselben Impulshöhe
geführt hätte. Hinreichend viele solcher gleicher Eichimpulse führen dann zu einem Peak ρ in der Verteilungskurve nach
Fig. 2b, dessen Lage der errechnete Volumenwert zugeordnet wird. Damit ist eine Verteilungskurve nach Pig. 2b als .
Volumenverteilungskurve geeicht.
Wie bereits eingangs betont, erfolgt die Eichung also nicht über eine simulierte, sondern über die tatsächliche Meßstrecke, die durch den Elektrolyten zwischen den beiden'
Elektroden 9 und 10 gebildet und damit von den Eigenschaften der Meßöffnung 4 bestimmt wird. Der zur Eichung herangezogene
Spannungsimpuls wird nicht mehr durch eine Widerstandsänderung an der simulierten Meßstrecke, sondern durch Einspeisung
von Spannungsimpulsen mit bekannter Impulshöhe in die tatsächliche Meßstrecke erzeugt.
Pig. 2 zeigt ein detailliertes Schaltbild' des Ausführungs- %
beispiels. .. Sofern dieselben Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind, haben sie dieselbe Bedeutung wie in
Pig. 1.
Der Rechteckgenerator 30 wird durch einen Rechteck-Oszillator gebildet, der als Dual-Monoflop aus einem Doppel-TTL-Baustein
100 und
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aufgebaut ist. Frequenzbestimmend ist der Widerstand 103
und die Kapazität 104; die Impulsbreite wird vom Widerstand 105 und der Kapazität 106 bestimmt. Der von dem
Rechteckimpuls-G-enerator 30 abgegebene und am Ausgang des
TTL-Bausteins 100 in Fig. 2 angedeutete Rechteckimpuls
bewirkt, daß der Transistor IO7 leitend wird; die beiden Dioden 129, 130 sowie der Widerstand 128 und der weitere
einstellbare Widerstand 127 stellen eine erste Konstantstromschaltung dar, die durch den Rechteckimpuls eingeschalteten
Strom durch den Transistor 107 auf genau einen bestimmten Wert konstant hält, der am Widerstand 127 eingestellt
werden kann. Dieser Strom teilt sich in zwei Hälften auf; eine Hälfte lädt die Kapazität 108, der mit seinem anderen
Anschluß an einem Potential von 0 V anliegt, auf, während die andere Hälfte über den Transistor 109 abfließt; der
über den Transistor 109 abfließende Strom wird durch die
Widerstände 131, 132, 133 konstant gehalten, die zusammen mit dem Transistor 109 eine zweite Konstantstromschaltung
bilden. Erreicht die dadurch bewirkte Aufladung der Kapazität 108 einen bestimmten Wert, der gleich der Durchbruchsspannung
der Zener-Diode 110 ist, so erfolgt keine weitere Aufladung mehr; die Ladung der Kapazität 108 bleibt auf
einer bestimmten Höhe. Fällt der Rechteckimpuls am Eingang der Impulsformschaltung 31 wieder zurück, sperrt der
Transistor 108 und entlädt nun - wiederum mit konstantem
Strom - über den Transistor 109 der zweiten Konstantstromschaltung.
Dieser Ladungsvorgang wird abgebrochen, wenn
der mit dem Kollektor des Transistors 107 verbundene Anschluß
der Kapazität 108 exakt das Potential Hull hat. Diesem Zweck dient nun die durch den Transistor 113, den
einstellbaren Widerstand 122, den Widerstand 123 und die beiden Dioden 124 und 125 gebildete dritte Konstantstromschaltung.
In dem Augenblick, in dem das Potential an der mit dem Kollektor des Transistors 107 verbundenen Seite
der Kapazität 108 Null wird, wird die Diode 112 leitend.
Der durch den Transistor 109 fließende konstante Strom fließt nun nicht mehr - als Entladestrom - über die Kapazität
108, sondern über die Diode 112 und den Transistor 113.
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Um nun das Potential zu "beiden Seiten der Kapazität 108
gleichermaßen exakt auf den Wert Hull zu bringen, ist der Transistor 113 so eingestellt, daß über ihn der
doppelte Strom wie über den Transistor 109 fließt; den zusätzlichen Strom zieht der Transistor 13 über die Diode
111 von deren Anschluß an 0 V. her. Haben beide Dioden
und 112 dieselbe Durchlaßspannung, ist bei Aufteilung des
vom Transistor 113 gezuo -':'·ronu:.; -j.i, '.nc Hälfte, die
über die Diode 112 fließt, und m eine anuur-.· Hälfte, die
über die Diode 112 und den Transistor 109 fließt, sichergestellt,
daß beide Seiten des Kondensators 108 exakt auf demselben Potential, und zwar auf 0 V liegen. Solange die
Diode 112 nicht leitend ist, d.h. solange die Kapazität noch nicht auf Null entladen ist, fließt der gesamte Strom,
der durch den Transistor 113 fließt, über die Diode 111.
Damit ist gewährleistet, daß bei Beginn eines Rechfceckimpulses
ein Aufladen mit konstantem Strom und bei Beendigung des Rechteckimpulses ein Entladen mit konstantem Strom erfolgt.
An dem Eingang des Netzwerkes 132 liegt also ein Spannungsimpuls an, der Trapezform hat und damit der in Fig. 2b dargestellten
Impulsform weitgehend angenähert ist.
Am Eingang des Netzwerkes 32 ist ein Impedanzwandler 114
t--^-Q2—v^a^-ffe^^-oK»l^'&&i&3?&e>K4u@.:tQ.r,.) vorgesehen; von
dessen Ausgang gelangt der Spannungsimpuls über - je nach Stellung des Schalters 33 -. einen der Widerstände 32' an die
Klemme 11 und an den Widerstand 40. Die Widerstände 31' sind mit einer Genauigkeit von 1 $ derart eingestellt, daß sich
an der Klemme 11 Eichimpulse verschiedener Höhe zwischen 0,5
und 5 mV einstellen lassen.
Über die Klemme 12 wird der Spannungsimpuls dem Vorverstärker und dem Nachverstärker 114 zugeführt, dessen Ausgang die
Klemme 15 bildet, die an eine Auswerte-Einheit 16 (vgl.Fig.1)
angeschlossen ist.
-H-
60^88 i/05 3 1
BAD ORIGINAL
• /Hf-
Die Verstärker können prinzipiell sowohl als SpSnnungs- oder
auch als stromempfindliche Verstärker ausgeführt werden. Die Verwendung von stromempfindlichen Verstärkern wird möglich,
da bei der Eichung der Widerstand am Eingang des Verstärkers konstant "bleibt; sie· hat dann den Vorteil, daß wegen der
hohen Gegenkopplung von stromempfindlichen Verstärkern am Eingang eines solchen Verstärkers nur eine praktisch vernachlässigbare
Potentialdifferenz auftritt, so daß Störkapazitäten
ohne Einfluß bleiben. Der Aufbau derartiger stromempfindlicher Verstärker ist dem Pachinanii geläufig,
so daß an dieser Stelle auf eine nähere Darstellung verzichtet werden kann. In Pig. 2 sind sie angedeutet durch
zwei Verstärker 116 bzw. 120 mit hoher Leerlaufverstärkung
und starker Gegenkopplung der Gegenkopplungswiederstände 119,
117 sowie durch eine Ankopplungskapazität 115 und einen
Kopplungswiderstand 118.
Patentansprüche
509881/0531
Claims (6)
- PatentansprücheSchaltungsanordnung zur Eichung einer Anordnung (Meßanordnung) zur Messung des Volumens von Partikeln, "bei .der die Partikel im Strömungsfeld eines Elektrolyten durch eine Meßöffnung hindurchgeleitet werden, zu deren beiden Seiten Elektroden angeordnet sind, an denen bei Durchtritt der Partikel Impulse entstehen, die in einer Auswerte-Einheit ausgewertet werden, und "bei der den zur Eichung der Auswerte-Einheit zugeführten Eichimpulsen rechnerisch ein bestimmtes Volumen zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eichimpuls-Generator (20) als Eichimpulse Spannungsimpulse mit bestimmter Impulshöhe erzeugt und eine Einspeisung dieser Eichimpulse in die Meßanordnung in Serie mit der eigentlichen Meßstrecke zwischen den Elektroden (9,10) unter Einschluß der Meßöffnung (4) erfolgt derart, daß ein aus der Impulshöhe der.Eichimpulse rechnerisch ermitteltes Volumen den in der Auswerte-Einheit (16) registrierten Spannungsimpulsen zuordenbar ist.— 2 —B 0 9 8 8 1 / 0 5 3 1
- 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem an sich bekannten stromempfindlichen Verstärker (13,14) eine Verstärkung der in die Meßstrecke (9,4,10) eingespeisten Spannungoimpulse erfolgt.
- 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung der als Eichimpulse dienenden Spannungsimpulse über einen im Vergleich zum Widerstand der Meßöffnung (4) niederohmigen Widerstand (40) erfolgt, der mit dem Widerstand der Meßöffnung (4) in Reihe geschaltet ist.
- 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohe des eingespeisten Spannungsimpulses durch ein Netzwerk (32) im Eichimpuls-G-enerator (20) einstellbar (33) ist.
- 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Eichimpuls-G-enerator (20) eine Impulsfortschaltung (31) vorgesehen ist, die dem Eichimpuls eine der bei Durchtritt eines Partikels durch die Meßöffnung (4) auftretenden Impulsform (Pig. 2a) angenäherte Impulsform gibt.
- 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Impulsformgenerator (31) zur Erzeugung eines Spannungsimpulses, aus der der Eichimpuls abgeleitet wird, eine durch einen Rechteckimpuls einschaltbare erste Konstantstromquelle (107,127,128,129,130) vorgesehen ist und der von dieser abgegebene konstante * Strom eine Kapazität (108) auf einen durch einen Spannungsbegrenzer (110) vorbestimmten Wert auflädt, und die Kapazität ferner mit einer zweiten Konstantstromquelle (109,131,132,133) verbunden ist, über sie bei Abschaltung der ersten Konstantstromquelle (107, 127,128,129,130) infolge einer Beendigung des Recht-— 3 _509881/0531eckimpulses entlädt, und ferner eine mit der zweiten Konstantstromquelle (109,131,132,133) über eine Diode(112) verbundene dritte Konstantstromquelle (113,122, 123 »124·, 125) vorgeoehen ist, wobei die Diode nach erfolgter Entladung der Kap.azität (108) auf Null leitend wird und der von der zweiten Konstantstromquelle (109,131,132,133) abgegebene Strom über die Diode (112) und die dritte Konstantstromquelle (113, 122,123,124,125) fließt.Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der nach erfolgter Entladung der Kapazität (108) durch den durch die aweite (109) und die dritte(113) Konstantstromquelle fließende Strom verursachte Spannungsabfall an der Diode (112) gegenüber einer Seite der Kapazität (108) durch eine weitere Diode (111) ausgeglichen wird, die mit der anderen Seite der Kapazität (108) und mit deren Verbindung mit Erdpo'tential verbunden ist.50388 1/0531
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1975
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Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: KACHEL, VOLKER, DR., 8039 PUCHHEIM, DE |