DE2540767A1

DE2540767A1 - Druckueberwachungsvorrichtung fuer teilchenuntersuchungsgeraete

Info

Publication number: DE2540767A1
Application number: DE19752540767
Authority: DE
Inventors: Jacques A Pontigny
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Coulter Electronics Inc
Priority date: 1974-09-16
Filing date: 1975-09-12
Publication date: 1976-04-01
Also published as: US3921006A

Description

Patentanwälte

DIpI.-ing. E. Eder

Dfpl.-Ing. K. Schieschke

8 München 40, Elisabethstraße 34

Coulter Electronics Limited, Harpenden, Herts./England

Drucküberwachungsvorrichtung für Teilchenuntersuchungsgeräte

Die Erfindung bezieht sich auf nach dem Manometerprinzip arbeitende Überwachungseinrichtungen für einen Fluiddruck, die bei Geräten zur Teilchenuntersuchung verwendet werden.

Bei diesen Teilchenuntersuchungsgeräten ist ein erstes, kleineres Gefäß teilweise in das lluid in einem zweiten, größeren Gefäß eingetaucht. Das Fluid besteht aus einer Suspension von Teilchen. Unter dem Fluidpegel weist das kleinere Gefäß in der Wand eine Tastöffnung auf. Eine an das kleinere Gefäß angeschlossene Vakuumquelle erzeugt einen Druckunterschied, der die Teilchensuspension aus dem größeren Gefäß durch die Tastöffnung in das kleinere Gefäß

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saugt. Wenn die in der Suspension des Fluids befindlichen Teilchen die Tastöffnung passieren, werden sie erfaßt und analysiert.

Es ist von Vorteil, wenn die Fluidsuspension mit konstanter Geschwindigkeit durch die Tastöffnung gesaugt wird, damit die exakte Menge der Fluidsuspension, die die Tastöffnung in einem bestimmten Zeitabschnitt passiert hat, gemessen werden kann. Dies erfolgt in der Regel durch eine Manometeranordnung mit einem Siphon, bei dem ein U-förmiges Quecksilbermanometer an dem kleinen, inneren Rohr angebracht ist. Beim Anschluß des inneren Rohres an eine Vakuumquelle wird das Quecksilber in dem U-förmigen Manometer verdrängt und steigt in den Manometerschenkel auf, der mit dem kleinen, inneren Gefäß verbunden ist. Wenn das Vakuum verschwindet, versucht das Quecksilber wieder seinen Gleichgewichtszustand in dem U-förmigen Manometerrohr einzunehmen. Dies bewirkt in dem inneren Gefäß einen konstanten Druckunterschied, durch den die Fluidsuspension durch die Tastöffnung und in das innere Gefäß gesaugt wird.

In einem Abschnitt des Manometerrohres sind zwei Kontakte in einem vorgegebenen Abstand angeordnet, der einem bestimmten Quecksilbervolumen entspricht, und zum Ein- und Ausschalten an eine Teilchenuntersuchungseinrichtung angeschlossen. Durch Messen des Durchtritts eines vorgegebenen Quecksilbervolumens zwischen den beiden bekannten Punkten, wobei die Größe der Tastöffnung und die Strömungsgeschwindigkeit in dex¹ Tastöffnung bei einem festen Druckunterschied bekannt sind, kann man das Volumen der durch die Tastöffnung tretenden Fluidsuspension ermitteln.

Bei der oben beschriebenen Vorrichtung muß das Quecksilber in einem Schenkel des U-förmigen Rohres bis zu einer bestimmten Höhe verschoben werden, damit ein vorgegebener

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Druckunterschied im inneren Gefäß aufrechterhalten wird. i/enn das Quecksilber nur bis zu einer geringeren Höhe verschoben wird, ist der Druck ungenügend und es passiert ein kleineres Volumen der Fluidsuspension. Bei einer Verschiebung auf einen zu hohen Pegel ist der Druck zu groß, so daß ein unzulässig großes Volumen der Fluidsuspension die Tastöffnung passiert. Außerdem-kann es bei unzulässig großem Druck zu Schaden am inneren Gefäß kommen, insbesondere in dem Eereich um die Tastöffnung.

Die in das innere Gefäß tretende Fluidsuspension oder die Dämpfe der Fluidsuspension können entweder während des Betriebs der Vorrichtung oder während der Entnahme des Fluids im inneren Gefäß mit dem Quecksilber im Manometersiphon in Kontakt kommen. Durch diesen Kontakt kann das Quecksilber verunreinigt werden, so daß in einem zeitraubenden und aufwendigen Verfahren das Quecksilber ersetzt und die gesamte Manometeranordnung gereinigt werden muß.

Die Erfindung betrifft deshalb eine Drucküberwachungsvorrichtung für Teilchenuntersuchungsgeräte, wobei die in einer Suspension befindlichen Teilchen infolge eines Druckunterschiedes eine Tastöffnung passieren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine von einem Gehäuse umschlossene Kammer, in der sich ein flexibles, unelastisches Innenteil befindet, durch ein Manometer, dessen offenes Ende mit dem Innenteil der Kammer verbunden ist, durch eine Verdrängungseinrichtung, die mit dem Manometerfluid aus dem Manometer das Kammerinnenteil expandiert und das Manometergleichgewicht stört, während bei Abschaltung der Verdrängungseinrichtung das Innenteil zusammenfällt und in der Kammer einen Druckunterschied erzeugt, und durch eine Kopplungsanordnung, die die Kammer mit der Einrichtung verbindet und den Druckunterschied zuführt.

Zur ausführlicheren Erläuterung der Erfindung wird auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel Bezug genommen, das im senkrechten Schnitt und in Verbindung mit einer Teilchenuntersuchungseinrichtung schematisch dargestellt ist.

Gemäß der Zeichnung enthält die gezeigte Teilchenuntersuchungseinrichtung ein inneres geschlossenes Gefäß 10 und ein äußeres, offenes Gefäß 12, beispielsweise einen einfachen Becher. Das innere Gefäß 10 ist mit einem elektrisch leitenden Fluid 14 gefüllt und taucht mindestens teilweise in eine Fluidsuspension 16 im äußeren Gefäß 12 ein. Die Fluidsuspension 16 enthält die Teilchen, deren Konzentration oder Eigenschaften untersucht werden sollen. Die seitliche Wand des inneren Gefäßes 10 ist mit einer feinen Tastöffnung 18 versehen, deren Durchmesser im allgemeinen 20 bis 200 Mikron beträgt. Die Tastöffnung 18 stellt prinzipiell die einzige elektrische und physikalische Verbindung zwischen den zwei -Gefäßen 10 und 12 dar. Eine Elektrode 20 im äußeren'Gefäß 12 ist über eine Leitung 24 und eine zweite Elektrode 26 im inneren Gefäß 10 ist über eine Leitung 28 an einen Teilchenanalysator 22 angeschlossen.

Wenn eine Vakuumquelle bzw. ein Druckunterschied auf das Innere des Gefäßes 10 wirkt, wird ein Teil der Fluidsuspension im Gefäß 12 durch die Tastöffnung 18 in das Gefäß 10 gesaugt. Im Betrieb des Teilchenanalysators 22 fließt über die Leitungen 24 und 28 und die Elektroden 20 und 26 sowie das Fluid 14 bzw. 16 ein Strom, der an der Tastöffnung 18 einen Stromfluß und/oder ein Potential erzeugt. Bei jedem Durchtritt eines Teilchens in der Fluidsuspension 16 durch die Tastöffnung 18 wird die gesamte Impedanz im Inneren der Tastöffnung variiert, was zu einer Modulation des Stromflusses und/oder des Potentials führt. Diese Modulation des Stromflusses und/oder des elektrischen Feldes führt zu

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einer elektrischen Veränderung, die vom Teilchenanalysator 22 erfaßt wird und zur Messung von Anzahl und Größe der durch die Tastöffnung 18 tretenden Teilchen dient.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält ein Rohr 30, das am oberen Ende des Gefäßes 10 zu einem Steuerventil 32 führt, das über ein Rohr 34 an eine Vakuumquelle angeschlossen ist. Außerdem führt das Rohr 30 zu einer Ausnehmung 43 in der oberen Wand eines Gehäuses 36. Das Gehäuse 36 umschließt eine Kammer 38 zur Aufnahme von aus dem Gefäß 10 gesaugtem Fluid. Der Boden 40 des Gehäuses 36 ist im Ausführungsbeispiel ein Ablaßstopfen, der zum Ablassen des Fluids aus der Kammer 38 entfernt werden kann.

In der Kammer 38 befindet sich ein flexibler, unelastischer Beutel 42, der ein Innenteil in der Kammer 38 bildet und die Kammer in einen inneren und einen äußeren Abschnitt teilt. In der bevorzugten Ausführungsform besteht der Beutel 42 aus einem plastischen, relativ undurchlässigen Material, wie beispielsweise Polytetrafluorathylen.

Sin vertikal angeordnetes, U-förmiges Manometer 44 umfaßt einen ersten Schenkel 46 aus einem vertikalen Kapillarröhrchen, das durch eine Ausnehmung 48 im Boden 40 des Gehäuses 36 in die Kammer 38 führt. Am Ende des Kapillarröhrchens 46 ist in der Kammer 38 der Beutel 42 festgemacht, so daß das Ende des Röhrchens von der Kammer 38 getrennt ist. Ein horizontaler, mittlerer Krümmungsabschnitt 50 des Kapillarröhrchens verbindet den ersten Schenkel 46 mit einem zweiten, vertikalen Schenkel 52. Der Schenkel 52 enthält ein Reservoir 54-, das unten an den gekrümmten Abschnitt 50 und oben an ein kurzes Kapillarröhrchen 56 angeschlossen ist. Das Kapillarröhrchen 56 ist oben mit einem horizontalen Abschnitt des Schenkels 52, einem Volumenmeßabschnitt 58, verbunden. In diesem Meßabschnitt 58 sind

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zwei elektrische Kontakte 60 und 62 angeordnet und über Leitungen 64 und 66 mit dem Teilchenanalysator 22 verbunden. Der Kontakt 60 bildet den Startkontakt und der Kontakt 62 den Stoppkontakt für den Teilchenanalysator. Bin weiterer, vertikaler Abschnitt des Kapillarrötirchens 68 führt zum Ende des Abschnittes 58 neben dem Kontakt 62. .Ein flexibler, unelastischer Beutel '/0, der vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Beutel 42 besteht una das gleiche Volumen aufweist, schlieft das obere Snde des Kapillarröhrchens 68 ab.

Wie die gestrichelte Linie 76 zeigt, befindet sich das das Manometer 44 teilweise ausfüllende Quecksilber 72 in beiden Schenkeln auf maximaler Höhe im Gleichgewicht. Im Gleichgewichtszustand des Quecksilbers im Manometer 44 steht das Quecksilber etwas unter dem oberen finde des Schenkels 46 und über dem Abschnitt 58 im Schenkel 52. Die übrigen Teile des Kapillarröhrchens 68 im Schenkel 52 und im Beutel 70 füllt ein Gas, wie z. B. Stickstoff, aus.

Zum Betrieb der Vorrichtung wird zunächst das Ventil $2 geöffnet, wodurch über das Böhrchen 30 die Vakuurnquelle mit dem Gefäß 10 und der Kammer 38 verbunden wird. Durch den entstehenden Druckunterschied wird eine geringe Menge der Fluidsuspension 16 durch die Tastöffnung 18 in das Gefäß und das Fluid 14 im Gefäß 10 durch das Ventil 32 gesaugt. Infolge des Strömungswiderstandes in der kleinen Tastöffnung 18 ist jedoch die aus dem Gefäß 10 gesaugte Fluidmenge klein. Durch den entstehenden Druckunterschied in der Kammer 38 steigt das Quecksilber 72 des Manometers 44 in den Beutel 42 und füllt ihn aus. Da der Beutel 42 nicht elastisch ist, dehnt er sich aus dem zusammengefalteten Zustand bis zur vollen Kapazität aus, wobei er ein vorgegebenes Quecksilbervolumen aufnimmt. Während der Ausdehnung des Beutels 42 wird das Fluid im äußeren Teil der Kammer 38

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durch das Röhrchen 30 und das Ventil 32 zur Vakuumquelle gedrückt. Bei gefülltem Beutel 42 steht der ,!uecksilberpegel im Schenkel 52 des Manometers 44 etwa in der Mitte des Reservoirs 54- und der Beutel 70 hat sich zusammengefaltet. Durch das Zusammenfalten des Beutels 70 und durch das Fehlen einer Elastizität der Beutel 42 und 70 vermeidet man einen unzulässig großen Übertritt von Quecksilber in den Beutel 4-2 sowie eine zu starke Expansion dieses Beutels bei zu großem Vakuum bzw. Druck in der Kammer 38, wodurch das Gefäß 10 oder die Tastöffnung 18 beschädigt werden könnte.

!Nachdem das Quecksilber 72 den Beutel 4-2 ausgefüllt hat, wird mit dem Ventil 32 die Vakuumquelle abgeschaltet. Das Gleichgewicht des Quecksilbers im Manometer 44- und 4-2 ist gestört, so daß das Quecksilber den Beutel 4-2 zu verlassen beginnt, um in den Gleichgewichtszustand gemäß der gestrichelten Linie 76 zurückzukehren. Beim Austreten des Quecksilbers faltet sich der Beutel 4-2 zusammen und das Quecksilber erzeugt einen Druckunterschied oder ein Vakuum in der Kammer 38, das über das Röhrchen 30 auf das Gefäß 10 übertragen wird. Durch den Druckunterschied wird der Durchtritt der Fluidsuspension 16 durch die Tastöffnung 18 bewirkt .

Der im Schenkel 52 des Manometers 44 ansteigende ^uecksilberpegel erreicht schließlich den Kontakt 60 und schließt einen Stromkreis zum Einschalten des Teilchenanalysators 22. Wenn ein vorgegebenes Volumen der Fluidsuspension 16 die Tastöffnung 18 passiert hat und vom Analysator 22 gemessen wurde, erreicht das Quecksilber den Kontakt 62 im Abschnitt 58 des Schenkels 52, wodurch über den Kontakt ein Stromkreis zum Abschalten des Teilchenanalysators 22 hergestellt und der Analysevorgang beendet wird.

Patentanwalts DIpI.-Ing. E. Eder Dlpl.-Ing. K. Schieschke

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Claims

Patentanwälte

Dipl.-ing. E. Eder - β -

Dipl.-Ing. K. Schieschke ? ζ Ζ Π 7 R

8München40, ElisabethstraßeM ^ ³ * ^U ' ^ '

Patentansprüche -■- -

Lrucküberwachungsvorrichtung für Teilchenuntersuchungsgeräte, wobei die in einer Suspension befindlichen Teilchen infolge eines Druckunterschiedes eine Tastcffnung passieren, gekennzeichnet durch eine von einem Gehäuse (36) umschlossene Kammer (38), in der sich ein flexibles, unelastisches Innenteil (42) befindet, durch ein Manometer (44), dessen offenes Ende (46) mit dem Innenteil verbunden ist, durch eine Verdrängungseinrichtung (32, 34, Vakuum), die mit dem Manometerfluid (12) aus dem Manometer das Kammerinnenteil expandiert und das Manometergleichgewicht stört, während bei Abschaltung der Verdrängungseinrichtung das Innenteil zusammenfällt und in der Kammer einen Druckunterschied erzeugt, und durch eine Kopplungsanordnung (30), die die Kammer (36) mit der Einrichtung verbindet und den Druckunterschied zuführt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Manometer ein annähernd vertikal angeordnetes

__t und U-förmiges Manometerrohr mit einem ersten Schenkel (46) und einem ersten offenen Ende, einem zweiten Schenkel (52) und einem dazwischenliegenden, gekrümmten Abschnitt (50) ist, und daß das Manometerfluid sich im Gleichgewichtszustand befindet, wenn es den gekrümmten Abschnitt und die beiden Schenkel bis zu gleicher Höhe ausfüllt¹.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil ein flexibler, unelastischer Beutel ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schenkel am Ende offen ist und

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außerdem einen flexiblen, unelastischen Beutel (70) einschließt, der zur Begrenzung der Fluidbewegung im Manometer und im ersten Schenkel an den zweiten Schenkel angeschlossen ist und dessen offenes Ende verschließt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Beutel mit Stickstoff gefüllt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsanordnung ein Eohr ist, das die Gehäusekammer mit der Einrichtung verbindet.
7» Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungseinrichtung eine Vakuumquelle ist und daß die Kopplungsanordnung ein zweites Rohr (34), ein Ventil (32) zum Anschluß an das erste Eohr (30) enthält, zum Anschluß der Vakuumquelle an die Kammer, so daß die Vakuumquelle in der Kammer einen Druckunterschied erzeugt, das Innenteil expandiert und das Manometerfluid verdrängt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von Quecksilber als Fluid.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Beutel das gleiche Volumen aufweisen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schenkel eine Starteinrichtung (60) enthält, die, wenn das Fluid eine erste ötelle passiert, die Untersuchungseinrichtung

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einschaltet, und eine Stoppeinrichtung (62), die die Untersuchungseinrichtung abschaltet, wenn das Fluid eine zweite Stelle passiert.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid elektrisch leitet und daß die 3tarteinrichtung zwei normalerweise offene Kontakte aufweist, am zweiten Schenkel an der ersten Stelle festgemacht und an die Teilchenuntersuchungseinrichtung angeschlossen, und daß das leitende Fluid einen Stromkreis zwischen den Kontakten zum Einschalten der Teilchenuntersuchungseinrichtung schließt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoppeinrichtung normalerweise offene Kontakte enthält, die am zweiten Schenkel an der zweiten Stelle angebracht und mit der Teilchenuntersuchungseinrichtung verbunden sind, so daß das leitende Fluid einen elektrischen Stromkreis zwischen den Kontakten zum Abschalten der Teilchenuntersuchungseinrichtung schließt.

Patentanwälte

Dipl. - ing. A Eder

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