DE2510801B2 - Schaltungsanordnung zur erzeugung von ausgangssignalen bei einem massenspektrometer - Google Patents
Schaltungsanordnung zur erzeugung von ausgangssignalen bei einem massenspektrometerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanord- ,»5 nung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die aus der DT-OS 20 37 698 bekannte Schaltungsanordnung
dieser Art löst im Prinzip das Problem, den unerwünschten Einfluß einer durch das Massenspektrometer
quantitativ nicht einwandfrei erfaßbaren oder nur mühsam nach der Messung durch Berechnung ausschaltbaren
Gaskomponente, wie namentlich des Wasserdampfgehaltes, auf massenspektrometrische
Messungen, insbesondere ir. der Atmungsphysiologie oder für andere medizinische, biologische oder sonstige
Zwecke, auszuschalten und das Meßergebnis unabhängig vom Gesamtgasdruck zu machen. Der Einfluß des
Wasserdampfes auf die Messung von Gaskonzentrationen besteht darin, daß die Ausgangssignale des
Massenspektrometers für jede in wesentlicher Konzentration in einem Gasgemisch vorhandene Komponente
mit Ausnahme des Wasserdampfes selbst absinkt, und zwar für alle um den gleichen Faktor. Daher wird jedes
der der Schaltungsanordnung zugeführten Partialdrucksignale mit einem gleichen Faktor multipliziert, der so
gewählt ist, daß die Summe der resultierenden Produkte gleich 1 ist. Die zu diesem Zweck gleichlaufend
oprppchen Verstärker sind mit der Vergleichsschaltung
entweder direkt verbunden, oder in einer hinsichtlich der Entkopplung verbesserten Ausführungsforrn über
Fotowiderstände, die aber sorgfältig auf übereinstimmende Kennlinien abgeglichen werden müssen und
außerdem relativ langsam ansprechen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regelgenauigkeit zur Stabilisierung der
Ausgangssignale des Massenspektrometers zu erhöhen, d. h. Änderungen auf Grund von die Eingangssignale
ändernden Störkomponenten auf ein Minimum herabzusetzen.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 beschriebene Schaltungsanordnung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis i aufgeführt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Sie zeigt die an ein
übliches Massenspektrometer angeschlossene Schaltungsanordnung, der an ihren Eingängen die n-\
Partialdrucksignale Pa ...Px zugeführt sind, die den Partialdrücken der n-Komponenten des zu messenden
Gasgemisches mit Ausnahme der Störkomponente entsprechen. Bei den Komponenten kann es sich
beispielsweise um N2, O2, CO2, Ar einerseits und H2O
andererseits handeln (n = 5). Die Partialdrucksignale werden von entsprechenden Regelverstärkern la... Ix
verstärkt und über nachgeschaltete Ausgangsverstiirkerstufen 2a...2x als Ausgangssignale Fa... Fx
abgegeben. Die Stabilisierung dieser Ausgangssignale ist der Zweck der vorliegenden Schaltungsanordnung.
Zu diesem Zweck werden die von den Regelverstärkern la... Ix erzeugten Signale den entsprechenden
Eingängen einer verstärkenden Summier- und Vergleichsschaltung 3 zugeschaltet, die durch Vergleich mit
einem am Potentiometer R abgegriffenen Sollwertsignal ein Vergleichsssignal erzeugt, wie dies auch im
Hauptpatent beschrieben ist.
Das Vergleichssignal wird jedoch nicht unmittelbar den Stelleingängen der regelbaren Verstärker übermittelt,
sondern über Koppelwiderstände 13, 14 mit einer von einem Sägezahngenerator 5 erzeugten Sägezahnspannung
addiert. Eine an den Verbindungspunkt der Koppelwiderstände 13,14 angeschlossene verstärkende
Vergleichsschaltung 4 erzeugt hieraus ein Rechtecksignal, dessen Impuls/Pause-Verhältnis bzw. relative
Impulsbreite sich mit dem Vergleichssignal ändert. Parallel zu der Vergleichsschaltung 4 ist eine die
Impulsform des Rechtecksignals bestimmende Z-Diode Z 5 geschaltet.
Das Rechtecksignal wird den Steuerelektroden G einer der Anzahl n-\ der Partialdrucksignale entsprechenden
Anzahl von Feldeffekttransistoren Ta... Tx zugeführt, deren Elektrode D an Masse liegt, während
die Elektrode Sin den zwei Widerstände 10,11 und ein
Potentiometer 15 in Reihe enthaltenden Gegenkopplungszweig je eines der Regelverstärker la...Ix
geschaltet ist, und zwar an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 10, ti. Parallel zu den
Widerständen 10 und 11 ist ein Kondensator 12 geschaltet. Wenn die Feldeffekttransistoren, die unter
Steuerung durch das Rechtecksignal als Schalter arbeiten, ihren Leitzustand annehmen, also z. B. den
Verbindungspunkt zwischen den Widerständen iO, 11 an Masse legen, ist die Verstiii !aing der Regelvcrstiirker
praktisch unendlich. Bei hohem Widerstand des Feldeffekttransistors zwischen den Elektroden D und S
bestimmen dagegen die Widerstände !0, 11 des Ciegenkopplungszweiges den Verstärkungsgrad.
Die effektive Verstärkung der Regelverstärker la... Ixbestimmt sich nach dem Verhältnis der Ein- und
Ausschaltzeiten der Feldeffekttransistoren Ta... Tx, also nach der relativen Impulsbreite, die ihrerseits von
der Vergleichsspannung abhängt, wie schon erläutert wurde.
Zur Kalibrierung wird der Regelkreis zwischen der Summier- und Vergleichsschaltung 3 und der Vergleichsschaltung
4 aufgetrennt. In das Massenspektrometer wird ein Eichgasgemisch eingeführt, das alle (vier)
Gase, deren mit dem Massenspektrometer gemessene Ausgangssignale stabilisiert werden sollen, in bekannten
Konzentrationen enthält. Die Verstärkung der Regelverstärker Xa... Ix wird an den Potentiometern 15 der
Gegenkopplungszweige so eingestellt, daß die Spannungen an den Verstärkerausgängen in einem für alle
(vier) Gase gleichen Verhältnis zu den Konzentrationen des Eichgemisches stehen. Die Summe dieser Ausgangsspannungen
der Regelverstärker ist dabei so gewählt, daß die Ausgangsspannung der Schaltung 3, auf deren
Summenpunkt die feste Spannung von Potentiometer R addiert wird, 0 Volt beträgt. Sinken nun die Ausgangsspannungen
des Massenspektrometers alle proportional ab (z. B. bedingt durch Wasserdampfbeimengung zum
gemessenen Gas), so werden auch die Ausgangsspannungen der Regelverstärker la... Ix absinken und
damit die Ausgangsspannung der Schaltung 3 von 0 Volt abweichen. Bei geschlossenem Regelkreis werden
dadurch in der erläuterten Weise die Impulsbreite der Rechteckimpulse und damit die Verstärkung der
Regelverstärker la... Ix geändert. Die Wahl der Polaritäten ist derart, daß bei Absinken der Eingangssignale
die Verstärkung der Regelverstärker la... Ix zunimmt und somit deren Ausgangsspannungen wenigstens
annähernd konstant gehalten werden.
Die Kondensatoren im Gegenkopplungszweig der Regelverstärker la... Ix und weitere Kondensatoren,
S die parallel zu je einem Widerstand im Gegenkopplungszweig der Ausgangsverstärkerstufen 2a... 2v
liegen, sind Bestandteil eines TieQpaßfilters, welches die Impulsfrequenz aus den geregelten Spannungen aussiebt.
Ein weiterer Kondensator 16 ist parallel zu der
ίο Schaltung 3 geschaltet.
Bei einer praktisch erprobten Ausführungsform betrug die Schaltfrequenz des Rechtecksignals 4 kHz.
Bei Prüfung des Frequenzganges der Schaltungsanordnung durch sinusförmige Änderung aller Eingangssigna-
Ie zur Simulierung von Änderungen der Zusammensetzung
des analysierten Gasgemisches sanken die Ausgangssignale bei 45 Hz auf 90% und bei 250 Hz auf
10% ab. Die Grenzfrequenz ist also für praktische Fälle
ausreichend hoch. Zur Prüfung des Stabilisierungsvermögens der Schaltungsanordnung wurden alle Eingangssignale
sinusförmig mit einer Amplitude von ± 20% des Eingangssignals moduliert, was z. B. einer
20%igen Änderung des Wasserdampfdrucks und infolgedessen des Gesamtgasdrucks entspricht. Über
den gesamten Frequenzbereich ergab sich bei den Ausgangssignalen eine Stabilisierung der Änderung auf
weniger als 1%, bezogen auf die Amplitude der modulierten Störung. Bei den bei der Atmungsanalyse
auftretenden Frequenzen bis 3 Hz war der Stabilisierungsgrad sogar besser als 0,2%. Eine so gute
Stabilisierung kann mit den im Hauptpatent beschriebenen Schaltungsanordnungen in der Regel nicht erreicht
werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Ausgangssignalen bei einem Massenspektrometer,
an dessen Eingang ein aus π Komponenten bestehendes Gasgemisch eintritt und von dessen
n-\ Nachweisvorrichtungen jeweils ein dem Partialdruck von einer der n-1 Gaskomponßnten
proportionales Eingangssignal auf einen Verstärker gelangt, wobei die Ausgangssignale der Verstärker
in eine Summierschaltung gelangen und eine Vergleichsschaltung das Summensignal mit einem
Sollwertsignal vergleicht und ferner das Vergleichssignal dis Verstärkungsfaktoren der Verstärker i$
gleichlaufend regelt, nach Patentanmeldung P 2037698.1-33, dadurch gekennzeichnet,
daß das Vergleichssignal in einen Impulserzeuger (5, 4, Ta, Tx) gelangt, daß die von dem Impulserzeuger
abgegebenen Rechieckimpulse eine dem Vergleichs- ίο
signal proportionale Breite aufweisen und daß der Impulserzeuger während der Breite der Rechteckimpulse
die Verstärkungsfaktoren der Verstärker (la, 1 ^umschaltet.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei 2:5
die Verstärker gegengekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkopplungszweig zwei
in Reihe geschaltete Widerstände (10, 11) enthält, und daß der Impulserzeuger den Punkt zwischen den
beiden Widerständen während der Breite des Rechteckimpulses auf Massepotential legt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Reihenschaltung
der Widerstände (10,11) ein Kondensator (12) liegt.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorange- 3$ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Impulserzeuger mit je einem der Verstärker (la, \x) gekoppelte Feldeffekttransistoren (Ta, Tx)
enthält und daß den Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren ein Rechteckimpuls zugeführt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752510801 DE2510801C3 (de) | 1975-03-12 | 1975-03-12 | Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Ausgangssignalen bei einem Massenspektrometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752510801 DE2510801C3 (de) | 1975-03-12 | 1975-03-12 | Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Ausgangssignalen bei einem Massenspektrometer |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2510801A1 DE2510801A1 (de) | 1976-09-16 |
DE2510801B2 true DE2510801B2 (de) | 1977-08-11 |
DE2510801C3 DE2510801C3 (de) | 1978-05-11 |
Family
ID=5941181
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19752510801 Expired DE2510801C3 (de) | 1975-03-12 | 1975-03-12 | Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Ausgangssignalen bei einem Massenspektrometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2510801C3 (de) |
-
1975
- 1975-03-12 DE DE19752510801 patent/DE2510801C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2510801A1 (de) | 1976-09-16 |
DE2510801C3 (de) | 1978-05-11 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8340 | Patent of addition ceased/non-payment of fee of main patent |