DE2438401A1 - Verfahren und vorrichtung zur teilchenanalyse in fluessiger suspension - Google Patents

Description

Patentanwälte DIpI.-Ing. E. Edir Dipl.-Ing. K. Schieschke

8 München 13, Elisabethstraße M

Coulter Electronics Limited, Harpenden", Herts ./England

Verfahren und Vorrichtung zur Teilchenanalyse in flüssiger Suspension

Die Erfindung bezieht sich auf eine in einem Teilchenanalysiergerät verwendbare Tastschaltung mit Schaltungselementen und Schaltungsparametern für die Schaltungselemente, die die Ausgangssignale der Erfassungsschaltung vom Öffnungsdurchmesser des Teilchenanalysiergerätes und/oder von der Leitfähigkeit des Elektrolyten auf beiden Seiten der Meßöffnung unabhängig machen, so daß die Signale, die von den durch die Öffnung gehenden Teilchen erzeugt werden, in einem genaueren Verhältnis zu der Größe oder dem Volumen der Teilchen stehen.

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Ein solches Teilchenanalysiergerät, in dem die erfindungsgemäße Schaltung verwendbar ist, wurde zuerst in der US-Patentschrift 2 656 508 offenbart. Das Gerät arbeitet nach dem sogenannten "Coulter-Prinzip". Gemäß diesem Prinzip erzeugt ein in einer elektrisch leitenden Flüssigkeit suspendiertes, mikroskopisch kleines Teilchen beim Durchgang durch eine Öffnung, deren Abmessungen sich denjenigen des. Teilchens annähern, eine Widerstandsänderung der Flüssigkeitsbahn in der Öffnung, wenn man annimmt, daß das Material des Teilchens eine andere elektrische Leitfähigkeit besitzt als die elektrisch leitende Flüssigkeit. Wie Untersuchungen zeigten, ist die Größe dieser Änderung dem Volumen des Teilchens proportional, wenn der Querschnitt des Teilchens kleiner ist als der Querschnitt der Öffnung und wenn das Teilchen im Durchmesser kleiner ist als die axiale Länge der Öffnung. Dieses Volumen stellt unabhängig von der räumlichen Konfiguration des Teilchens das tatsächliche Volumen des partikulierten Stoffes dar.

Das Teilchenanalysiergerät enthält zwei Elektroden, je eine auf jeder Seite der öffnung. Eine Stromquelle, für die ein hoher Ausgangswiderstand typisch ist, liegt an den Elektroden. Ferner ist an die Elektroden eine flpannungsabhängige Signalerfassungsschaltung angeschlossen, die einen Wechselstrom-Kopplungskondensator bzw. Gleichstrom-Sperrkondensator aufweist, so daß die Signalerfassungsschaltung lediglich auf Spannungsänderungen an der öffnung anspricht, die beim Durchgang eines Teilchens durch die öffnung erzeugt werden. Diese Signale werden meist als Teilchenimpulse bezeichnet und zur Analyse der Impulshöhe und zur Impulszählung von einem Vestärker der weiteren elektrischen Schaltung zugeführt.

Beispiele für derartige Teilchenanalysiergeräte bieten die US-Patentschriften 2 656 508, 2 869 078, 2 985 830, 3 01 i> 775 und 3 122 431.

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Bei den richtigen Arbeitsbedingungen erzeugen derartige Teilchenanalysiergeräte elektrische Impulse, deren Amplitude vom Volumen des jeweils durch die Öffnung gehenden Teilchens linear abhängig ist. Man kann deshalb die elektrische Analysierschaltung einfach so eichen, daß sie auf einem Oszillographen oder Meßgerät das Teilchenvolumen sichtbar anzeigt.

Da beim Durchgang des Teilchens durch die Öffnung zunächst eine Widerstandsänderung erzeugt werden soll, muß ein bekannter Strom durch den Widerstand geleitet und die resultierende Spannungsänderung erfaßt werden. Dieses einleuchtende Verfahren wurde über Jahre hinaus beibehalten. Allerdings sprechen die bekannten Tastschaltungen auf Durchmesseränderungen der Öffnung und auf Leitfähigkeitsänderung des flüssigen Mediums an, in dem die Teilchen suspendiert sind.

Die Leitfähigkeit der Flüssigkeit, normalerweise ein Elektrolyt, hängt ab von der zusammengesetzten Temperatur und Konzentration des flüssigen Elektrolyten. Eine Leitfähigkeitsänderung verschob die Eichung der Analysierschaltung, so daß eine bestimmte Impulsamplitude die Größe des Teilchens/ das den Impuls erzeugte, nicht mehr genau wMergibt. Zur Kompensation der Leitfähigkeitsänderung des Elektrolyten wurden verschiedene elektrische Tastschaltungen vorgeschlagen. Beispiele hierfür finden sich in den US-Patentschriften 3 259 842 und 3 706 030, in der kanadischen Patentschrift 864 075 und in der russischen Patentschrift 274 474. Weitere elektrische Tastschaltungen einschließlich einer Kompensationsschaltung für Änderungen des spezifischen Widerstandes oder der Leitfähigkeit des Elektrolyten werden darin detailliert beschrieben.

Auch bei einer hinsichtlich Schwankungen der Leitfähigkeit des Elektrolyten kompensierten elektrischen Tastschaltung sind die

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Ausgangssignale dieser Schaltung immer noch vom Durchmesser der Öffnung, meist die Tastöffnung genannt, abhängig. Normalerweise ändert sich der Tastöffnungsdurchmesser nicht. Wenn jedoch mit weitgehend automatisierten Zählern für Blutkörperchen gearbeitet wird, unter Verwendung des oben erläuterten Teilchenanalysiergerätes, bei dem ein solcher Zähler meist angewendet wird, bildet sich häufig auf der Innenseite der Öffnung ein Film, der den wirksamen Öffnungsdurchmesser verändert und zu Signalen führt, die der Größe der durch die Öffnung tretenden Blutkörperchen nicht mehr genau proportional sind. Manchmal ist der Film so dünn, daß er mit dem Mikroskop nicht mehr wahrnehmbar ist. Auf alle Fälle hat man zur Wiederherstellung des ursprünglichen Eichzustandes die öffnung gereinigt, wenn unerklärliche Verschiebungen des Eichzustandes der Analysierschaltung auftraten. Man hat auch beobachtet, daß manchmal das zur Herstellung der Tastöffnung verwendete Material etwas hygroskopisch war, so daß beim Eintauchen in einen wässerigen oder einen anderen Elektrolyten die die Tastöffnung enthaltende Membran deutlich aufquoll. Durch dieses Phänomen ergibt sich ebenfalls eine Änderung des Öffnungsdurchmessers. Wie noch erläutert wird, ergibt die erfindungsgemäße, elektrische Tastschaltung bei richtiger Wahl der Tastelemente und der Parameter der Schaltungselemente ein überraschend vorteilhaftes Resultat insofern, daß die Ausgangssignale des Teilchenanalysiergerätes vom Öffnungsdurchmesser praktisch unabhängig sind.

Die damit offenbarten Tastschaltungen ergeben zusätzliche Schaltungselemente mit Schaltungsparametern, die zu* Ausgangssignalen führen, die von der Leitfähigkeit des Elektrolyten unabhängig sind.

Die Erfindung bezieht sich somit auf eine elektrische Tastschaltung für ein Teilchenanalysegerät, bei dem die die Teilchen enthaltende Flüssigkeit durch eine Tastöffnung fließt, die auf

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jeder Seite mit einer Tastelektrode versehen ist, wobei an diesen Elektroden Mittel angeschlossen sind, die eineiErregerstrom durch die Tastöffnung fließen lassen, und Mittel zur Erfassung der Signale, die von durch die Tastöffnung gehenden Teilchen erzeugt werden. Die erfindungsgemäße Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerstrommittel einen geringen Ausgangswiderstand und daß die Signalerfassungsmittel einen geringen Eingangswiderstand bei Gleichstrom und bei den von den Teilchen erzeugten Signalfrequenzen aufweist. c

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind an die Signalerfassungsmittel elektrische Überwachungsmittel angeschlossen, die die Leitfähigkeit der die Teilchen enthaltenden Flüssigkeit überwachen und die die Ausgangssignale der Signalerfassungsmittel abhängig von der Leitfähigkeit der Flüssigkeit ändern, so daß die Ausgangssignale von der Leitfähigkeit der Flüssigkeit unabhängig sind.

Zur ausführlicheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen. Darin zeigen:

Fig«· 1 ein Schaltschema der elektrischen Tastschaltung in einem

bekannten Teilchenanalysiergerät, Fig. 2 ein Ersatzschaltbild der Schaltung nach Fig. 1 für von den

Teilchen erzeugte Signale nach dem Theveninschem Theorem, Fig. 3 ein Schaltschema der elektrischen Tastschaltung eines

anderen bekannten Teilchenanalysiergeräts, Fig. 4 ein Ersatzschaltbild zur Schaltung nach Fig. 3 für von den Teilchen erzeugte Signale nach dem Theveninschem

Theorem,
Fig. 5 ein Schaltschema der elektrischen Tastschaltung bei einem

weiteren bekannten Teilchenanalysiergerät,. Fig. 6 ein Ersatzschaltbild zu der Schaltung nach Fig. 5 für von den Teilchen erzeugte Signale nach dem Theveninschem

Theorem, ·

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Fig. 7 ein Schaltschema der elektrischen Tastschaltung in einem Teilchenanalysiergerät gemäß der Erfindung,

Fig. 8 ein vereinfachtes Schaltschema der Schaltung nach Fig. η mit dem auf Gleichstrom bezogenen Zusammenhang zwischen der Stromversorgung und dem Öffnungswiderstand der elektrischen Tastschaltung,

Fig. 9 ein Ersatzschaltbild zu· Fig. η für von den Teilchen erzeugte Signale nach dem Theveninschen Theorem,

Fig. 10 ein Schaltschema für das Wechselstromanalοgon der Schaltung nach Fig. 7,

Fig. 11 ein Blockschaltbild, teilweise in Schnittdarstellung, eines TeilchenanaljsLergerätes und der zugehörigen elektrischen Schaltung, die in elektrischer Hinsicht der Schaltung nach Fig. 7 äquivalent ist,

Fig. 12 ein Schaltschema einer anderen Tastschaltung,

Fig. 13 ein Blockschaltbild, teilweise in Schnittdarstellung, eines Teilchenanalysiergerätes und der zugehörigen elektrischen Schaltung, in elektrischer Hinsicht der Schaltung nach Fig. 12 äquivalent,

Fig. 14 ein Schaltschema eines Verstärkers mit niedrigem Eingangswiderstand, der bei den hier offenbarten elektrischen Tastschaltungen verwendet werden kann,

Fig. 15 ein Blockschaltbild, teilweise im Schnitt, eines Teilchenanalysiergerätes und der zugehörigen Schaltung gemäß Fig. 11 mit einer Schaltung zur Kompensation von Schwankungen des spezifischen Widerstandes des Elektrolyten,

Fig. 16 ein Blockschaltbild, teilweise im Schnitt, eines Teilchenanalysiergerätes und der zugehörigen Schaltung gemäß Fig. 13 einschließlich einer Schaltung zur Kompensation von Schwankungen des spezifischen Widerstandes des Elektrolyten,

Fig. 17 ein Blockschaltbild, teilweise im Schnitt, eines weiteren Teilchenanalysiergerätes und der zugehörigen Schaltung, in der die Abhängigkeit der Signalerfassungsschaltung proportional dem spezifischen Widerstand des Elektrolyten ist, ohne daß eine hochfrequente Trägeraodulation benötigt wird, 509809/0818

Fig. 17A eine teilweise geschnittene Ansicht einer langgestreckten •Leitfähigkeitszelle, die in dem Teilchenanalysiergerät

nach Fig. 17 verwendet werden kann, Fig. 18 ein Blockschaltbild einer gesamten Wechselstromschaltung in einem Teilchenanalysiergerät, das die gleichen Resultate liefert, wie die Schaltung nach Fig. 1 5,-

Fig. 19 ein Blockschaltbild, teilweise im Schnitt, eines Teilchenanalysiergerätes und der zugehörigen Schaltung, wobei die Unabhängigkeit von Änderungen des spezifischen Widerstandes durch einen Hochfrequenzträger und -modulator erreicht wird, .

Fig. 20 ein Blockschaltbild einer weiteren Schaltung zur Kompensation von Schwankungen des spezifischen Widerstandes im Elektrolyten eines Teilchenanalysiergerätes, wobei die Elektroden des Gerätes eine doppelte Aufgabe erfüllen und die Verstärkungssteuerung des Signalerfassungsverstärkers mit einem analogen Teiler erreicht wird,

Fig. 21 ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Schaltung zur Kompensation von Änderungen des spezifischen Widerstandes des Elektrolyten in einem Teilchenanalysiergerät, wobei die Empfindlichkeit des Signalerfassungsverstärkers durch einen Multiplizierer variiert wird, der von einem hochfrequenten Träger geführte Korrektursignale erhält,

Fig. 22 ein Schaltschema einer weiteren Schaltung zur Kompensation von Schwankungen des spezifischen Widerstandes eines Elektrolyten in einem Teilchenanalysiergerät,

Fig. 23 eine zylindrische Darstellung des Volumens einer Öffnung und

Fig. 24 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Fläche von der Position eines durch das zylindrische Volumen nach Fig. 23 fließenden Teilchens.

Das Schaltschema einer bekannten Schaltung eines Teilchenanalysiergerätes nach Fig. 1 dient zur Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von Teilchen in einer Flüssigkeit. Die Flüssigkeit ist in zwei Teile getrennt, vobei jeder Teil eine Elektrode enthält. Die Flüssigkeitsteile sind durch eine Trennwand voneinander geschieden, wobei eine öffnung in der Trennwand eine Flüssigkeitsströmung gestattet. Der Querschnitt der Öffnung ist

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relativ klein und der Größe der mikroskopisch kleinen Teilchen angenähert, die in einem der Flüssigkeitsteile suspendiert sind. Das Teilchenanalysiergerät enthält ferner eine Vorrichtung, die eine Strömung des Fluids zwischen den beiden Flüssigkeitsteilen durch die Öffnung bewirkt. Diese Fluidströmung erreicht man durch eine Vakuumquelle und durch eine Steuereinrichtung mit einem Ventil, die das Vakuum während einer bestimmten Zeitspanne auf einen der Flüssigkeitsteile wirken läßt.

Die Elektroden der Flüssigkeitsteile sind elektrisch an eine Stromquelle und ai eine elektrische Signalerfassungsschaltung angeschlossen. Die elektrische Schaltung einschließlich der Stromquelle wird zum Teil durch die Strombahn in den Flüssigkeitsteilen zwischen den beiden Elektroden und durch die Öffnung definiert. Die Teilchen in einem Flüssigkeitsteil besitzen eine elektrische Leitfähigkeit, die von der elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit stark abweicht. Wenn die von der Flüssigkeit geführten Teilchen die Öffnung passieren verändern sie den Scheinwiderstand oder den spezifischen Widerstand innerhalb der Öffnung und modulieren den durch die öffnung fließenden Gleichstrom. Dieser Vorgang ergibt eine Spannungsänderung an der öffnung. Diese Spannungsänderungen oder Signale werden von der Signalerfassungsschaltung abgetastet oder erfaßt, verstärkt und dann einer anderen elektrischen Schaltung zugeführt, wo die Signale analysiert und untersucht werden.

Die elektrische Schaltung nach Fig. 1 des oben beschriebenen Teilchenanalysiergerätes enthält eine Hochspannungsquelle 10, einen hochohmigen Widerstand 12 (der mit der Hochspannungsquelle 10 zusammengefaßt sein kann) und etoen variablen Lastwiderstand 14, d.h. den Widerstand an der öffnung in der Trennwand, Dieser Lastwiderstand 14 ist in Fig. 1 als variabler Widerstand in einem Kreis dargestellt· Die elektrische Signalerfassungsschaltung enthält einen Verstärker 16 mit hohem Eingangswiderstand, mit einem Gleichstromsperrkondensator,

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damit der Meßöffnungsstrom nicht in den Eingangswiderstand abgezweigt wird und damit die relativ große Gleichstromkomponente der an der Meßöffnung liegenden Spannung den Verstärker 16 nicht sättigen kann. Die Hochspannungsquelle 10 und der hochohmige Widerstand 12 ergeben eine annähernd konstante Stromversorgung, so daß der durch die öffnung fließende Strom von der Größe des Öffnungswiderstandes 14 annähernd unabhängig ist. Wenn .ein Teilchen durch die Öffnung tritt, ändert sich der Widerstand um den Betrag R und der durch die Öffnung und den veränderten Widerstand der Öffnung fließende, annähernd konstante Strom führt zu einer Spannungsänderung an der Öffnung, die auf den Verstärker 16 mit hohem Eingangswiderstand gegeben wird.

Nach dem Theveninsehern Theorem verhält sich ein lineares Netzwerk, das ein oder zwei Spannungsquellen und zwei Anschlüsse aufweist, wenn ein Lastwiderstand an diesen beiden Anschlüssen liegt, so, als ob das Netzwerk und seine Generatoren mit einem einfachen Generator mit dem inneren Scheinwiderstand Z und einer erzeugten Spannung E äquivalent wären, wobei E die Spannung ist, die an den Anschlüssen auftritt, wenn kein Lastwiderstand angeschlossen ist, und Z die Impedanz, die zwischen den Anschlüssen gemessen wird, wenn alle Spannungsquellen des Netzwerkes kurzgeschlossen sind.

Unter Anwendung des Theveninschen Theorems läßt sich die Schaltung nach Fig® 1 zu dem Schaltbild nach Fig. 2 vereinfachen, das einen Generator 18 mit innerer Impedanz bzw· Innenwiderstand 20 zeigt. Die Spannung des Generators 18 ist. die Leerlaufspannung ohne Lastwiderstand an der Öffnung und sein Innenwiderstand ist der Öffnungswiderstand R · Da der Eingangswiderstand des Verstärkers 16 praktisch unendlich ist, erhält man für die Leerlaufspannung der Schaltung: e_QC « I_ap/3 R.

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Ein Teilchenanalysiergerät mit der Schaltung nach Fig. 1 zeigt die US-Patentschrift 2 656 508. Man erkennt, daß.diese Schaltung vom Widerstand an der Öffnung abhängig ist, d.h. vom spezifischen Widerstand der Flüssigkeit oder des Elektrolyten in der Öffnung. Der spezifische Widerstand der Flüssigkeit in der Öffnung hängt ab von der Konzentration des Elektrolyten in der Flüssigkeit und von seiner Temperatur. Somit führen Änderungen von Konzentration und Temperatur des Elektrolyten zu Fehlern bei der Messung von Signalen, die von durch die Öffnung gehenden Teilchen erzeugt werden. Man könnte diesem Problem dadurch begegnen, indem man die Konzentration und die Temperatur des Elektrolyten konstant hielte. Dies ist jedoch selbst unter I&orbedingungen äußerst schwierig. Man benötigt somit eine Tastschaltung für ein Teilchenanalysiergerät, die vom spezifischen Widerstand oder der Leitfähigkeit des Elektrolyten unabhängig ist oder die Änderungen von Konzentration und/oder Temperatur des Elektrolyten kompensiert. Eine bekannte Schaltung, die eine gewisse Kompen*- sation der Schwankungen des spezifischen Widerstandes der Flüssigkeit in der Öffnung ergibt, zeigt die russische Patentschrift 274 474. Die Kompensation erfolgt hierbei durch Änderung des Widerstandes der Ersatzschaltung zum Quellenwiderstand 12 nach Fig. 1, wenn sich der spezifische Widerstand oder die Leitfähigkeit des Elektrolyten ändert. Man erhält dies durch Einschluß eines Widerstandes in den Stromversorgungskreis, der durch einen Teil der Flüssigkeit gebildet wird. Gemäß der russischen Patentschrift wird hierzu eine dritte Elektrode in einen der Flüssigkeitsteile so eingesetzt, daß der Strom von der Stromquelle zunächst von einer ersten Elektrode in der Flüssigkeit zu einer zweiten Elektrode in der Flüssigkeit und dann innerhalb der Flüssigkeit durch die Öffnung zu einer dritten Elektrode fließt.

Eine weitere bekannte Schaltung eines Teilchenanalysiergerätes zeigt Fig. 3. Teilchenanalysiergerätß mit dieser Schaltung sind

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der US-Patentschrift 3 259 842 zu entnehmen. In dieser Schaltung ist eine geregelte Stromquelle 30 mit hohem Widerstand an die Elektroden a¹*£ jeder Seite der Öffnung angeschlossen· Der Öffnungswiderstand, durch den der Strom der Stromquelle fließt, ist mit der Bezugszahl· 32 versehen. Die Signalerfassungsschaltung enthält einen Wechselstrom-Kopplungskondensator 34 und einen niederohmigen Verstärker 36. Zur besseren Erläuterung des niedrigen Eingangswiderstandes des Verstärkers 36 enthält das für diesen verwendete Dreiecksymbol eine geschlossene Schleife, die die beiden Verstärkereingänge verbindet. Ein Dreieck mit geschlossener Schleife zwischen den zwei Eingangsleitungen zeigen auch die anderen Figuren der Zeichnung, wobei das Dreieck und die geschlossene Schleife darauf hinweisen sollen, daß der Verstärker sowohl für Gleichstrom als auch für Wechselstrom bei Signalfrequenzen einen niedrigen Eingangswiderstand besitzt.

Fig. 4 zeigt eine Theveninsche Ersatzschaltung der Schaltung nach Fig. 3 für von der Signalerfassungsschaltung bei Signalfrequenzen erfaßten Signalen. Die Ersatzschaltung enthält einen Generator 38, einen Widerstand 40 und den Verstärker 36. Die Spannung des Generators 38 ist gleich der Leerlaufspannung e_oc, die gleich

dem Produkt des Gleichstromes I durch die Öffnung ist, multi-

ap

pliziert mit der Widerstandsänderung Δ R infolge eines durch die öffnung fließenden Teilchens. Der dem Generator 38 zugeordnete Ausgangswiderstand 40 ist der Öffnungswiderstand R · Wenn ein Teilchen durch die Öffnung tritt bewirkt die Leerlaufspannung einen Strom in dar Signalerfassungsschaltung, der gleich der Leerlaufspannung e dividiert durch den Widerstand R ist. Der Verstärker 36 mißt somit den Kurzschlußstrom, der infolge des Durchtritts eines Teilchens durch die öffnung entsteht. Dieser Kurzschlußstrom ist unabhängig vom spezifischen Widerstand des Elektrolyten, in dem die zu untersuchenden Teilchen suspendiert sind.

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Fig· 5 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild einer elektrischen Schaltung, die in elektrischer Hinsicht eine Wiederholung der Schaltung nach Fig. 3 ist. Eine Beschreibung eines Teilchenanalysiergerätes mit einer solchen Schaltung findet sich in der kanadischen Patentschrift 864 075. Die Tastschaltung enthält eine Hochspannungsquelle 50 mit kleinem Widerstand, einen Öffnungswiderstand 52 und eine Induktivität 54. Die Erfassungsschaltung enthält die Induktivität 54 und einen Verstärker 56 mit hohem Eingangswiderstand. Die Induktivität 54 hat bei Gleichstrom faktisch den Widerstand Null, bei Signalffeequenzen der durch die Öffnung tretenden Teilchen jedoch einen Blindwiderstand, der erheblich höher ist als der Öffnungswiderstand 52 (^R _ap)· Die Theveninsche Ersatzschaltung bei Signalfrequenzen gemäß Fig. 5 enthält einen Signalgenerator 58 und einen Widerstand 60 sowie den Verstärker 56. Die Spannung des Generators 58, insbesondere die Leerlaufspannung e_QC ist gleich der Spannung E der Stromquelle 50 dividiert durch den Öffnungswiderstand Ii (der vorübergehende Ruhestrom der öffnung) multiap

pliziert durch die Widerstandsänderung /3 R. Der Innenquerstand des Generators 60 ist wieder der ÖEFnungswi der stand R₃. Da der Verstärker 56 einen gegen unendlich gehenden Eingangswiderstand besitzt, hat der Widerstand 60 (R_aD) keinen Einfluß und der Verstärker 56 mißt die Leerlaufspannung e_oc· Wie in der kanadischen Patentschrift im Detail erläutert, ist auch die Schaltung nach Fig. 5 von der Leitfähigkeit des Elektrolyten unabhängig.

Fig. 7 zeigt die elektrische Schaltung in einem Teilchenuntersuchungsgerät gemäß der Erfindung. In dieser Schaltung liegt eine Stromversorgung 70 mit sehr niedrigem Eingangswiderstand in Reihe mit einem Öffnungswiderstand 72 (R_ap) und einem Signalerfassungsverstärker 74 mit sehr niedrigem Eingangswiderstand· Der Eingangswiderstand der Stromversorgung 70 und des Verstärkers 74 sind sehr niedrig bei Gleichstrom und bei Signalfrequenzen, die von den getasteten Teilchen erzeugt werden·

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Die Schaltung nach Fig. 8 ist der Schaltung nach Fig. η direkt äquivalent. Da der Verstärker 74 in Fig. 7 einen vernachlässigbar kleinen Eingangswiderstand aufweist, kann er durch eine Kurzschlußschaltung ersetzt werden, insbesondere durch die Schaltung nach Fig. 8. Offensichtlich ist der Öffnungsstrom in jedem Zeitpunkt gleich der Quellenspannung E dividiert durch den Öffnungswiderstand R . Da sich der Öffnungswiderstand infolge der Geometrie der Öffnung oder des spezifischen Widerstandes des Elektrolyten ändert, variiert auch der Offnungsstrom. Zu beachten ist jedoch, daß Widerstandsänderungen infolge von Teilchen meistens nur 1 % des ohmschen Öffnungswiderstandes oder sogar nur 1 Millionstel des Öffnungswiderstandes R₃ betragen können.

ap

Auf den Umstand, daß sich der Widerstand infolge von durch die Öffnung gehenden Teilchen ändert, muß hier somit nicht eingegangen werden.

Fig. 9 zeigt die Theveninsche Ersatzschaltung der Schaltung nach Fig. 7 bei Signalfrequenzen der getasteten Teilchen. Diese Schaltung enthält einen Generator 75 und einen Generatorinnenwiderstand 76. Gemäß dem Theveninschen Theorem ist die Leerlaufspannung, d.h. die Spannung des Generators 75, gleich dem Öffnungsstrom (E dividiert durch R) multipliziert mit ^ R, der Widerstandsänderung infolge eines durch die Öffnung gehenden Teilchens. Der Generatorinnenwiderstand 76 ist wieder der Öffnungswiderstand R . Da der Verstärker 72 nach Fig. 7 und 8

ap

einen äußerst kleinen Eingangswiderstand hat, wird er durch einen Kurzschluß ersetzt. Infolgedessen ist das benutzbare Signal der Kurzschlußstrom i-_si_a$ der bei einem durch die Öffnung tretenden Teilchen fließt. Eine mathematische Analyse von 4 R und des Signalstromes i_s- ergibt einige interessante Resultate. Zunächst soll anhand der Fig. 23 und 24 die Widerstandsänderung AR mathematisch analysiert werden. Unter Bezugnahme auf den in Fig. 23 gezeigten Zylinder wird ein zylindrisches Volumen mit dem Durchmesser D und der länge 1_Q angenommen, das eine Öffnung darstellt, die mit einem Elektrolyten mit dem spezifischen

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Widerstand p_o ausgefüllt ist. Der Widerstand R dieses Elektrolytvolumens ist in einer Richtung parallel zu seiner Achse:

P-¹Q = ⁴^-¹Q oder: £^o , π «D²/4 ⁷^ »D^{2 A}o

wobei A_Q der kreisförmige Zylinderquerschnitt ist. Dies läßt sich auch als unendliche Reihe scheibenförmiger Widerstände mit der Länge d₁ und der Fläche A_ auffassen. Der gesamte Widerstand R_Q entspricht dann der Summe oder

V7enn man nun ein Teilchen rat dem Volumen V und einer Länge parallel zur Achse (I₂-¹I) ^{in den} "großen" Zylinder bringt und wenn eine zu seiner Achse senkrechte Ebene entlang der Länge geführt wird, so sehnejcet diese Ebene auch das Teilchen und definiert einen Teilchenquerschnitt a . Dieser Querschnitt ist eine komplizierte Funktion von 1, dem Abstand der Ebene vom Bezugsende· Der Zusammenhang zwischen der Querschr.ittsfläche des Teilchens und der Position des Querschnitts ist in Pig. graphisch dargestellt· Der Elektrolyt weist in dem Bereich im gleichen Abstand vom Bezugsende einen Querschnitt A_Q-a auf, der durch das Teilchen reduziert ist. Sein Widerstand läßt sich ähnlich als die Summe einer Folge von in Reihe geschalteten, scheibenförmigen Widerständen auffassen, von denen jeder den Widerstand ^?'^¹

Wie zuvor ist der Gesamtwiderstand die Summe sämtlicher Widerstände:

1 1

,ο ο

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Die das Signal bewirkende, augenblickliche Änderung des Widerstandes 4R_f die oben erwähnt ist,,ist der Unterschied zwischen

R (Widerstand beim Vorhandensein eines Teilchens und R (Wider-P ο

stand ohne Teilchen). Man erhält somit:

T₀ Ο.)

¹O ,¹O

.dl -] ρ jL- . dl

O O

1. .1,

= P

.1.

Für die meisten Anwendungen ist aber der größte Wert von a « A_Q. Insbesondere, wenn der"Teilchendurchmesser" nur 10 % des Öffnungsdurchmessers beträgt, ist a nur 1 % von A_Q und für "Teilchendurchmesser" von weniger als 10 % von D läßt sich der Betrag A -a für sämtliche praktischen Anwendungen durch A₀ ersetzen, so daß man erhält:

= ρ \ —fe- · dl =r TJ \ a„ » dl (5.) ·

ο ^Ao A₀ ' ο

1 ' ■

Da \ a„.dl das Volumen des Teilchens ist, erhält man:

* T_p (6.) . ^Ao

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^M 16 ^M · < - ι

• 1 > I * J J

• > ■ » . ι

Wenn man berücksichtigt, daß ρ und A_Q konstant sind, läßt sich schreiben: AR = K.V_p. Dies ist das gewünschte Resultat (7.).

Zu beachten ist, daß die Funktion a (l) in keiner Weise begrenzt ist, so daß diese Aussage von der Form unabhängig ist. Bei der Integration wurde jedoch von der Annahme ausgegangen, daß das elektrische Feld überall parallel· zur Achse der öffnung ist. Damit diese Annahme Gültigkeit erlangt, darf a (l) keinerlei Diskontinuitäten aufweisen und an keinem Punkt mehrdeutig sein. Dies ist der Fall bei einem Teilchenanalysier gerät gemäß der US-Patentschrift 2 656 508, wie experimentiell nachgewiesen wurde·

Wenn man zur Ersatzschaltung nach Fig. 9 zurückkehrt, erkennt man, daß der Gleichstrom-Öffnungserregerstrom lediglich durch den Öffnungswiderstand begrenzt wird: I _Λ β E/R . Die Theveninsche

ap ap

Leerlauf spannung beim Durchgang eines Teilchens ist I 4R.

^ap

Ebenso ist der Signalstrom nur durch R begrenzt:

^ap

. R_ap

_ap R_{ap A}^2

_mE .is .er .

Dieser Wert ist vom Öffnungsdurchmesser D unabhängig. Dies ist sehr wichtig, da die Öffnungslänge 1 bei einer flachen Membran bzw. einem dünnen Plättchen, in dem sich die öffnung befindet, erheblich genauer gemessen werden kann als der Durchmesser D.

Fig. 10 zeigt ein Wechselstroraanalogon der Schaltung nach Fig. Diese analoge Schaltung enthalt eine öffnungserregungsstromquelle 80 mit einer Frequenz im Bereich von 500 bis 1000 kHz. Diese Frequenz gewährleistet, daß die Tastöffnung allein die Größe abtastet. Die Stromquelle 80 ist in Reihe geschaltet mit einer

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Resonanzschaltung aus einer Induktivität 81 und einem Kondensator 82. Die Stromquelle 80 liegt ebenfalls in Reihe mit dem Öffnungswiderstand 84 und einer Signalerfassungsschaltung 86. Die Schaltung 86 enthält außerdem einen Serienresonanzkreis aus einem Kondensator 87 und einer Induktivität 88. Die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 87 und der Induktivität 88 liegt am Eingang eines Verstärkers 89, der einen hohen Eingangswiderstand haben kann. Der Kondensator 87 und die Induktivität 88 sind auf Serienresonanz abgestimmt und bilden so einen sehr kleinen Eingangswiderstand am Eingangsanschluß 90 der Sxgnalerfassungsschaltung 86. Der Verstärker 89 mißt den Spannungsabfall am Kondensator 87. Das Netzverk mit der Induktivität 88 und dem Kondensator 87 kann somit als Widerstandsanpassungsschaltung aufgefaßt werden. Die Spannung am Ausgangsanschluß 92 des Verstärkers 89 ist somit ein Wechselstromsignal, moduliert durch den Durchgang eines Teilchens durch die öffnung· Infolge der Widerstandsanpassung und der hierbei erzielten Einflüsse, vie im Zusammenhang mit -der Erläuterung der Pig· 8 und angegeben, ist diese Modulation jedoch yon dem Öffnungsdurchmesser unabhängig.

Fig. 11 zeigt ein detaillierteres Schaltbild eines Teilchenanalysiergerätes und der zugehörigen elektrischen Schaltung, die sich zu dem Schaltbild nach Fig. 7 vereinfachen läßt. Das gezeigte Analysiergerät enthält ein Gefäß 93 mit zwei Flüssigkeitsteilen 94 und 96, durch eine Trennwand 98 geschieden, die eine Tastöffnung 99 aufweist. Es sind vier elektroden

101 bis 104 vorgesehen. Der Widerstand zwischen den Elektroden

102 und 103 stellt den Öffnungswiderstand 72 (Fig* 7 und 8) dar. Der Widerstand zwischen den Elektroden 101 und 102 und zwischen den Elektroden 102 und 104 ist sehr klein. Polarisationsspannungen an den Elektroden 101 und 104 werden durch ein Netzwerk aus einem Isolierverstärker 106, einem RC-Filter 108, einem Zerhacker 112, einem Leistungsverstärker 114, einem

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Transformator 115 und der Öffnungserregerstromquelle 116 unschädlich gemacht. Bin Eingang 117 des Verstärkers 106 ist mit der Elektrode 102 verbunden, während der andere Eingang 11ö des Verstärkers 106 an der positiven Seite einer Bezugsspannungszelle 120 liegt, deren andere Seite mit der Elektrode 103 verbunden ist. In dieser Schaltung vird die Spannung zwischen den Elektroden 102 und 103 am Eingang 117 des Verstärkers 106 verglichen mit der Spannung der Spannungszelle 120, die auf den Eingang 118 des Verstärkers 106 gegeben wird. Wenn die Spannung am Eingang 117 von der Spannung der Zelle 120 am Eingang 118 abweicht, erzeugt der Verstärkers 106 ein Fehlersignal· Die Wechselstromkomponente dieses Signales wird durch das RC-Filter 108 ausgefiltert, so daß nur die Gleichstromkomponente übrig bleibt, die dann durch den Zerhacker 112 in Wechselstrom umgeformt und auf den Wechselstromleistungsverstärker 114 gegeben wird. Der Wechselstromleistungsverstärker 114 speist die Primärseite des Transformators 115* Die in der Sekundärwicklung des Transformators 115 induzierte Spannung wird gleichgerichtet und in der Öffnungserregerstromquelle 116 geglättet und liefert den Öffnungserregergleichstrom für die öffnung 99. Dieses negative Rückkopplungssystem ist ausgeglichen, wenn der Spannungsabfall an der öffnung 99, d.h. zwischen den Elektroden 102 und 103» gleich der Spannung der Bezugszelle 120 ist. An den Elektroden 101 und 104 auftretende Spannungen beeinflussen den Spannungsabfall an der öffnung nicht, da diese Spannungen in der Rückkopplungsschleife liegen.

In der Schaltung nach Fig. 11 weist die Öffnungserregerstromquelle einen niedrigen Ausgangswiderstand auf. Außerdem liegt die Öffnungserregerstromquelle nicht nur mit den Elektroden und 104 in Reihe, sondern auch mit einem SignalerfaeBungsverstärker 124 mit niedrigem Eingangswiderstand. Diese Schaltung mit der Stromversorgung 106, den Elektroden 101 und 104 und dem Verstärker 124 läßt sich zu der Schaltung nach Fig. 7 vereinfachen· Pie Elektrode 104 liegt an Masse bzw. ist geerdet.

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Dadurch kann der niederohmige Verstärker 124 einen Eintakteingang aufweisen. Da der Isolierverstärker 106 einen äußerst hohen Eingangswiderstand aufweist, kann die Spannungszelle 120 gemäß der Darstellung eine Batterie sein. Als Bezugsspannung kann nach Wunsch auch eine Wechselstromversorgung verwendet werden. Zu beachten ist ebenfalls, daß der Transformator 115 für die Öffnungserregerstromversorgung jede benötigte Spannung ermöglicht, damit die Spannungen an den Elektroden im Gleichgewicht sind.

Fig. 12 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild einer weiteren Schaltung, die das gleiche Resultat wie die Schaltung nach Fig. liefert. Diese Schaltung enthält eine Stromversorgung 130 im ÖffnungserregerStromkreis, der außerdem eine Induktivität 131 und den Öffnungswiderstand 132 aufweist. Der Stromkreis enthält ferner eine Signalerfassungsschaltung mit dem Öffnungswiderstand 132, einem Kondensator 134 und einem Signalerfassungsverstärker 136 mit niedrigem Eingangswiderstand· Man erkennt, daß der Öffnungsgleichstrom I lediglich durch den Öffnungswiderstand

ap

132 (R ) begrenzt wird. Unter Berücksichtigung der Vorgänge,

^aP
die bei Erzeugung eines Signales beim Durchgang eines Teilchens durch die Öffnung bei einer Signalfrequenz mit einigen zig kHz auftreten, so erkennt man, daß der niedrige Widerstand des Verstärkers 136 den Signalstrom wirksam kurzschließt, daß der Kondensator 134 als Wechselstromkondensator wirkt und daß der hohe Blindwiderstand der Induktivität 131 verhindert, daß der Signalstrom zur Stromversorgung zurückfließt. Der Kondensator 134 besitzt bei Signalfrequenzen einen vernachlässigbar kleinen Blindwiderstand. Da der Öffnungswiderstand das einzige Schaltungselement ist, das sowohl den Öffnungsgieichstrom als auch den Kurzschlußsignalstrom begrenzt, sind die Ersatzschaltungen nach Fig. 8 und 9 für die Schaltung nach Fig. 7 ebenfalls e Ersatzschaltungen für die Schaltung nach Fig. 12.

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Fig. 13 ist ein detaillierteres Schaltschema eines Teilchenanalysiergerätes mit einer Schaltung, die Parameter für die Schaltung nach Fig. 12 liefert und die zu der Schaltung nach Fig. 12 vereinfacht verden kann. In der Schaltung nach Fig. ist jedoch die Induktivität 131 nach Fig. 12 weggefallen und die Spannungen an den Elektroden infolge elektrochemischer Wirkungen haben keinen Einfluß auf die Schaltung. Diese Anordnung vermeidet, daß man entveder extrem großflächige Elektroden oder einen sehr kleinen Öffnungsgleichstrom verwenden muß. Man erkennt, daß Fig. 13 sehr ähnlich zu Fig. 11 ist· So enthält das Teilchenanalysiergerät ein Gefäß 193 mit zwei Flüssigkeitsteilen 194 und 196, getrennt durch eine Trennwand 198 mit einer Öffnung 199. Vier Elektroden 201 bis 204 im Gefäß 193 auf jeder Seite der öffnung 199 liegen mit einem Widerstand 205 und einer öffnungserregerstromquelle 206 in einer Reihenschaltung. Die Elektrode 202 liegt in einer Rückkopplungs-r schaltung praktisch auf die gleiche VO.se wie die Elektrode in Fig. 11 in einer Rückkopplungsschaltung· Die Rückkopplungsschaltung enthält wieder einen Isolierverstärker 207, ein RC-Filter 208, einen Zerhacker 212, einen Wechselstrom-Leistungsverstärker 214ι einen Transformator 215 und die Öffnungserregerstromversorgung 206. Die Elektrode 202 ist mit einem Eingang 217 des Verstärkers 207 verbunden. In dieser Rückkopplungsschaltung liegt der andere Eingang 218 des Verstärkers 207 an der positiven Seite einer Bezugspannungszelle 220, deren andere Seite geerdet ist. Ebenfalls ist die Elektrode 203 in dieser Schaltung geerdet. Die Schaltung weicht somit durch die Erdung der RUckkopplungsschaltung von der Schaltung nach Fig. 11 ab. Man erkennt, daß die Spannung an den Elektroden 202 und 203 mit der Spannung der Bezugszelle 220 verglichen wird. Venn die Spannung an den Elektroden 202 und 203 von der Spannung in der Zelle 220 abweicht, wird vom Verstärker 207 ein Fehlersignal erzeugt, das den von der Stromquelle 206 gelieferten Strom ändert.

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Die Widerstände zwischen den Elektroden 201 und 202 und zwischen den Elektroden 203 und 204 sind wieder sehr klein. Die Öffnungserregers troraversorgung 206 reicht aus zur Stromversorgung der Elektroden 201 und 204. Der Spannungsabfall an der Öffnung wird von den Elektroden 202 und 203 erfaßt. Ebenso geht, wie oben erläutert, die Gleichstromkomponente der Spannung an der Elektrode 202 zum Isolierverstärker 207, vo sie mit der Spannung der Bezugspannungszelle 220 verglichen wird.

An den Elektroden 201 und 204 auftretende Spannungen beeinflussen nicht die Spannung an der Öffnung, die Spannung an den Elektroden 202 und 203, da sie in der Rückkopplungsschleife liegen. Der Widerstand 203 gewährleistet, daß die Öffnungserregerstromversorgung 206 einen hohen Widerstand bei Signalfrequenzen besitzt und somit in Kombination mit der Rückkopplungsschleife analog zur Induktivität 131 nach Fig. 12 ist. Bin Signalerfassungsver·* stärker 224 liegt mit einem Eingang an Masse und mit einem anderen Eingang über einen Kondensator 226 an der Elektrode 202. Der Kondensator 226, der so groß ist, daß er bei Signalfrequenzen einen vernachlässigbaren Blindwiderstand besitzt, läßt keinen Gleichstrom der Öffnung zum Verstärker 224 fließen· Da die Schaltung nach Fig. 13 ein elektronisches oder aktives Gegenstück zur vereinfachten Schaltung nach Fig· 12 ist, ist die Schaltung nach Fig. 13 unabhängig vom ÖAnngsdurchmesser·

Fig. 14 zeigt eine Verstärkerschaltung mit niedrigen lingangswiderstand, die in den obigen Schaltungen verwendet werden kann· Ein anderer Vcg zur Erzielung «ines Verstärkers «it niedrigen Eingangswiderstand ist di· Verwendung von Anpassungstransformatoren.

Da die vorstehend beschriebenen Schaltungen von Durchmesser der Tastöffnung eines Teilchenanalysiergerätes unabhängig sind, ist ,die Größe des Durcfemessers begrenzt. In dieser Hinsiebt ist

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zu beachten, daß die offenbarten Schaltungen eine bestimmte Stromdichte in der Öffnung bewirken, die vom Öffnungsdurchmesser nicht abhängig ist· Nimmt man eine Durchmesseränderung der Öffnung um den Faktor 2 an, so erkennt man, daß der Öffnungsquerschnitt* und damit der Widerstand der öffnung, um den Faktor 4 geändert wird. Bei doppelter Größe der öffnung z.B. hat diese den 4-fachen Querschnitt und somit nur 1/4 des Widerstandes. Damit fließt auch der 4-fache Strom durch die Öffnung. Mit dem 4-fachen Strom und der 4-fachen Fläche ergibt sich die gleiche Stromdichte. Zu beachten ist jedoch, daß der zusätzliche Querschnitt Parallelwiderstand zum ursprünglichen Öffnungswiderstand R_ap bringt und damit zu einem Rauschstrom für den Signalerfassungsverstärker führt. Man kann somit den Öffnungsdurchmesser nicht beliebig erhöhen, da ein Punkt erreicht wird, an dem der Rauschstrom größer ist als der Signalstrom·

Die Schaltung nach Fig. 15 ähnelt derjenigen nach Fig. 11, so daß gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind. Wie in der Schaltung nach Fig. 13 wird der Spannungsabfall an der öffnung 99 durch Elektroden 102 und 103 erfaßt. Diese Spannung wird mit der Bezugsspannung einer Batterie 230 ver glichen, die am Eingang 231 eines hochohmigen Verstärkers 232 liegt. Wenn der Spannungsabfall an der öffnung 99 von dieser Besugsspannung abweicht, bewirkt die Rückkopplung über die Schleife mit dem Verstärker 232 mit dem hochohmigen Eingang, dem Tiefpaßfilter 108, dem Zerhacker 112 und dem Wechselstromleistungsverstriker 104 so lange eine Änderung der öffnungsstromversorgung 116, bis der Spannungsabfall an der öffnung 99 gleich der Besugsspannung ist. Man erkennt, daß die Öffnungsstromversorgung 116, die uffnungsstromelektroden 101 und 104 und der Eingang des niederohmigen Verstärkers 124 in Reihe geschaltet sind. So weit die öffnung 99 in dieser Schleife die einsige Strombegrensung darstellt, ist der Öffnungsstrom umgekehrt proportional «um Öffnungswiderstand R_ftp nach Fig. 11.

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Da jedoch das Signal am Ausgang 234 des Verstärkers 224 infolge des Durchganges eines Teilchens durch die Öffnung 99 unabhängig vom Öffnungsdurchmesser ist, ist es umgekehrt proportional zum spezifischen Widerstand des Elektrolyten.

Damit die Signale am Ausgang 234 unabhängig vom spezifischen Widerstand des Elektrolyten sind, gehen sie zu einem Modulator 236 und dienen zur Modulation der Spannung eines damit verbundenen Oszillators 238. Der Modulator 236 ist mit einer Strom- ock¹ hochohmigen Ausgangsstufe 240 verbunden, die einen Ausgangsstrom proportional zum Modulatorträger liefert, unabhängig vom Lastwiderstand am Ausgangsanschluß 241· Ein Lastwider stand wird gebildet durch zwei in den gleichen Elektrolyten eintauchende Elektroden 244 und 245· Der Widerstand zwischen den Elektroden 244, 245 ist proportional zum Abstand zwischen ihnen, umgekehrt proportional ihrer Fläche und direkt proportional dem spezifischen Widerstand des Elektrolyten. Bei konstanter Geometrie sind der Abstand und die Flächen unbedeutend. Wichtig ist nur, daß sie zueinander konstant sind und groß genug, so daß unvermeidbare Ungenauigkeiten vernachlässigt werden können.

Der vom Anschluß 241 kommende, modulierte Strom geht so in den vom Elektrolyten gebildeten Widerstand. Da dieser Widerstand proportional zum spezifischen Widerstand des Elektrolyten ist, ist auch das auf der Leitung 248 zum Demodulator 250 gehende Signal, wenn auch die anderen Einzelheiten gleich sind, proportional zum spezifischen Widerstand. Da jedoch das Signal am Ausgang 234 umgekehrt proportional zum spezifischen Widerstand des Elektrolyten war, so daß sich der Nettoeingang am Demodulator 250 nicht ändert, wenn sich der spezifische Widerstand ändert, werden am Ausgang 251 des Demodulators 250 Impulse erzeugt, die sowohl vom Öffnungsdurchmesser als auch vom spezifischen Widerstand des Elektrolyten unabhängig sind.

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Die Schaltung nach Fig. 16 ähnelt wieder der Schaltung nach Fig. 13, so daß für gleiche Teile wieder die gleichen Bezugszahlen verwendet werden. In dieser Schaltung können Gleichströme nicht in den Verstärker 224 der Signalerfassungsschaltung fließen, wie oben bei Fig. 13 erläutert. Dies gilt, wenn die Öffnungserregerstromversorgung 206 bei Signalfrequenzen einen höhen Widerstand besitzt. Dieser hohe Widerstand wird durch den Isolier- oder Trennwiderstand 205 geliefert. Die Stromelektroden 201 und 204 sind wieder von den Signalelektroden 202 und 203 getrennt, so daß elektrochemisch erzeugte Spannungen den umgekehrten Zusammenhang zwischen Öffnungsstrom und Öffnungswiderstand nicht verschieben können. Die Wechselstromkomponenten des Öffnungsstromes, die Signalströme, werden durch den niederohmigen Verstärker 224 kurzgeschlossen und liefern am Ausgangsanschluß 260 Ausgangsimpulse, die vom Öffnungsdurchmesser unabhängig, jedoch vom spezifischen Widerstand des Elektrolyten abhängig sind. Sie sind insbesondere bei einer bestimmten Teilchengröße wieder umgekehrt proportional zum spezifischen Widerstand des Elektrolyten. Ein Oszillator 262, ein Modulator 264 und seine Ausgangsstromstufe 266 arbeiten ebenso wie der Oszillator 238 und der Modulator 236 in Fig. 15 und bewirken, daß das Signal im Kanal 268 vom Widerstand an den Elektroden 270 und 271 so beeinflußt wird, daß eie sich direkt proportional mit dem spezifischen Widerstand des Elektrolyten ändert. Infolgedessen sind Signale am Ausgangsanschluß 273 des Demodulators 274 unabhängig sowohl vom Öffnungsdurchmesser als auch vom spezifischen Widerstand des Elektrolyten.

Durch Verwendung eines hochfrequenten Trägers und eines Modulators verhindert man eine sonst aögliche Rückkopplung, da die Tastelektroden 270 und 271 für die Leitfähigkeit im gleichen Flüssigkeitsteil liegen wie die Erfassungselektroden 202 und 203.

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Die Schaltung nach Fig. 17 löst das Problem der Rückkopplung mittels einer räumlichen Trennung von "Leitfähigkeitszelle" mit den Elektroden 281 und 282 von der Tastzone durch die Öffnung 284. Die gezeigte Anordnung von Taströhrchen und Probengefäß kann gemäß der US-Patentschrift 3 567 321 ausgeführt werden. Da die Strömungsbahn des Elektrolyten durch ein Ventil 286 unterbrochen ist und da die Tastelektrode 287 (der Tastelektroden 287 und 288) auf der Leitfähigkeitszellenseite der Öffnung 284 geerdet ist, wie auch die Leitfähigkeitszellenelektrode 281 am Ventil 286, kann man die Gtfahr einer Signalrückkopplung vernachlässigen, so daß eine Trägerfrequenz nicht erforderlich ist. Ein Nachteil dieser Anordnung ist, daß die Leitfähigkeitszelle getrennt ist, so daß Temperaturunterschiede zwischen dem Elektrolyten in der Öffnung 284 und dem Elektrolyten in der Leitfähigkeitszelle auftreten können. Normalerweise ist das aber kein Problem.

Die Spannung am Öffnungswiderstand wird durch eine Rückkopplungsschaltung aufrechterhalten, die im wesentlichen mit den Rückkopplungsschaltungen nach Fig. 15 und 16 übereinstimmt· Zu beachten ist jedoch, daß die Bezugspannung durch eine Bezugsspannungszelle 290 geliefert wird, die zwischen der Istelektrode 288 und dem Eingang eines hochohmigen Verstärkers und !Comparators 292 der Rückkopplungsschleife angeschlossen ist, der eine hohe Gleichtaktunterdrückung im Verstärker 292 überflüssig macht. Die Bezugsspannungszelle 290 kann jedoch in jede Eingangsleitung zum Verstärker 292 gelegt werden. Die Anordnung der Bezugsspannungszelle 290 in der anderen Leitung gemäß Fig. 16 gestattet es, die Bezugsspannungszelle einseitig zu erden· Die Anordnung der Bezugsspannungszelle 290 hängt von praktischen Erwägungen ab, wie etwa Isolierwiderstand, Brummspannung und Rauschstörungen. Da die Verstärker 207 in Fig. 16 und 292 in Fig. 17 zur weitgehenden Unterdrückung von Polarisationsprobleraen an den Tastelektroden 202, 203 oder 287, 288 extrem

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große Eingangsviderstände haben, kann die Bezugsspannungszelle 220 oder 290 eine Batterie sein.

Wie in Fig. 16 enthält auch die Signalerfassungsschaltung nach Fig. 17 einen Verstärker 294 mit niedrigem Bingangswiderstand und einen Wechselstromkopplungskondensator 296. Der Ausgang des Verstärkers 294 liegt an einer Ausgangsstromstufe 297, deren Ausgang vom Widerstand an den Elektroden 281, 282 der Leitfähigkeitszelle beeinflußt vird.

Die durch die Elektroden 281 und 282 definierte Leitfähigkeitszelle kann gemäß Fig. 17A durch eine lange, schmale Leitfähigkeitszelle 300.ersetzt verden. Hier sind die Elektroden 281 und 282 durch die Elektroden 301, 302 und 303 ersetzt. Die Elektrode

301 liegt in der Mitte zwischen den beiden anderen Elektroden

302 und 303, so daß der Widerstand, der getastet bzw. erfaßt verden soll und der die Empfindlichkeit der.Signalerfassungsschaltung steuert, der Parallelwiderstand der Bahn zwischen den Elektroden 301 und 302 und zwischen den Elektroden 301 und 303 ist. Die Rohrleitung zwischen diesen beiden Elektroden ist aufgewickelt, damit man einen Höheren Widerstand erhält, der bei der verwendeten elektronischen Schaltung zweckmäßiger ist. Das Hauptziel ist jedoch die Schaffung zweier Elektroden 302 und 303, die beide auf Masse- oder Erdpotential liegen, so daß irgendwelche in den Verbindungsrohrleitungen induzierte Spannungen nach Erde kurzgeschlossen werden und an der Elektrode 301 keine Signale iduzieren können. Das Ventil 286 ist in Fig. 17A abgeschaltet·

In Fig. 18 ist ein Teilchenanalysiergerät «it einer elektrischen Schaltung gezeigt, die eine hochfrequente Wechselstromerregung an der öffnung in der Tastzone des Gerätes bewirkt. Die hochfrequente Erregung wird durch einen Oszillator 321 bewirkt, der zusammen mit einem Kondensator 323 und einer Induktivität

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eine auf Serienresonanz abgestimmte Ausgangsimpedanz darstellt. Auf diese Weise bilden die Stromversorgung mit dem Oszillator 321, dem Kondensator 322 und der Induktivität 323 eine niederohmige Stromversorgung (wie dies für die Schaltung nach Fig. erwünscht ist). Die so gebildete Stromquelle ist über einen Kondensator 325 und eine Induktivität 326, die einen Teil des Transformators 327 darstellt, mit dem Öffnungswiderstand in Reihe an den Tastelektroden 331 und 332. Diese Elektroden 331 und 332 sind gemäß der US-Patentschrift 3 714 565 so ausgeführt, daß sie ganz in.der Nähe der öffnung 434 liegen.

Der Kondensator 325 und die Induktivität 326 bilden einen Serienresonanzkreis, so daß die Signalerfassungs- und Verstärkungsschaltung, die durch den Transformator 327 und den Verstärker 336 gebildet ist, bei der Trägerfrequenz einen niedrigen Widerstand aufweist* Der Kondensator 322 und der Kondensator 325 können ebenso wie die Induktivitäten 323 und in an sich bekannter Weise zusammengefaßt werden, so daß sich die gleiche Punktion rat weniger Teilen ergibt. Bs sind noch weitere Verbindungen möglich, die zu äquivalenten Resultaten führen. Das bei einer Verbindung der Schaltungselemente zu beachtende Kriterium ist im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 7 und 12 erläutert worden. Dieses Kriterium besteht, einfach ausgedrückt, darin, daß sowohl der Generator für den Öffnungserregerstrom als auch der Verstärker in der Signalerfassungsschaltung bei der Trägerfrequenz und bei den von den Seitenbändern erfaßten Frequenzen, die von Signalen erzeugt werden, die von Teilchen herrühren, die durch die öffnung 334 treten, einen niedrigen Widerstand haben müssen. Das letztere Kriterium verlangt, daß der Q- oder Gütefaktor dieser Resonanzschaltungen ausreichend niedrig ist, damit man die erforderliche Bandbreite erhält, die bei einem bekannten Teilchenanalysiergerät in einer gesamten Bandbreite von etwa 200 kHz liegt (100 kHz auf jeder Seite der Trägerfrequenz).

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Der Verstärker 336 muß ein ausreichend breites Durchlaßband besitzen, damit sämtliche Signalfrequenzen gleich gut erfaßt werden. Der Ausgang des Verstärkers 336 geht auf einen Frequenzwandler 342, der ebenfalls durch einen Oszillator 343 gesteuert wird. Der Oszillator 343 schwingt mit einer höheren Frequenz als der Erregerstromoszillator 321 für die Öffnung. Infolgedessen tritt am Ausgang des Frequenzwandlers eine Differenzfrequenz fg auf. Der Frequenzwandler 342 besitzt einen sehr großen Ausgangswiderstand, so daß der Widerstand der Leitfähigkeitszelle, gebildet aus der Elektrode 331 und einer Hilfselektrode 345, vergleichsweise klein ist. Der Leitfähigkeitszellenwiderstand zwischen den Elektroden 331 und 345 bewirkt, daß die Ausgangsspannung des Frequenzwandlers 342 proportional dem spezifischen Widerstand des Elektrolyten ist. Diese Abhängigkeit beseitigt die umkehrte Abhängigkeit des durch den Verstärker 336 getasteten spezifischen Widerstandes des Elektrolyten. Das Durchlaßband um die Schwebungsfrequenz f₂ enthält nun die Seitenbänder, die die Teilchengrößen- und Zahleninformation enthalten, die durch einen Demodulator 346 aufgearbeitet werden. Wenn f~ sehr groß gewählt wird, und wenn der spezifische Widerstand des Elektrolyten ebenfalls hoch ist, kann es erforderlich sein als Demodulator 346 einen phasenempfindlichen Demodulator zu verwenden, wozu ein Phasenreferenzsignal benötigt wird und vom Oszillator 343 über die in Fig. 18 gestrichelt gezeigte Verbindung 350 geliefert wird. Das System spricht dann lediglich auf die spezifische Widerstandskomponente der Impedanz der Leitfähigkeitszelle aus den Elektroden 331 und 345 an.

Fig. 19 zeigt ein Teilchenanalysiergerät mit einer öffnungsstromversorgung 361 mit einem Innenwiderstand 363, der für alle praktischen Anwendungsfälle gleich unendlich ist. Die Stromversorgung speist eine Teilchentastschaltung einschließlich einer Elektrode 364, einer Strombahn durch die Öffnung 365 und einer Elektrode 366 nach Masse. Signale, die von durch die Öffnung 365 gehenden Teilchen erzeugt werden, werden

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vom Leiter 368 aufgenommen, der mit der Elektrode 364 verbunden ist, und über einen Wechselstromkopplungskondensator 370 einem Vorverstärker 371 zugeführt, dessen Eingangswiderstand für alle praktischen Anwendungsfälle gleich unendlich ist. Der Ausgang des Vorverstärkers 371 geht auf einen Modulator 376 mit einer niederohmigen Ausgangsstufe 377. Der Modulator 376 erhält außerdem von einem Oszillator 378 Hochfrequenzenergie. Die niederohmige Ausgangsstufe 377 ist ferner über einen Transformator 380 mit einer Leitfähigkeitszelle aus den Elektroden 381 und 382 verbunden. Der Ausgang der Ausgangsstufe 377 geht über den Transformator 380 auf eine Serienschaltung 383t die so ausgelegt ist, daß sie für den Ausgang der Ausgangsstufe 377 einen sehr niedrigen Widerstand bietet. Infolgedessen ist die Primärwicklung des Transformators 380 zwischen der Ausgangsstufe 377 und der Serienschaltung 383 das einzige Element zur Begrenzung des Signalstromes, der auf die Trägefrequenz wirkt, die durch die.Ausgangsschaltung zum Demodulator 384 fließt. Die Sekundärwicklung des Transformators 380 ist durch die Ieitfähigkeitszelle aus den Elektroden 381 und 382 belastet, wobei bekanntlich der Widerstand der Leitfähigkeitszelle auf die Primärwicklung des Transformators 38d mit einem Paktor zurückwirkt, der sich quadratisch mit dem WindungsZahlenverhältnis des Transformators ändert. Der Transformator 380 erfüllt außerdem die doppelte Aufgabe, die Elektroden 381 und 382 von Masse zu isolieren, um einen Kurzschluß des Öffnungsgleichstromes der Elektrode 364 zu vermeiden. Außerdem wirkt die Serienschaltung 383 als Impedanzwandler, so daß der Demodulator 384 mit ausreichend hohem Eingangswiderstand ausgeführt werden kann. Infolge der Schaltungselemente und der Schaltungsverbindungen gemäß Fig. sind sämtliche am Ausgangsanschluß 386 des Demodulators 384 auftretenden Signale vom spezifischen Widerstand-des Elektrolyten unabhängig.

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Die durch die Elektroden 381 und 382 gebildete Leitfähigkeitszelle liegt in Reihe zwischen einem niederohmigen Generator und einer niederohmigen Signalerfassungsschaltung, während bei den vorhergehenden, vom Öffnungsdurchmesaar unabhängigen Schaltungen, die Leitfähigkeitszelle im Nebenschluß an Masse lag. Dies ist deshalb erforderlich, da in den vorhergehenden Schaltungen, die vom Öffnungsdurchmesser unabhängig waren, die Ausgangssignale umgekehrt proportional zum spezifischen Widerstand waren, während bei den elektrischen Schaltungen der bekannten Teilchenanalysiergeräte die Ausgangssignale direkt proportional zum spezifischen Widerstand des Elektrolyten sind.

Fig. 20 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung mit Gleichstromerregung der öffnung. Eine Stromversorgung 401 mit einem Innenwiderstand 403 ist mit Elektroden 404 und 405 auf jeder Seite einer Tastöffnung 406 verbunden. Der Widerstand 403 begrenzt den Öffnungsstrom durch die öffnung 406 ähnlich wie bei den d>en beschriebenen, bekannten Schaltungen. Die vom Gleichstrom erzeugten Impulse werden von einem Sperrkondensator 412 aufgenommen und über eine Leiter 414 einem hochohmigen Verstärker

415 zugeführt. Die verstärkten Impulse erscheinen am Ausgang 416. Außerdem bilden die Elektroden 404» 405 die Leitfähig keitszelle, die über einen Kopplungskondensator 422 an einen Leitfähigkeitstastoszillator 420 angeschlossen ist. Am Ausgang

416 des Verstärkers 415 liegen ein Kondensator 423 und eine Induktivität 414. Der Kondensator 423 und die Induktivität bilden einen Serienresonanzkreis mit der Frequenz des Leitfähigkeitstastoszillators 420. Die Impedanz der Serienresonanz- schal tung im Spektrum von Gleichstrom bis 100 kHz der von den Teilchen erzeugten Frequenz tritt am Kondensator 423 auf, so daß die Kurzschlußwirkung auf das Signal am Ausgang 416 zu vernachlässigen ist. Der Kondensator 42 wird relativ klein gewählt, damit er bei der Oszillatorfrequenz f₁ des Oszillators 420 einen sehr hohen kapaaitiven Widerstand hat. Gleichzeitig

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wird die Trägerfrequenzspannung an der Elektrode 405 durch den Öffnungswiderstand R moduliert, wenn Signale an der Elektrode

405 erzeugt werden. Der hochohmige Verstärker 415 besitzt eine sehr große Bandbreite und läßt sowohl die vom Gleichstrom erzeugten Signale als auch die Tastfrequenz f^ durch· Die abgestimmte Schaltung aus dem Kondensator 423 und der Induktivität 424 schließt die Trägerfrequenz des Ausganges 416 kurz, wobei an der Verbindungsstelle 425 zwischen Kondensator und Induktivität eine beträchtlich höhere Spannung entsteht. Diese hochfrequente Spannung am Verbindungspunkt 425 wird über einen phasenempfindlichen Gleichrichter 426 gleichgerichtet und dient zur Aussteuerung des Y- oder Nennereinganges eines Spannungsteilers 427, wobei der Ausgangsanschluß 416 mit dem X- oder Zählereingang des Teiles 427 verbunden ist. Der Ausgang des Oszillators 420 geht über einen Leiter 428 zu einer Phaseneinstellschal tung 429, die eine Bezugsspannung auf den phasenempfindlichen Gleichrichter und das Filter 426 gibt. Das Filter beseitigt Signalfrequenzkomponenten und gibt lediglich die quasi stationäre Spannung auf den Y- oder Nennereingang. Die Phasenlage kann durch einen Drehknopf 432 auf bekannte Weise so eingestellt werden, daß der phasenempfindliche Gleichrichter bzw. das Filter 426 lediglich auf Widerstandsänderungen an der Elektrode 405 und nicht auf Kapazitätsänderungen anspricht.

Da bei bekannten Schaltungen das erzeugte Signal dem spezifischen Widerstand des Elektrolyten proportional war, ist es erforderlich Änderungen des spezifischen Widerstandes des Elektrolyten so zu kompensieren, daß die Gesamtverstärkung der Signalerfassungsschaltung umgekehrt proportional zum Öffnungswiderstand ist. Dies wird erreicht mit Hilfe des Teilers 427. Dieser arbeitet wie folgt: Ein Teilchen wird beim Durchgang durch die Öffnung

406 abgetastet. Bei doppeltem Öffnungswiderstand tritt auch an der Elektrode 404 das doppelte Signal auf und kommen mit der gleichen Annahme, wird die hochfrequente Tastspannung des Oszillators 420 ebenfalls verdoppelt.* Damit wird sowohl der

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X- als auch der Y-Bingang für den Teiler 427 verdoppelt, so daß der Ausgang des Teilers sich nicht ändert.

Fig. 21 zeigt eine veitere Schaltung, die zur gleichen Kompensation von Leitfähigkeiteänderungen des Elektrolyten führt, wie die Schaltung nach Fig. 20. Diese Schaltung liefert ebenfalls ein Ausgangssignal, das vom Offnungsdurchmesser unabhängig ist. Die Schaltung arbeitet ähnlich der Schaltung nach Fig. 20. Da jedoch das anfängliche Ansprechen auf ein getastetes Teilchen umgekehrt proportional dem spezifischen Widerstand des Elektrolyten ist, muß anstelle des Teilers 427 in Fig. 10 ein Multiplizierer 464 verwendet werden. Es wird auch eine abweichende Elektrodenanordnung aus zwei koaxialen Elektroden 465 und 469 verwendet, die in einem Röhrchen 470 mit einer öffnung 471 angeordnet sind. Die Elektroden 465 und 469 sind an der inneren Wand dts Röhrchens 470 fettgemacht.

Man erkennt aus Fig. 21, daß die Schaltung zur Kompensation von Änderungen von Leitfähigkeit bzw. spezifischen Widerstand des Elektrolyten praktisch gleich der zu diesem Zweck vorgesehenen Schaltung nach Fig. 20 ist. Ebenso ist die Schaltung zur Erzeugung des Erregerstromes an der öffnung 471 zwischen einer Tastelektrode 472 und der Elektrode 465 praktisch gleich der Tastschaltung, die in Fig. 7 schematisch dargestellt ist und die ein vom offnungsdurchmesser unabhängiges Ausgangssignal liefert· Das Signal wird ebenso wie das Signal zur Kompensation von Änderungen der Leitfähigkeit des Elektrolyten auf den Multiplizierer 464 gegeben.

Za brachten ist, daß bei allen Ausführungsformen mit Kompensation von Leitfähigk«itssctkwftAkung«n des Elektrolyten die Geometrie der Leitfähigkeitezelle stabil sein muß, wenn auch jede Anordnung in Betracht kommt.

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Fig. 22 zeigt eine weitere Schaltung zur Kompensation von Leitfähigkeitsschvanlcungen des Elektrolyten. Diese Schaltung enthält Tastelektroden 476 und 478, die über einen großen Widerstand 482 von einer Stromversorgung 480 gespeist werden. Die Öffnung 484 ist schematis*ch zwischen den Elektroden 476 und 478 angedeutet. Ebenso vie bei den anderen, bekannten und oben beschriebenen Schaltungen ist der Widerstand 482 erheblich größer als der Öffnungswiderstand zwischen den Elektroden 476 und 478. Die Signalerfassungsschaltung umfaßt eine Kapazitäts-Widerstands-Schaltung C₁, R₁ an den Elektroden 476 und 478. Die Verbindungsstelle 486 zwischen Kondensator CL und Widerstand R₁ ist mit einem Signalerfassungsverstärker 488 verbunden· Der Ausgang des Verstärkers führt zum X-Eingang eines Teilers 490. Wenn ein Teilchen die Öffnung 484 passiert, vird ein Wechselstromsignal erzeugt und über den Kondensator C₁ auf den Verstärker 488 gegeben, der es verstärkt und dann seinerseits auf den Zähler- oder X-Eingang des Teilers 490 gibt.

Die Kompensation von Leitfähigkeitsschvanlcungen des Elektrolyten erfolgt durch eine Widerstands-Kapazitäts-Schaltung R₂, C₂, die ebenfalls an den Elektroden 476 und 478 liegt. Der Kondensator C₂ -lädt sich auf die Spannung an den Elektroden 476 und 478 auf. Der Verbindungspunkt 492 zwischen dem Widerstand R₂ und dem Kondensator C₂ liegt am Y- oder Nennereingang des Teilers 490. Man kann auch sagen, die Gleichstromkomponente der Spannung an den Elektroden 476 und 478 vird von der Widerstands-Kapazitäts-Schaltung R₂, C₂ aufgenommen und auf den Zählereingang des Teilers 490 gegeben. Wenn man annimmt, daß die Elektroden 47.6 und 478 groß sind und/oder daß der Öffnungsstrom klein ist, so daß vernachlässigbar kleine Polarisationsspannungen an den Elektroden 476 und 478 auftreten, sind sowohl die Gleichstromkomponente als auch die Signalkomponente der Spannung an der Öffnung 484 proportional dem öffnungsviderstand und damit dem spezifischen Widerstand des Elektrolyten. Bei einer Verdopplung

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des spezifischen Widerstandes verdoppelt sich auch das Signal, wobei jedoch die zveifache Spannung auf den Nennereingang des Teilers 490 gegeben wird und die "Verstärkung¹¹ des Teilers genau auf die Hälfte reduziert wird. Infolgedessen wird das am Ausgang 494 des Teilers 490 auftretende Signal nicht geändert.

Dipl.-Ing. E. Eder Dipl. Ing. K. Schleschk· • Mönchw 13, EllsabethsiraB· 34

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Claims (1)

1. Dipl.-ing. E. Eder Dipl.-Ing- K. Schleschke ' 8 München 13, EllsabethstraBe 34 -*

   Patentansprüche

   Elektrische Tastschaltung für ein Teilchenanalysegerät, bei dem die die Teilchen enthaltende Flüssigkeit durch eine Tastöffnung fließt, die auf jeder Seite mit einer Tastelektrode versehen ist, wobei an die Elektroden Mittel angeschlossen sind, die einen Erregerstrom durch die Tastöffnung fließen lassen, und Mittel zur Erfassung der Signale, die von durch die Tastöffnung gehenden Teilchen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerstrommittel (70, 80, 130, 116, 206, 321) für den durch die öffnung fließenden Strom einen geringen Ausgangsviderstand und die Signalerfassungsmittel (74, 89, 124, 136, 224, 294, 336) an den Tastelektroden (101, 104! 202, 203» 287, 288; 331, 332; 465, 472) einen geringen Eingangswiderstand bei Gleichstrom und bei von den Teilchen erzeugten Signalfrequenzen aufweisen.

   2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Schaltungsmittel (101 - 104_Θ 106, 108, 112, 114, 115, 116, 120; 201 - 204, 207, 208, 212, 214, 219, 206, 224, 22 ) zum derartigen Anschluß der Signalerfassungsmittel, der Erregerstrommittel und des Spannungspotentials an der öffnung, daß die Gleichstromkomponente des durch die öffnung fließenden Erregerstrones sich bei langsamen Änderungen des Ruhewiderst&ndes zwischen den Tastelektroden (durch die Öffnung) umgekehrt proportional ändert, wobei die Spannung an den Tastelektroden konstant bleibt.

   3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet· daß das Signalerfassungsmittel einen stromempfindlichen Verstärker aufweist (74, 89, 124, 136, 224, 294, 336).

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   4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet, daß das Erregers tr onadtt el eine Gleichstromversorgung (70) aufveist.

   5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregerstroramittel eine Wechselstromversorgung (70, 80, 160, 130, 206, 321) aufweist.

   6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregerstrommittel für die Öffnung eine Leistungselektrode (101, 104» 201, 209) neben jeder Tastelektrode (102, 103; 202, 203) aufveist, eine mit den Leistungselektroden in Reihe geschaltete Stromversorgung (116; 206), an die Tastelektroden angeschlossene Schaltungsmittel mit einer Bezugsspannungsquelle (120; 220) und einem Komparator (106; 207), der die Spannung an den Tastelektroden (durch die Öffnung) mit der Spannung der Bezugsspannungsquelle vergleicht, und Rückkopplungsschaltungen (108, 112, 114, 115 - 208, 212, 214, 215) zwischen dem Ausgang des !Comparators (106 - 207) und der Stromversorgung angeschlossen, zur Änderung des Ausganges der Stromversorgung und zum Ausgleich von Spannungsschwankungen an den Tastelektroden, so daß die Spannung an den Tastelektroden gleich der Spannung der Bezugsspannungsquelle gehalten wird.

   7· Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalerfassungsmittel einen Verstärker (124) mit niederohmigem Eingang umfaßt, der zwischen einer der Leistungselektroden (104) und der Stromversorgung (116) angeschlossen ist.

   8. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalerfassungsmittel einen an die Tastelektroden (202, 203) angeschlossenen Verstärker (224) enthält, der bei den Frequenzen der von den Teilchen erzeugten Signale einen niedrigen Eingangswiderstand.und bei Gleichstrom einen hohen Widerstand aufweist.

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   9·. Schaltung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die RUckkopplungsschleife ein RC-Filter (108 - 208) aufweist, einen Zerhacker (112 - 212), einen Wechselstrom-Leistungsverstärker (114 - 214) und einen Transformator (115 - 215) zwischen dem Komparator und der Stromversorgung in Reihe geschaltet·

   10. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregers trennmittel eine Wechselstromversorgung (130) aufweist, daß in Reihe mit den Tastelektroden eine Induktivität (131) geschaltet 3sfc und daß das Signalerfassungsmittel eine Kapazität (134) und einen niederohmigen Verstärker (136) in Reihenschaltung mit den Tastelektroden aufweist·

   11. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch an die Signalerfassungsmittel angeschlossene Überwachungsmittel (244, 245» 270, 271» 281, 282; 331, 345) zur Überwachung der Leitfähigkeit der die Teilchen enthaltenden Flüssigkeit und zur Änderung der Ausgangssignale des Signalerfassungsmittels bei Schwankungen der Leitfähigkeit der Flüssigkeit, so daß die Ausgangssignale von der Leitfähigkeit der Flüssigkeit unabhängig sind·

   12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeitszelle zwei Elektroden (244, 245» 270, 271» 281, 282; 331, 345) in der Flüssigkeit enthält, in der sich eine der Tastelektroden befindet·

   13. Schaltung nach einem der Ansprüche 6, 7, 8, 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Signalerfassungsmittels an einen Modulator (236; 264) angeschlossen ist, der das Ausgangssignal mit einem Hochfrequenzträger moduliert, daß eine Ausgangsstromstufe (240; 266) an den Modulator und einen Demodulator (290; 214) angeschlossen ist, daß die Ausgangsstromstufe mit einem Ausgang an einer der Leitfähigkeitszellen

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   elektroden und de« Demodulator liegt und daß die andere LeitfähigkeitSMlleiMlektrode mit einem gemeinsamen.Leiter der Schaltung verbunden ist·

   14· Schaltung nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daft die Leitfähigkeitszelle (281, 282; 300) von der Tastzone einschließlich der Tastöffnung räumlich getrennt ist.

   15· Schaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeitsseile (300) lang und schmal ist und daß jede Leitfähigkeitssellenelektrode an einem Ende der Zelle angeordnet ist.

   16. Schaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeitszelle (300) eine Rohrschlange zur Verbindung mit der Flüssigkeit aufweist, in der sich die eine Tastelektrode befindet, und daß die Leitfähigkeitszellenelektroden (302, 303) an jedem Ende der Rohrschlange liegen.

   17· Schaltung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine dritte Elektrode (301), die eine der Leitfähigkeitszellenelektroden bildet und die in dem Rohr zvischen den Rohrenden angeordnet ist und wobei die Endelektroden (302, 303) zusammen die andere Leitfähigkeitszellenelektrode bilden und zusammen an den gemeinsamen Leiter der Schaltung angeschlossen sind.

   18. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregerstrommittel eine Wechselstromquelle (321) aufweist, eine erste Induktivität (323) und eine erste Kapazität (322) und daß das Signalerfassungsmittel eine zweite Kapazität (325) und eine zweite Induktivität (326) aufweist, in Reihe geschaltet mit den Tastelektroden (331, 332) und den Erregerstrommittel, und daß das Signalerfassungsmittel ferner einen Transformator (326, 327) aufweist, dessen Primärwicklung die zweite Induktivität (326) bildet, daß ein niederohmiger

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   Verstärker (336) an die Sekundärwicklung (327) des Transformators angeschlossen ist, daß ein Frequenzwandler (342) mit hohen Ausgangsviderstand am Ausgang des Verstärkers liegt und daß eine Leitfähigkeitszelle (349, 331) zwischen einer der Tastelektroden (331) und einer dritten Elektrode (345) gebildet ist, wobei der Ausgang des Frequenzwandlers mit der dritten Elektrode und einem Demodulator (34 ) so verbunden ist, daß das Ausgangssignal des Demodulators vom Öffnungsdurchmesser und von der Leitfähigkeit der die Teilchen enthaltenden Flüssigkeit unabhängig ist.

   19. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregerstrommittel eine niederohmige Stromquelle enthält, daß die Signalerfassungsschaltung einen niederohmigen Verstärker aufweist, daß die Stromquelle und der Verstärker mit einer Tastelektrode (472) und einem gemeinsamen Leiter der Schaltung in Reihe liegen, daß die andere Tastelektrode (465) an den gemeinsamen Leiter angeschlossen ist und eine Elektrode der Leitfähigkeitszelle bildet, daß die andere Leitfähigkeitszellenelektrode (469) mit dem Eingang eiifes abgestimmten Verstärkers verbunden ist, daß eine Wechselstromquelle und ein Kondensator in Reihenschaltung zwischen dem gemeinsamen Leiter und dem Eingang des abgestimmten Verstärkers liegen und daß ein Multiplizierer (464) zwei Eingänge und einen Ausgang aufweist, wobei ein Gleichrichterfilter zwischen dem Ausgang des abgestimmten Verstärkers und einen der Multiplizierereingänge liegt und der Ausgang des niederohmigen Verstärkers über einen Kondensator mit dem anderen Multiplizierereingang verbunden ist, der auch mit einem an dem gemeinsamen Leiter liegenden Lastwiders tand in Verbindung steht.

   20. Elektrische Tastschaltung für ein Teilchenanalysegerät, bei dem die die Teilchen enthaltende Flüssigkeit durch eine Tastöffnung fließt, die auf jeder Seite mit einer Tastelektrode versehen ist, wobei an die Elektroden Mittel angeschlossen sind,

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   die einen Erregerstrom durch die Tastöffnung fließen lassen, und Mittel zur Erfassung der Signale, die von durch die Tastöffnung gehenden Teilen erzeugt werden, gekennzeichnet durch an die Signalerfassungsmittel angeschlossene Überwachungsmittel (244, 249; 210, 271» 281, 282; 301, 302, 303; 331, 349; 381, 382; 465, 469, 464; 404, 405, 420, 422, 423, 424, 426, 421; 476, 479, R₂, C₂, 49 ) zur Überwachung der Leitfähigkeit der die Teilchen enthaltenden Flüssigkeit und zur elektrischen Änderung der Ausgangssignale der SignalerfeBBungsmittel bei Schwankungen der Leitfähigkeit der Flüssigkeit, so daß die Ausgangssignale unabhängig von Leitfähigkeitsschwankungen der Flüssigkeit werden.

   21. Schaltung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur überwachung der Leitfähigkeit eine Leitfähigkeitszelle (244, 245; 270, 271; 281, 282; 301, 302, 303; 331, 345) aufweist, die durch Tastelektroden (244, 249; 270, 271; 281, 282; 301, 302, 303; 331, 345) in der die Tastelektroden enthaltenden Flüssigkeit definiert ist, wobei die Leitfähigkeitszelle einen Widerstand bildet, der als Lastwiderstand am Ausgang des Signalerfassungsmittel liegt.

   22. Schaltung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungselemente der Schaltung (Fig. 15; Fig. 16; Fig. 17) so angeschlossen sind, daß der zwischen den Tastelektroden durch die öffnung fließende Erregerstrom sich umgekehrt proportional zum Widerstand zwischen den Elektroden (durch die öffnung) ändert, wobei die Spannung an den Elektroden konstant bleibt.

   23. Schaltung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch einen Modulator (236; 264), der mit dem Ausgang des Signalerfassungsmittels in Verbindung steht, und der die Ausgangssignale auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert, durch eine an einen Demodulator angeschlossene Ausgangsstromstufe (240; 266) im Modulator,

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   durch zwei im Leitfähigkeitsüberwachungsmittel angeordnete Elektroden (244, 245» 270, 271), die eine Leitfähigkeitszelle in der eine der Tastelektroden enthaltenden Flüssigkeit bilden, und durch den Anschluß der Leitfähigkeitszelle an den Einjuig des Demodulators, so daß die von den Teilchen erzeugten Signale, die am Eingang zum Demodulator auf die Trägerfrequenz aufmoduliert werden, gleichzeitig auf einen Lastwiderstand gegeben werden, unabhängig von der Leitfähigkeit der Flüssigkeit, so daß die Ausgangssignale des Demodulators von der Leitfähigkeit der Flüssigkeit unabhängig sind·

   24· Schaltung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch einen Modulator (376), durch den Anschluß des Signalerfassungsmittel an den Modulator, der die Ausgangssignale auf eine Trägerfrequenz moduliert, wobei der Modulator eine Ausgangsstromstufe (377) aufweist, angeschlossen an den Eingang eines Demodulators über, die Primärwicklung eines Transformators (380) und eine Induktivität (383), wobei ein Kondensator (38 ) zwischen Demodulatoreingang und dem gemeinsamen Leiter der Schaltung liegt, und wobei das Leitfähigkeitsüberwachungsmittel eine Leitfähigkeitszelle enthält, durch zwei Elektroden (381, 382) definiert, die in der Flüssigkeit angeordnet sind, in der sich eine der Tastelektroden befindet, wobei die Leitfähigkeitszelle an der Sekundärwicklung des Transformators (380) liegt·

   25. Schaltung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalerfassungsmittel einen Verstärker (488) aufweist, einen ersten Kondensator (C₁) und einen ersten Widerstand (R₁), an die Elektroden (476, 478) angeschlossen, daß die Verbindungsstelle zwischen dem ersten Kondensator und dem ersten Widerstand mit dem Eingang des Verstärkers (488) verbunden ist und daß das Leitfähigkeitsüberwachungsmittel die Tastelektroden (476, 478) enthält, daß ein zweiter Widerstand (R₂) und ein zweiter Kondensator (C₂) an die Tastelektroden angeschlossen sind und daß ein Teiler (494) zum Anschluß der Leitfähigkeitsüberwachungsmittel an die Signalerfassungsmittel vorgesehen ist,

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   wobei der Ausgang des Verstärkers mit dem Zählereingang des Teilers und die Verbindungsstelle zwischen dem zweiten Widerstand und de» zweiten Kondensator mit dem Nennereingang des Teilers verbunden ist.

   26· Schaltung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerfassungsschaltung einen Kondensator (412) und einen Widerstand an den Elektroden (404, 405) und einen Verstärker (415) an der Verbindungsstelle zwischen Kondenstor und Widerstand enthält und daß das Leitfähigkeitsüberwachungsraittel die Tastelektroden einschließt, einen Oszillator (420) und einen Kondensator (422), in Seihenschaltung an den Elektroden, daß ein Kondensator (423) und eine Induktivität (424) als Serienresonanzkreis auf die Frequenz des Oszillators abgestimmt und zwischen dem Verstärkerausgang und dem gemeinsamen Leiter der Schaltung angeschlossen sind, und daß ein Teiler (427) zum Anschluß des Leitfähigkeitsüberwachungsmittels an das Signalerfassungsmittel vorhanden ist, wobei die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator und der Induktivität über ein phasenempfindliches Filter mit dem Nennereingang des Teilers und der Ausgang des Verstärkers mit dem Zählereingang des Teilers verbunden ist·

   27· Verfahren zum Betrieb eines Teilchenanalysiergerätes unabhängig vom Öffnungsdurchmesser, wobei die die Teilchen enthaltende Flüssigkeit durch die Tastöffnung fließt, die auf jeder Seite mit einer Tastelektrode versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromquelle mit niedrigem Ausgangswiderstand einen Erregerstrom durch die öffnung schickt und daß die von den durch die Öffnung gehenden Teilchen erzeugten Signale von einer Signalerfassungsschaltung mit niedrigem Eingangswiderstand erfaßt werden.

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   28. Verfahren zum Betrieb eines Teilchenanalysiergerätes unabhängig von der Leitfähigkeit der Flüssigkeit, wobei die die Teilchen enthaltende Flüssigkeit durch eine Tastöffnung fließt, die auf jeder Seite mit einer Tastelektrode versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeit der Flüssigkeit elektrisch überwacht wird, daß Ieitfähigkeitsänderungen Signalen elektrisch zugeordnet werden, die von diich die Öffnung gehenden Teilchen erzeugt werden, und daß die Ausgangssignale einer Signalerfassungsschaltung abhängig von Leitfähigkeitsschwankungen der Flüssigkeit elektrisch geändert werden.

   29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale bei Widerstandsschwankungen zwischen den Elektroden und durch die Öffnung, durch Leitfähigkeitsschwankungen der Flüssigkeit bedingt, umgekehrt geändert werden.

   Dipl.· Ing. E. Eder Dipl.-Ing. K. Schieschk· β München 13. EllMbethstraBe 34

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