DE2511554A1

DE2511554A1 - Einrichtung zur ermittlung der teilchengroesse in einem fluessigen system

Info

Publication number: DE2511554A1
Application number: DE19752511554
Authority: DE
Inventors: David Richard Figueroa
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Coulter Electronics Inc
Priority date: 1974-03-18
Filing date: 1975-03-17
Publication date: 1975-09-25
Also published as: US3902053A; FR2265088A1; FR2265088B3

Description

Patentanwälte

Dipl.-mg. E. Eder
Dipl.-ing. K. Schteschke

8München40,Ell3abethstraBe34 OCItCC/

Z 0 Il 3 3

Coulter Electronics Limited, Harpenden, Herts./England

Einrichtung zur Ermittlung der Teilchengröße in einem flüssigen System

Die Erfindung bezieht sich auf die Deutsche Patentschrift 1 806 456, die ein "Verfahren zur Feststellung derjenigen Teilchengröße (Scheidegröße) eines Teilchensystems, oberhalb bzw. unterhalb welcher eine bestimmte Fraktion der Gesamtmasse des Systems liegt, und eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens" betrifft.

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In der Vorrichtung nach der genannten Patentschrift passieren die Teilchen eines Teilchensystems einen Teilchendetektor bzw. ein Teilchenerfassungsgerät. Jedes Teilchen bewirkt einen Impuls, dessen Amplitude der Größe des ihn erzeugenden Teilchens proportional ist. Die Teilchenimpulse werden in Elektrizitätsmengen, beispielsweise Ladungen, umgesetzt, die der Impulsamplitude und damit auch der Teilchengröße selbst proportional sind. Die Elektrizitätsmengen oder Ladungen gehen über einen von zwei Kanälen zu einer Speicher- oder Akkumulierschaltung, die eine Ladung liefert, die der gesamten Anzahl der zugeführten Ladungen proportional ist. Eine Schwellwertschaltung unterscheidet zwischen Teilchenimpulsen, die von Teilchen erzeugt werden, die über und unter einer bestimmten, ausgewählten Größe liegen und führt die Ladungen einem der beiden Kanäle zu. Der Schwellwertpegel der Schwellwertschaltung wird von Hand oder elektrisch so lange verändert, bis die akkumulierte Ladungsmenge sich auf einen bestimmten Pegel stabilisiert. Dieser Pegel repräsentiert die Trennungsgröße oberhalb und unterhalb welcher vorgegebene Anteile der Gesamtmasse des Systems entsprechend enthalten sind. Bei einem praktisch ausgeführten Gerät kann die Größe beispielsweise die Massendurchschnittsteilchengröße oder eine andere Trennungsgröße sein.

Bei der Einschaltung des Gerätes ist in der Akkumulierschaltung keine Ladung vorhanden, was die Trennungsgröße Null angibt. Bei der Akkumulierung von Ladungen bewegt sich die gesamte Ladung von Null auf eine Gesamtladung zu, die die gewünschte Trennungsgröße darstellt, oberhalb und unterhalb welcher vorgegebene Anteile der Gesamtmasse des Systems enthalten sind. Diese Anfangsaufladung und -bewegung von Null zur Teilchengröße erfordert nicht nur erheblich viel Zeit, sondern geht auch bei Annäherung an die Gesamt ladung nach unten. Bei einer Erhöung der Akkumulatorladungsgeschwindigkeit und der Bewegung auf die Teilchentrennungsgröße zu, oder wenn der Akkumulator auf eine

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Ladung aufgeladen werden könnte, die der Ladung angenähert ist, die die Trennungsgröße darstellt, oberhalb und unterhalb welcher bestimmte Anteile der Gesamtmasse des Systems enthalten sind, könnte die zur Ermittlung der Ladung und damit <fe* Trennungsgröße des Teilchensystems erforderliche Zeit verringert werden, so daß in der gleichen Zeit mehr Tests durchgeführt werden könnten und das Gerät besser auslastbar wäre.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Schaffung einer Einrichtung zur Ermittlung derjenigen Teilchengröße in einem Teilchensystem, oberhalb und unterhalb welcher Größe vorbestimmte Anteile der Gesamtmasse des Systems entsprechend enthalten sind, wobei diese Teilchengröße die Trennungsgröße zwischen den Anteilen ist und wobei das Teilchensystem zunächst in ein Pluidmedium geleitet wird, mit einer auf die Bewegung der einzelnen Teilchen ansprechenden Erfassungsschaltung, die elektrische Zustandsänderungen proportional zur Teilchengröße erzeugt, und wobei zur Ermittlung der Teilchengröße diese elektrischen Zustandsänderungen in einer Akkumulierschaltung gesammelt werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur schnelleren Ermittlung der Teilchengröße an die Akkumulierschaltung eine voreingestellte Schaltung angeschlossen ist, die vor Einschaltung der Einrichtung der Akkumulierschaltung einer ersten Teilchengröße proportionale elektrische Zustandsänderungen zuführt.

Zur ausführlicheren Erläuterung der Erfindung wird auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel Bezug genommen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Voreinsteilschaltung gemäß der Erfindung gemäß einem Teil von Fig. 6 der genannten Patentschrift und

Fig. 2 die Ladecharakteristik des Integrators in der Voreinstellschaltung nach Fig. 1.

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Wenn in der Erfindung eine Schaltung mit einer Schaltung der genannten Patentschrift übereinstimmt, wird die Schaltungsnummer der genannten Patentschrift in Klammern und mit einem Abostroph mindestens einmal angegeben, zur Identifizierung der Schaltung gemäß der Erfindung und zur einfacheren Bezugnahme.

Zur ausführlicheren Erläuterung von Aufgabe und Arbeitsweise einer Einrichtung zur Messung einer Irennungsteilchengröße eines Teilchensystems wird auf die genannte Patentschrift verwiesen. Mit Rücksicht auf die vorliegende Erfindung wird ein Teil der zugehörigen Schaltung eingehender beschrieben.

In der ursprünglichen Einrichtung gemäß Fig. 6 der genannten Patentschrift passieren die Teilchen eines Partikelsystems Signalerzeugungsmittel (30¹)» die beispielsweise einen Teilchendetektor nach Coulter enthalten. Die dem Signalerzeuger (30·) zugeführten Teilchen führen zu einer Impulsfolge auf einer Leitung (32¹), wobei jeder Impuls der Größe des ihn verursachenden Impulses proportional ist. Die Impulse bewirken schließlich auf einer Leitung (47') Impulse, deren Amplitude gleich der Impulse auf der Leitung (32·) ist, die aber eine feste bzw. vorgegebene Länge besitzen. Die Impulse auf der Leitung (47*) gehen je nach der Einstellung einer veränderbaren Schwellwertschaltung (34') und einer Schaltersteuerung (56·) auf einen Aufwärtsschalter (52·) oder einen Abwärtsschalter (54'). Bei Wahl des Aufwärtsschalters (52·) gehen positive Impulse auf ein Summiernetzwerk (102·). Bei Wahl des Abwärtsschalters (54') gehen negative Impulse auf das Summiernetz (102·). Die positiven und negativen Impulse werden vom Summiernetz (102·) als positive oder negative Ladungen auf einen Integrierverstärker (104¹) gegeben. Der Integrierverstärker (104') lädt sich von einer Null- oder Referenzladung auf einen bestimmten Ladungspegel auf, der der Trennungsgröße entspricht, oberhalb und unterhalb welcher vorgegebene Anteile der Gesamtmasse des Systems entsprechend enthalten sind. Der Ausgang des Integrierver-

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Verstärkers (104¹) geht über eine Leitung (68·) zurück zur veränderlichen Schwellwertschaltung (34¹). Die Schwellwertschaltung ändert sich abhängig von dem vom Integrierverstärker (104¹) zugeführten Signal, so daß ein Schwellwertpegel gewählt wird, der der Trennungsgröße des Teilchensystems entspricht. Die Trennungsgröße kann beispielsweise die Massendurchschnittsteilchengröße sein. Die veränderbare Schwellwertschaltung (34¹) bestimmt, ob bei bestimmten Impulsen der Aufwärtsschalter (52·) oder der Abwärtsschalter (54¹) betätigt wird, wodurch festgelegt wird, ob eine positive oder eine negative Ladung zum Integrierverstärker (104¹) geht.

Bei Einschaltung des Gerätes ist im Integrierverstärker (104') keine Ladung vorhanden, was eine Trennungsrgröße Null bedeutet. Mit der Ansammlung von Ladungen im Integrierverstärker (104*) geht die Geamtladung in diesem Verstärker von Null zu der Gesamtladung, die die gewünschte Trennungsgröße darstellt, oberhalb und unterhalb welcher vorgegebene Anteile der Gesamtmasse des Systems enthalten sind. Die Anfangsladung und -bewegung des Integrierverstärkers (104·) von Null weg erfordert nicht nur viel Zeit, sondern die Ladung des Integrierverstärkers und die Bewegung auf die Trennungsgröße zu geht auch zurück, wenn die Annäherung an die Trennungsteilchengröße erfolgt· Durch eine derartige Voreinstellung des Integrierverstärkers (104¹)» daß er auf einen Wert aufgeladen wird, annähernd in der Nähe der Ladung, die die Trennungsteilchengröße darstellt, wird die Geschwindigkeit erhöht, mit der die Einrichtung die Trennungsgröße des Teilchensystems ermittelt und der gewünschte Ladungspegel im Integrierverstärker (104¹) wird stabilisiert. Auf diese Voreinstellung der Schaltung richtet sich die vorliegende Erfindung.

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Fig. 1 zur vorliegenden Erfindung zeigt ein Summiernetz und -spannung zur Ladung des Wandlers 10 (102·), der positive und negative Impulse vom Aufwärtsschalter (52·) und vom Abwärtsschalter (54*) enthält und der diese Impulse in positive bzw. negative Ladungen umwandelt. Die positiven oder negativen Ladungen gehen zum Integrierverstärker 12 (104*). Im Ausführungsbeispiel ist ein an sich bekannter Integrierverstärker 12 vorgesehen mit einem Rechenverstärker 14 mit einem negativen Eingang 16, angeschlossen an den Ausgang des Summiernetzwerks und Spannungs-Ladungs-Wandlers 10, mit einem positiven und geerdeten Eingang 18 und einem Ausgang 20. Zwischen dem Eingang 16 und dem Ausgang 20 des Rechenverstärkers 14 ist ein Integrierkondensator 22 angeschlossen, der abhängig von positiven und negatiyen Ladungen, öie vom Summiernetzwerk und Spannungs-Ladungs-Wandler 10 zugeführt wurden eine entsprechende Ladung erzeugt· Diese Spannung am Kondensator 22 geht vom Ausgangs ans chluß 20 zur Anzeige 24 (122¹), die so geeicht ist, daß sie die Teilchengröße in Übereinstimmung mit der Spannung am Kondensator 22 visuell wiedergibt.

Ein Verstärker 30, im Ausführungsbeispiel ebenfalls als Rechenverstärker dargestellt, arbeitet als Differenzverstärker und liegt mit einem ersten Eingang 32 am Ausgang 20 des Verstärkers 14 und mit einem zweiten Eingang 34 am beweglichen Arm 36 des Potentiometers 38. Ein Anschluß 40 des Potentiometers 38 liegt an der Versorgungsspannung und der zweite Anschluß ist geerdet bzw. liegt an Masse. Der Ausgang 42 des Rechenverstärkers 30 führt zu einem Anschluß 44 des Schalters 46 und der zweite Anschluß 48 des Schalters 46 ist mit dem Eingang 16 des Verstärkers verbunden.

Im Betrieb wird der Arm 36 des Potentiometers 38 auf eine Spannung -äquivalent einer Ladung eingestellt, die eine bestimmte Trennungsteilchengröße in dem Partikelsystem darstellt. Diese Einstellung erfolgt durch die Bedienungsperson unter Einschätzung

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der mittleren Größe der Teilchen im Partikelsystem. Bevor das Gerät zu arbeiten beginnt bzw. nach Einschaltung des Gerätes und bevor die*Teilchen zum Signalerzeuger (30') gelangen, haben der Kondensator 22 und der Ausgang 20 des Verstärkers 14 eine Ladung Null, die zum Eingang 32 des Verstärkers 30 geht. Der zweite Eingang 34 des Verstärkers 30 erhält die Spannung von der Anzapfung 36 des Potentiometers 38. Der Spannungsunterschied zwischen den Eingängen 34 und 32 bewirkt ein Differenzsignal am Ausgang 42. Bei Betätigung des Tastschalters 46 geht die Spannung am Ausgang 42 zum Eingang 16 des Verstärkers 14, wobei der Kondensator 22 so weit aufgeladen wird, daß die Spannung am Ausgang 20 und damit der Eingang 32 des Verstärkers 30 gleich dem Eingang 34 wird. Der Kondensator 22 ist nun auf eine Spannung bzw. Ladung eingestellt, die einer Teilchengröße entspricht, die von der Bedienungsperson über das Potentiometer 38 gewählt wurde. Diese Vorladung ist in Fig. 2 als Voreinstellung 1 oder 2 gezeigt. Die Ladung am Kondensator 22 kann sich nicht entladen, da der Eingangswiderstand des Verstärkers 14, eines Rechenverstärkers, gegen Unendlich geht und eine Entladung über den Verstärker verhindert. Ebenso bilden das Summiernetz und der Ladungs-Spannungs-Wandler 10 keinen Entladeweg für den Kondensator 22. Wenn die Einrichtung arbeitet, werden beim Durchgang von Teilchen durch den Signalerzeuger (30¹) Impulse erzeugt, die durch den Wandler 10 in positive und negative Ladungen zur weiteren Ladung bzw. Entladung des Kondensators 22 umgesetzt werden. Diese Ladung bzw. Entladung dauert so lange an, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist, der mit der gesamten Ladung übereinstimmt, die die gewünschte Trennungsgröße repräsentiert, oberhalb und unterhalb welcher vorgegebene Anteile der Gesamtmasse des Systems enthalten sind.

Wenn gemäß Fig. 2 der Kondensator 22 am Anfang nicht aufgeladen ist, wird zur guten Annäherung an die Gesamtladung, die die gewünschte Trennungsgröße repräsentiert, eine Zeit T1 benötigt.

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Wenn der Kondensator 22 über die Schaltung nach Fig. 1 voreingestellt ist, beginnt er gemäß Fig. 2 mit einer Voreinstellung 1 oder 2. Die Aufladung auf die gesamte Ladung, die die gewünschte Trennungsgröße repräsentiert, dauert dann nur bis zu der Zeit T2, die gemäß Fig. 2 erheblich kürzer ist als die Zeit T1.

Patentanwälte

Dipl.-ing. E. Eder DIpI.-Ing. K. Schieschke

8 München 40, Elisabethstraße34

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Claims

-s-

Patentansprüche

Einrichtung zur Ermittlung derjenigen Teilchengröße in einem Partikelsystem, oberhalb und unterhalb welchr Größe vorbestimmte Anteile der Gesamtmasse des Systems entsprechend enthalten sind, wobei diese Teilchengröße die Trennungsgröße zwischen den Anteilen ist und wobei das Teilchensystem in ein Pluidmedium geleitet wird, mit einer auf die Bewegung der einzelnen Teilchen ansprechenden Erfassungsschaltung (30·), die elektrische Zustandsänderungen proportional der Größe der einzelnen Teilchen erzeugt, und wobei zur Ermittlung der Teilchengröße diese elektrischen Zustandsänderungen in einer Akkumulierschaltung (10, 12) gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur schnelleren Ermittlung der Teilchengröße an die Akkumulierschaltung eine voreingestellte Schaltung (30, 38, 46) angeschlossen ist, die vor Einschaltung der Einrichtung der Akkumulierschaltung einer ersten Teilchengröße proportionale elektrische Zustandsänderungen zuführt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Akkumulierschaltung eine Integrationsschaltung (12) enthält, wobei die elektrischen Zustandsänderungen elektrische Ladungsänderungen sind und daß an die Integrationsschaltung eine Schaltung (30, 38, 46) zur Aufladung der Integrationsschaltung auf einen elektrischen Ladungspegel proportional einer ersten Teilchengröße angeschlossen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung ein Potentiometer (38) enthält, das mit einem ersten Anschluß (40) an eine Spannungsquelle (+V) und mit einem zweiten Anschluß (36) an die Integrationsschaltung

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so daß elektrische Ladungen proportional der ersten Teilchengröße zugeführt werden.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationsschaltung einen Integrationsverstärker (14, 22) enthält, und daß die Schaltung einen Verstärker (30) enthält, der mit einem ersten Eingang (32) an den Integrationsverstärkerausgang (20), mit einem zweiten Eingang (34) an die Spannungsquelle (+V) und mit einem Ausgang (42) an den Integrationsvers tärker eingang (16) angeschlossen ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der auf den zweiten Eingang in Übereinstimmung mit der ersten .Teilchengröße gegebenen Spannung ein Potentiometer (38) zwischen der Spannungsquelle (+V) und dem zweiten Eingang (34) angeschlossen ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschluß des Verstärkerausgangs an den Integrationsverstärkereingang vor der Einschaltung des Gerätes ein Schalter (46) zwischen dem Verstärkerausgang (42) und dem Integrationsverstärkereingang (16) liegt.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (30) ein Rechen- oder Operationsverstärker ist.

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