DE2651810C2

DE2651810C2 - Vorrichtung zum automatischen Herstellen einer Lösung mit einer gesteuerten Salzkonzentration

Info

Publication number: DE2651810C2
Application number: DE2651810A
Authority: DE
Inventors: Giovanni Medolla Frigati
Original assignee: Sandoz Patent GmbH
Current assignee: Sandoz Patent GmbH
Priority date: 1975-11-14
Filing date: 1976-11-12
Publication date: 1985-08-01
Also published as: JPS6344002B2; FR2331835B1; DE2651810A1; BE848308A; IT1062800B; GB1570217A; FR2331835A1; US4091834A; JPS5325268A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Herstellen einer Lösung mit einer gesteuerten Salzkonzentration, mit einem Mischerbehäller, in welchem die Herstellung der Lösung erfolgt, mit einer Reguliereinrichtung zum Regulieren der Zuführung der Komponenten der Lösung zun< Mischbehälter, mit einem Pegeldetektor zum Feststellen des Pegels der Lösung in dem Mischbehälter in der Nähe eines vorgegebenen Hauptpegels, mit einer Konzentrationssondc zum Feststellen der Konzentration der Salze in der Lösung und mit einer Steuereinrichtung, die so geschaltet ist, daß sie elektronische Signale von dem Pegeldetektor und der Konzentrationssonde zur Erzeugung eines Steuerausgangssignals empfängt, um die Rcguliervorrichtung zu steuern, wodurch der Pegel der Lösung des Behälters in der Nähe des vorgegebenen Hauptpcgels und die Konzentration der Salze in der Lösung im Uercich eines vorgegebenen Wertes geh,ilu-n wird.

Die Vorrichtung eignet sich besonders fur die Her

t>s stellung einer Dialyscflüssigkcii. Bei einer sclvhen Flüssigkeit wird ein Konzentrat mit Wiisser in einem VoIunienverhallnis von I : 30 bis 1 : 33 gemischt. D;ifur geeignete bekannte Vorrichtungen hüben beispielsweise

zwei volumetrische bzw. Voiumenzumeßpumpen, um einen Mischer Wasser und Konzentrat zuzuführen. Zwei derartige Pumpen werden simultan von einem Hauptmotor angetrieben, dessen Drehzahl einstellbar ist, um die Menge der erhaltenen Flüssigkeit zu variieren. Mittels einer Leitfähigkeitssonde am Auslaß des Mischers, weiche das eigene Ausgangssignal mit einem Bezugssignal vergleicht, das eine Funktion der gewünschten Konzentration ist, kann die Hublänge des Kolbens der Pun<pe für das Konzentrat variiert werden, um die Konzentration der Flüssigkeit einzustellen. Aus verschiedenen Gründen arbeitet ein derartiges Gerät nicht zufriedenstellend. Beispielsweise ändert sich das volumetrische Verhältnis bzw. das Raurnverhältnis der Pumpen in weitem Rahmen, um die Einstellung des Flüssigkeitsmengenstroms am Auslaß zwischen 200 cmVmin und 1000 cnvVmin zu ermöglichen, was eine starke Belastung für die Arbeitskapazität des Hauptmotors bedeutet Die Strömung am Auslaß pulsiert, so daß eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen werden muß. die bei 200 cmVmin beträchtliche Abmessungen haben muS. Weiterhin kann der Druck des zuströmenden Wassers gefährliche Höhen erreichen, s^, daß ein Sicherheitsventil erforderlich ist, wobei ein Gegendruckventil in der Wasserzuführungsleitung den Strom und somit die Leitfähigkeit bzw. das Leitungsvermögen reguliert. Wenn eine vollständige Durchmischung erwünscht wird, ist zusätzlich die Verweilzeit im Mischer zu lang, was dazu führt, daß die Schleife mil zum Regulieren der Konzentration entweder schwingt oder sehr langsam anspricht. Eine solche Vorrichtung kann deshalb nur mit Handsteuerung bei offener Schleife mit festgelegten Mengenströmen am Ausiaß betrieben werden, die nicht kleiner als 500 cmVmin sind. Eine derartige Vorrichtung ist darüber hinaus relativ aufwendig zu bauen.

Durch die US-PS 37 88 340 ist eine Vorrichtung zum automatischen Herstellen einer Lösung mit einer gesteuerten Salzkonzentration bekannt, mit deren Hilfe die Steuerung des Wasserpegels und der chemischen Konzentration erfolgen kann. Diese zwei Parameter werden dort mittels eines drei Phasen aufweisenden Zyklus gesteuert. Während jeder Phase sinkt oder steigt der Wasserspiegel, der somit niemals eine konstante Höhe aufweist. Darüber hinaus weist bei dieser Vorrichlung der Zyklus eine lange Zeitdauer auf. Die Verdampfungsphase erfordert einen entsprechend langen Zeitraum. Dabei verändert sich die chemische Konzentralion und die ursprüngliche chemische Behandlungskon-/eniralion wird nur am Ende jedes Zyklus wiederhergestellt, auch wenn eine niedrige Salzkonzentration am Knde der /weiten Phase verhindert wird. Da die chemische Konzentration nicht aufrechterhalten wird, schwankt die Salzkonzentration fortwährend während des gesamten Zyklus. Das Problem eines relativ konsianten Lösungspegels bei einer vorbestimmten Konzentration aufrechtzuerhalten stellt sich insbesondere bei künstlichen Nieren. Die Dialyselösung muß isotonisch zu Blut sein, d. h. sie muß immer ein·; sehr genaue Konzentration der Salze aufweisen. Aus wirtschaft!'!- chen und praktischen Gründen muß das Volumen der Lösung gering sein. Deshalb muß eine geringe Veränderung des Volumens des Salzes oder des Wassers unverzüglich automatisch und genau ausgeglichen werden. Da das Leben des Patienten von der konstanten Kon-(Cniration der Dialyr:lösung abhängt, muß die Zuverlässigkeit der verwendeten Vorrichtung gewährleistet Durch die US-PS 37 17 435 ist eine Vorrichtung zur automatischen Analyse der Konzentration bekannt, wobei diskontinuierlich die Konzentration in. einer Probewfolge gemessen wird. Dieses Verfahren kann aber nur durchgeführt werden, wenn die Veränderungen der Konzentration langsam erfolgen, also beispielsweise während einer relativ langsamen chemischen Reaktion. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gaitungsgemäße Vorrichtung derart auszubilden, daß zu jeder Zeit mit ausreichend guter Genauigkeit ein relativ konstanter Lösungspegel bei einer Konzentration aufrechterhalten wird, die immer nahe einem vorbestimmten Wert ist, wobei die Lösung erhalten wird durch getrennte Zugabe von Wasser und Salz und ansprechend auf veränderliche abgezogene Lösungsmengen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung ein erstes Element zum Abgeben eines ersten Pegelsignals als Fu.iktion des Signals aus dem Pegeldetektor und wenigstens zwei zweite Elemente zum Zuordnen des ersten Pegelsignals zu einem zweiten Bezugspegelsignal und zu·· Abgeben eines dritten Steuersignals zum Steuern der Reguiiereinrichtung aufweist und daß die Steuereinrichtung ein drittes Element zum Vergleichen des Signals aus der Konzentrationssonde mit einem Konzentrationsbezugssignal, welches sine Funktion des vorgegebenen Konzentrationswertes ist und welches ein viertes Signal abgibt und vierte Elemente zum Abgeben von fünften Signalen als Funktionen des ersten Pegelsignals und des vierten Signais aufweist, wobei die fünften Signale auf die zweiten Elemente so abgestimmt sind, daß sie dem zweiten Bezugspegelsignal zugeordnet sind.

Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung ist es möglich, die Volumenmenge und die Konzentration der Lösung unverzüglich ansprechend auf die sich verändernde Volumenmenge der abgezogenen Lösung zu regeln.

Bevorzugte weiterbildende Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch das hydraulische und elektron.sche Arbeitsprinzip der Vorrichtung.

F i g. 2 zeigt schemaiisch die elektronische Schaltung des Steuer- und Oberwachungsblocks der Vorrichtung von Fig. I.

F i g. 3 und 4 zeigen schematisch von dem Steuer- und Überwachungsblock gemäß F i g. 2 abgegebene Signale. Die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt einen Mischerbehälter 1 mit einem Fassungsvermögen von etwa vier Litern, einem Einlaßrohr 2 für die Zuführung von Konzentrat und einem Einlaßrohr 3 für die Zuführung von Wasser. In dem Rohr 2 bzw. in dem Rohr 3 sitzt ein elektrisches Ventil 4 bzw 5. Von dem Behälter 1 führt eir· Rchr 6 mit einer Pumpe 7 ab. Von dem Rohr 6 zweigen nacheinander ein Rezirkulationsrohr 8, welches zum Behälter 1 zurückführt, und zwei Rohre 9 und 10 für die Verteilung bzw. für die Abführung ab. In dem Rohr9 bzw. indem Rohr 10 ist ein elektrisches Ventil 12 bzw. 13 angeordnet.

In dem Behälter 1 sitzen zwei Pegeldetektoren 14 und 15 bekannter Bauweise sowie eine Sonde 16, welche die Leitfähigkeit und somit die Konzentration der Lösung in dem Behälter mißt. Der Pegeldetektor i4 kann beispielsweise aus einem kleinen Magneten 17 bestehen, der mit einem Schwimmer verbunden ist, der in Verbindung mit einem ortsfesten Detektor 18 wirkt. Der Detektor 14 kann so gebaut sein, daß eine positive oder negative Potentialdifferenz (Fig. 2) signalisiert wird.

i.\J -JY O IKJ

Bei einem solchen Aufbau bewegt ich der Magnet 17 zu einer Stelle entweder über oder unter einem Pegel 19, der den maximalen Normalpegel der Flüssigkeit in dem Behälter 1 darstellt. Im Gegensatz dazu ist der Pegeldetektor 15 so gebaut, daß er ein Signal abgibt, wenn die Flüssigkeit einen Pegel erreicht, der höher liegt als ein Minimalpegel 20. der niedriger als der Pegel 19 ist.

Die Sonde 16 kann zweckmäßigerweise so gebaut sein, daß sie ein Signal abgibt, dessen Frequenz proportional zum Leitfähigkeitswert und somit zur Konzentration der Flüssigkeit ist, wobei für die Temperatur eine Kompensation eingebaut ist.

Das Ausgangssignal des Pegeldetektors 14 wird zu einem Steuer- und Überwachungsblock 22 geführt. Das Ausgangssignal der Sonde 16 wird zu einem Umwandlerblock 23 geführt. Die Ausgangssignale des Blocks 23 gehen zu einem Block 22, zu einem Anzeigeinstrument 24 und zu zwei Schwellenwertkomparatoren 25 und 26. Die anderen Eingangsstellcn der Komparatoren 25 und 26 sind mit den Eingängen von zwei ODER-Schaltungen 29 und 30 verbunden. Diese Schaltungen sind jeweils mit an Masse gelegten Signal- bzw. Anzeigelampen 32 und 33 verbunden. Der Ausgang der ODER-Schaltung 30 ist mit einem akustischen Signalgeber 34 verbunden. Der Ausgang der ODER-Schaltung 29 führt zu einem UND-Tor 35 und zu einer Umkehrstufe 36, deren Ausgang mit einem UND-Tor 37 verbunden ist. Ein Signal aus einem Block 38 wird zu den zweiten Eingängen der UND-Tore 35 und 37 geführt. Dieser Block 38 empfängt ein Signal 39 bei einem Logikpcgel für die Tore 35 und 37 und ein Steuersignal 40 für die Pumpe 7. Die Ausgänge der UND-Tore 35 und 37 sind so geschaltet, daß sie jeweils die elektrischen Ventile 13 und 12 steuern. Der Block 22 sendet zwei Ausgangssignale 42 und 43, die jeweils die elektrischen Ventile 4 und 5 steuern.

Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, hat der Block 22 einen Widerstand 51. dem das Signal aus dem Pegeldetektor 14 übermittelt wird und der mit dem Umkehreingang eines Differenzverstärkers 52 verbunden ist, der als Integrator wirkt, wobei der nicht umkehrende Eingang des Verstärkers an Masse liegt. Zwischen den umkehrenden Eingang und die Ausgänge ist ein Kondensator 53 geschaltet. Der Ausgang dos Verstärkers 52 führt zu dem umkehrenden bzw. invertierenden Eingang von zwei Differenzverstärkern 54 und 55, deren Ausgänge jeweils mit den negativen Eingängen von zwei Schwellenwertkomparatoren 56 bzw. 57 verbunden sind.

Der Ausgang des Umwandlungsblocks 23 ist mit dem nicht umkehrenden Eingang eines Differenzverstärkers 58 verbunden, dessen Umkehrender Eingang so geschaltet ist, daß er ein einstellbares Signal empfängt, das über einen variablen Widerstand 59 übermittelt wird. Der Ausgang des Verstärkers 58 ist über einen variablen Widerstand 61 mit dem nicht umkehrenden Eingang des Verstärkers 54 und über einen variablen Widerstand 62 mit dem umkehrenden Eingang des Verstärkers 55 verbunden.

Von dem Ausgang eines Generators 63 wird ein Deltasignal zu den nicht umkehrenden Eingängen der Komparatoren 56 und 57 weitergeleitet, während die Ausgänge dieser Komparatoren jeweils Signale 42 bzw. 43 abgeben, welche die elektrischen Ventile 4 und 5 steuern.

In dem in F i g. 2 gezeigten Schaltbild bedeuten

L das Wellenwiederholungssignal (hump) vom Ausgang des Verstärkers 52,

C das Signal proponional /ur Leitfähigkeil der Fins

sigkeit,

R Jas Signal des Leitfähigkeitsbezugswertes.

E das Signal, welches einen Fehler der Leilfahigkei

meldet,

A\ das Ausgangssignal des Verstärkers 54.

A; das Ausgangssignal des Verstärkers 55 und

T das Deltabezugssignal

Aus dem in F i g. 2 gezeigten Schaltbild ist es ersieht lieh, daß, wenn 'lic Signale 42 und 43 an den Ausgänger der Komparatoren 56 und 57 erzeugt werden, die elck trischen Ventile 4 und 5 öffnen, so daß Konzentrat unc Wasser zugeführt werden, vorausgesetzt, daß das Signa Tgrößer als das Signal A₁ Lind Ai ist. Die Periode de; Signals 7"beträgt etwa I s. die des Signais L 30 oder 40 s Das Signal Twird zwischen + 12 V und — 12 V gehalten während die Signale A_t und Ai die Sätligungspegcl erreichen lcrinnnn Hin hpj + I 5 V YCrSOf¹JM" büVV. SlrojTi Versorgung bei etwa + 14 V und — 13 V liegen. Bei diesen beiden extremen Pegeln bleiben die angeschlossenen elektrischen Ventile 4 und 5 beständig geschlossen oder geöffnet. Zwischen diesen beiden Pegeln öffnen die elektrischen Ventile 4 und 5 für einen Zeitraum, der proportional den Werten von A, und A₂ ist. Wenn .4· und A₂ null sind, beträgt die Öffnungszeit der Ventile 4 und 5 eine Hälfte der Gesamtzeit. Die variablen Signale A\ und A- und das Deltasignal T bestimmen in den Komparatoren 56 und 57 innerhalb festgelegter Pegel

die Öffnungs- und Schließzeiten der elektrischen Ventile 4 und 5. Die Signale sind gegeben durch

/ti = -L+KiE A₂ =-L- K₂E

wobei K\ und K₂ Proportionalitätskonstanten sind, die durch die Widerstände 61 und 62 festgelegt sind. Anhand der Fig. 3 und 1 wird nun die Arbeitsweise der Vorrichtung beschrieben, wobei diese Fig. nur der Veranschaulichung dienen und die Signale nicht im richtigen Maßstab wiedergeben.

Es werden nun die Anfangsschritte zum Erreichen eines Zustandes beschrieben, bei welchem die Vorrichtung in Betrieb gesetzt wird.

Wenn Flüssigkeit in den Behälter aus dem Rohr 9 strömt, schwingt der Magnet 17 des Pegeldetektors 14 kontinuierlich im Bereich des Pegels 19. Diese Oszillationsbewegungen des Magneten 17 und des Flüssigkeitspegels im Behälter 1 werden durch den Steuer- und Überwachungsblock 22 festgestellt, der die elektriscnen Ventile 4 und 5 betätigt und die Zeit reguliert, während der sie offen oder geschlossen sind. Aufgrund dieser Maßnahme wird der Flüssigkeitspegel 19 gehalten, wo· bei der Flüssigkeitsmengenstrom wie erforderlich variiert wird.

Nimmt man an, daß die wirksame Konzentration der Flüssigkeit gleich dem gewünschten Wert ist, so daß das Signal Cgleich dem Signal R ist, dann ist E=O, was in

Übereinstimmung mit Gleichung (1) ergibt:

A₁-A₂ L

In Fig.3 zeigt A das Signal des Magneten 17 als Funktion der Zeit, das um den maximalen Normalpegel 19 oszilliert Wenn der Magnet 17 niedriger als der Pegel 19 ist, wird die negative Klemme des Pegeldetektors 14 mit dem umkehrenden Eingang des Verstärkers 52

-Jl O IVJ

verbunden. B gibt das Signal vom Ausgang des Pegeldetektors 14 wieder. Dementsprechend nimmt dcis Signal /. zu. während, wie dies durch Gleichung (2) vorgegeben ist, die Signale Ai und A2 gemuU Gleichung (2) konstant sind oder abnehmen. Infolge der Signale Ai und A2 und di-s Dcltasignals Twird die Dauer des Signals 42 und 43 fortschreitend langer, wodurch die Mengen an Wasser und Konzentrat, die in den Behälter 1 eintreten, zunehmen, so daß der Flüssigkeitspegel stetig ansteigt.

Wenn der Pegel 19 überschritten ist. wird die positive Klemme des Pegeldetektors 14 mit dem umkehrenden Eingang des Verstärkers 52 verbunden. Das Signal L nimmt dann ab. während entsprechend Gleichung (2) die Signale A₁ und A2 konstant bleiben oder zunehmen. Die Signale 42 und 43 werden dadurch in ihrer Dauer fortschreitend kürzer, was dazu führt, daß die Mengen an Wasser und Konzentrat, die in den Behälter einströmen, verringert werden, so daß der Flüssigkeitspegel nur mehr langsam ansteigt, dann anhält und anschließend abfällt.

Wenn die Flüssigkeitspegel und mit ihm der Magnet 17 wieder unter den Pegel 19 fällt, wird die negative Klemme des Pegeldctektors 14 erneut mit dem umkehrenden Eingang des Verstärkers 52 verbunden. Das Z.Signal wird dann verstärkt, während die Signale A\ und A: konstant bleiben oder abnehmen. Die Dauer der Signale 42 und 43 wird fortschreitend länger, was dazu führt, daß der Flüssigkeitspegel zunächst langsamer fällt, dann anhält und danach wieder steigt, bis er wieder über den Pegel 19 ansteigt, wenn die beschriebenen Phasen des ersten Zyklus wiederholt werden.

In der Praxis schwankt somit der Flüssigkeitspegel konstant um etwa 10 mm um den maximalen Normalpegel 19. Bei der Vorrichtung beläuft sich dies tatsächlich auf einen im wesentlichen konstanten Flüssigkeitspegel, auch was Änderungen der gelieferten Flüssigkeitsmenge betrifft. Wenn jedoch die Abgabe von Flüssigkeit aufhört, steigt der Pcgci im Behälter ^iimäniich an (F i g. 3). Demzufolge nimmt das Signal L allmählich ab. bis es verschwindet. Dies, verstärkt die Signale A\ und A »auf ihrem maximalen positiven Wert, der höher ist als der maximale Wert des Signals 7". wodurch die Signale 42 und 43 null bleiben und die elektrischen Ventile 4 und 5 geschlossen bleiben. Wenn unter diesen Umständen keine weitere Flüssigkeit abgegeben wird, bleibt der Behälter 1 voll Flüssigkeit mit der gewünschten Konzentration und ist bereit für eine weitere Anforderung für bereits aufbereitete Flüssigkeit.

Wenn die Abgabe wieder aufgenommen wird, beginnt der Flüssigkeitspegel wieder abzufallen, bis er unter den Pegel 19 fällt, wenn das Signal L verstärkt wird, die Signale 4| und Ai schwächer werden und die Signale 42 und 43 allmählich langer werden, wodurch ein weiterer Zustrom von Wasser und Konzentrat entsprechend den vorher beschriebenen Arbeitsphasen in Gang gesetzt wird.

Nimmt man an, daß in der Konzentration der Flüssigkeit ein Fehler eintritt, so hat das Signal £ offensichtlich einen anderen Wert als null. Dies ändert die Signale A\ und A2 und dementsprechend die Zeiten, während der die elektrischen Ventile 4 und 5 offen bleiben, um einen Faktor proportional zu f, offensichtlich mit dem entgegengesetzten Vorzeichen. Die Konzentration der Lösung wird somit auf den gewünschten Wert eingestellt.

Nimmt man an, daß zu viel Konzentrat zugeführt worden ist, so zeigt Fig. 2, daß C> R, wodurch c>0 wird. Die Gleichung (1) zeigt an, daß A\ größer und Λ2 kleiner als der Wert ist, der bei genauen Konzentrationszuständen vorherrschen sollte, was durch die gestrichelte Linie in Fig.4 dargestellt ist. Dies bedeutet, daß das elektrische Ventil 4 für das Konzentrat über kürzere Zeiträume und das Ventil 5 für das Wasser über längere Zeiträume offen waren, wie es für die weitere Verdünnung des Konzentrates tatsächlich erforderlich ist.

Wenn andererseits nicht genügend Konzentrat vorhanden ist. wird C< R und dementsprechend E< 0. Aus Gleichung (1) folgt, daß A\ zu niedrig und A2 zu hoch (Fig. 4) bezogen auf die Bedingungen für die exakte Konzentration sind. Dies zeigt, daß das elektrische Ventil 4 für das Konzentrat über längere Zeiträume und das Ventil 5 für Wasser über kürzere Zeiträume als erforderlich offen waren.

Damit die Korrektur der Konzentration hauptsächlich dem elektrischen Ventil für das Konzentrat zugeordnet werden kann, sind die Proportionalitätskonstanten K\ und K2 von Gleichung (I) voneinander vcrschieden. Zweckmäßige Werte werden so eingestellt, daß K\ = 5 K2, wobei K\ E gleich dem Maximalwert von L gemacht wird, wenn E = 1.5%. Dies bedeutet, daß Einstellungen der Öffnungszeiten des elektrischen Ventils für das Wasser in der Praxis nur zum Korrigieren eines positiven Fehlers in der Konzentration in Richtung des maximalen Pegels dienen und daß bei einem vorgegebenen Konzentrationsfehler von 1,5% bei öffnungs- und Schließzeiten, die theoretisch gleich denen für die genaue Konzentration sind, das Ventil 4 für das Konzentrat völlig geschlossen bleibt.

Die Kurven in F i g. 4 basieren auf der Annahme, daß der Konzentrationsfehler konstant bleibt. In der Praxis neigt er dazu, sich null anzunähern. Aus diesem Grund fallen die ausgezogenen Kurven für die Signale A\ und

j5 A: mehr und mehr mit den gestrichelten Linien für die Zustände der genauen Konzentration zusammen.

Im folgenden werden Vorbereitungsphasen beschrieben, um die Vorrichtung so cm/.usiciicii, daß tini ihr dieser Arbeitszustand erreichbar ist.

Bei leerem Behälter 1 bestimmt der Pcgeldetektor 15 über den Block 38 den Pegel des Signals 39, der die Ausgänge der Tore 35 und 37 schließt. Demzufolge bleiben die elektrischen Ventile 12 und i3 in dem Zuführungsrohr 9 und dem Entleerungsrohr 10 geschlossen.

Gleichzeitig befindet sich der Magnet 17 des Pegeldetektors 14 unter dem Pegel 19. Dadurch wird das Signal L auf den maximalen positiven Wert verstärkt und die Signale A\ und A2 stehen auf dem maximal negativen Wert, der niedriger ist als der minimale Wert für das Deltasignal T. Die Signale 42 und 43 sind dann beständig und die elektrischen Ventile 4 und 5 sind vollständig geöffnet, so da3 Wasser und Konzentrat in den behälter 1 mit einem maximalen Mengenstrom einfließen kann. Wenn die Flüssigkeit in dem Behälter 1 über den Pegel 20 steigt, gibt der Pegeldetektor 15 ein Signal zum Ausgang des Blocks 38, der das Signal 40 zur Betätigung der Pumpe 7 abgibt. Dies leitet die Rückführung von Flüssigkeit über das Rohr 8 in den Behälter 1 ein und setzt das Signal 38 auf einen unteschiedlichen Pegel, der ein Signal am Ausgang eines der Tore 37 oder 35 entsprechend dem Wert der Konzentration aktiviert. Das Potentialsignal am Ausgang des Blocks 23 wird zum Instrument 24 geführt, welches den Konzentrationswert visuell aufzeichnet und mit zwei Komparatoren 25 und 26 verbunden ist. Die oberen und unteren Toleranzgrenzen des Konzentrationswertes werden durch die beiden Widerstände 27 und 28 gesteuert, die ein Signal vom Ausgang eines der Schwellenwertkomparatoren 25

und 26 empfangen, wenn der Konzentralionswert unter die untere Grenze fällt oder über die obere Grenze steigt. Im Falle einer falschen Konzentration leuchtet die Lumpe 32 oder 33 auf, der Signalgeber 34 gibt einen akustischen Alarm, und ein Signal in der Schaltung 29 iicfert nach gleichzeitiger Abgabe des Signals 39 ein Signal für das Tor 35, welches das elektrische Ventil 13 des Entleerungsrohres 10 öffnet.

Wenn jedocn die Konzentration stimmt, ist das Signal .im Ausgang der Schaltung 29 unwirksam, so daß das elektrische Ventil 13 geschlossen bleibt. Die Umkehrstufe 36 gibt dann ein Signal zum Tor 37 ab, welches durch die gleichzeitige Abgabe des Signals 39 ein Signal auslöst, welches das elektrische Ventil 12 des Zuführungs- bzw. Versorgungsrohres 9 öffnet.

Wenn deshalb der Flüssigkeitspegel im Behälter 1 den Pegel 20 überschreitet, öffnet das elektrische Ventil 12 oder 13 des Zuführungs- oder Entleerungsrohres abhängig davon, ob die Konzentration innerhalb der vorgegebenen Gicii^en udcr jenseits dieserGrenzen liegt.

Gewöhnlich ist die Konzentration im Behälter I unzureichend, wenn der Pegel 20 im ersten Füllzyklus erreicht ist. Demzufolge öffnet das elektrische Ventil 13 in dem Entleerungsrohr 10. Wenn der Pegel 19 überschritten worden ist, schließen die elektrischen Ventile 4 und 5 vorübergehend, bis hauptsächlich über die Wirkung des elektrischen Ventils 4 in dem Konzentratrohr 2 die erforderliche Konzentration erreicht ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat somit zahlreiche Vorteile. Vor allem sorgt sie für eine Zuführung von Flüssigkeit mit einem Mengenstrom, der innerhalb beider Grenzen variabel ist, wobei der Konzentrationswert der Flüssigkeit im wesentlichen innerhalb der vorgeschriebenen Toleranzgrenzen bleibt. Dadurch, daß ein Behälter 1 vorgesehen wird, in welchem die Konzentration der ganzen Flüssigkeit, die er enthält, durch die Sonde 16 gesteuert wird, werden Probleme hinsichtlich einer pulsierenden Strömung am Ausisß beseitigt und es ergeben sich keine Störeffekte auf den Mengenstrom am Ausiaß oder auf die Leitfähigkeit als Ergebnis von Druckdifferenzen des einströmenden Wassers.

Die Schleife für die kontinuierliche Steuerung und Überwachung der Konzentration und des Mengenstroms funktioniert bemerkenswert schnell. Dies hat zur Folge, daß der Flüssigkeitspegel im Behälter in der Nähe des Pegels 19 mit Schwankungen über einen Bereich von nur 10 mm bleibt. Dies wird durch die Wirkung erreicht, die die Öffnungs- und Schließzeiten der elektrischen Ventile 4 und 5 einstellt, was durch den Pegeldetekior 14 gesteuert wird, der den Pegel der Signale A\ und Ai steuert und somit gewährleistet, daß der Konzentrationswert niemals mehr als 1% von dem gewünschten Wert abweicht. Dies wird auch durch die Wirkung der Sonde 16 erreicht, die beim Auftreten eines vorgegebenen Konzentrationswei tes den Pegel der Signale A\ und Ai korrigiert. Die einstellbaren Widerstände 61 und 62 ermöglichen eine Eichung der Werte der Korrekturkonstanten K\ und K2 von Gleichung (1), wie dies erwünscht ist, um optimale Werte vom Gesichtspunkt der Stabilität und Ansprechzeit zu erhalten.

Um die Leitfähigkeit der Flüssigkeit in dem Behälter 1 innerhalb vorgegebener Grenzen mit einer minimalen Abweichung zu halten, kann es zweckmäßig sein, einen Druckregulator auf das Wasserzuführungsrohr 3 zu setzen und eine einstellbare Drossel in der Konzentratzuführungsleitung 2 anzuordnen. In diesem Fall ist eine vorherige Eichung der Drossel erforderlich. Zcsammen mit der Wirkung des Blocks 22 wird die Strömung unterdrückt, bis der gewünschte Konzentrationswert erreicht ist. Diese ^ohrcguücrung wird dadurch verfeinert und die Wirkung des Blocks 22 voll beibehalten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum automatischen Herstellen einer Lösung mit einer gesteuerten Salzkonzentration, mit einem Mischerbehälter, in welchem die Herstellung der Lösung erfolgt, mit einer Reguliereinrichtung zum Regulieren der Zuführung der Komponenten der Lösung zum Mischbehälter, mit einem Pegeldstektor zum Feststellen des Pegels der Lösung in dem Mischbehälter in der Nähe eines vorgegebenen Hauptpegels, mit einer Konzentrationssonde zum Feststellen der Konzentration der Salze in der Lösung und mit einer Steuereinrichtung, die so geschaltet ist, daß sie elektronische Signale von dem Pegeldetektor und der Konzentrationssonde zur Erzeugung eines Steuerausgangssignals empfängt, um die Reguliervorrichtung zu steuern, wodurch der Pegel der Lösung des Behälters in der Nähe des vorgegebenen Hauptpegels und die Konzentration der Salze in der LSi:«}ng im Bereich eines vorgegebenen Wertes gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (22) ein erstes Element (52) zum Abgeben eines ersten Pegelsignals (L) als Funktion des Signals aus dem Pegeldetektor und wenigstens zwei zweite Elemente (54, 56) zum Zuordnen des ersten Pegelsignsis (L) zu einem zweiten Bezugspegelsignal (T) und zum Abgeben eines dritten Steuersignals (42,43) zum Steuern der Reguliereinrichtung (4,5) aufweist und daß die Steuereinrichtung (22) ein drittes Element (58) zum Vergleichen des Signals _t C) aus der Konzentrationssonde (16) mit einem Konzentratio(nbezugt',ignal (R), welches eine Funktion des vorgegebenen Konzentrationswertes ist und welches ein vieHes f gnal (E) abgibt und vierte Elemente (55) zum Abgeben von fünften Signalen (A\, Ai) als Funktionen des ersten Pegeisignals (L) und des vierten Signals (E) aufweist, wobei die fünften Signale (A_{, A₂) auf die zweiten Elemente (56, 57) so abgestimmt sind, daß sie dem zweiten Bezugspegelsignal ("^zugeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reguüereinrichtung ein Paar von elektrischen Ventilen (4, 5) für die Zuführung oder für die Unterbrechung der Zuführung der Komponenten der Lösung zum Behälter (1) aufweist, wobei das dritte Steuersignal (42,43) zum Steuern des öffnens und Schließens der elektrischen Ventile (4, 5) und ihrer öffnungs- und Schließzeiten als Funktion des ersten Pegelsignals (L), so daß der Pegel der Flüssigkeit in dem Behälter (1) in der Nähe des Hauptpegels (19) gehalten wird, und weiterhin als Funktion des vierten Signals (E) dient, so daß der Konzentrationswert der Lösung im Bereich des vorgegebenen Wertes gehalten wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fünften Signale (A₁, A₂) Funktionen des ersten Pegelsignals (L) und des vierten Signals (E) mit bezogen auf das vierte Signal unterschiedlichen Proportionalitätskonstanten sind, wodurch die Änderung der Öffnungs- und Schließzeiicn der clek= irischen Ventile, die von der Änderung des vierten Signals erzeugt wird, im wesentlichen für eines der Ventile größer als für das andere ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis J. dadurch gekennzeichnet, daß die drillen (58) und vierten (55) Elemente Differenzverstärker aufwci-

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung einen Pegeldetektor (14) aufweist, der ein positives oder negatives Signal abhängig von dem Pegel der Lösung bezogen auf den Hauptpegel abgibt, und daß das erste Element einen Integrator (52) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elemente Schwellenwertkomparatoren (56, 57) sind und daß das zweite Bezugspegelsignal die Form eines periodischen Deltasignals hat

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrationssonde (15) ein Signal abgibt, dessen Frequenz proportional zur Leitfähigkeit der Lösung ist, wobei die Sonde mit der Steuereinrichtung (22) über einen Umwandlungsblock (23) zum Umwandeln des Potentials in eine Frequenz gekoppelt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Konzentrationssonde (16) abgegebene Signal auf zwei Schwellenwerikomparatoren (25, 26) zum Steuern der unteren und oberen Konzentrationsgrenze der Lösung abgestimmt ist, wobei die Ausgänge der Komparatoren mit Alarmelementen (32, 33) sowie mit Torschaltungseinrichtungen (35, 37) zum Steuern de?.Öffnens von einem oder dem anderen von wenigstens zwei elektrischen Ventilen (12, 13) verbunden sind, die zum Steuern der Abgabe und des Entleerens von Lösung aus dem Behälter (1) vorgesehen sivij.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuersignal im Falle der Zustimmung zu den Torschaltungseinrichtungen (35, 37) durch einen weiteren Pegeldetektor übermittelt wird, der in dem Behälter (1) auf einem zweiten Pegel sitzt, der niedriger als der Hauptpegel ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Mischerbchälter (1) eine Rückfuhrungsleitung (6, 8) mit einer Pumpe (7) angeordnet ist.