DE3206752A1

DE3206752A1 - Vorrichtung zur regelung der konzentration einer loesung

Info

Publication number: DE3206752A1
Application number: DE19823206752
Authority: DE
Inventors: Everett 01876 Tewksbury Ma Cole; Lawrence 01940 Lynnfield Heiser
Original assignee: Consolidated Design Inc
Current assignee: Consolidated Design Inc
Priority date: 1981-02-25
Filing date: 1982-02-25
Publication date: 1982-12-09
Also published as: IT8267208A0; JPS57211046A; GB2094033A; CA1181486A; FR2500656A1; GB2094033B; IT1154482B

Description

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DIPL.-PHYS. F. ENDLICH germering ₂4 "FeL'"" 1982 E/m

PATENTANWALT ο

TELEFON: MÜNCHEN W 3β 38

PHONE:

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH, POSTFACH, D-8034 GERMERINQ

TELEX: 521730 pate D

Meine Akte: C-4979

Anmelderin: Consolidated Design,Inc. Lowell, MA 01851, USA

Vorrichtung zur Regelung der Konzentration einer

Lösung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung, Überwachung und Steuerung der Konzentration einer Lösung.

Zahlreiche Prozesse bei der Produktion und in Laboratorien erfordern eine Messung unterschiedlicher Eigenschaften, beispielsweise in der Halbleiterindustrie oder in der Nahrungsmittelindustrie. Entsprechend dem Anwendungsgebiet wurden spezielle Prozesse und Vorrichtungen entwickelt, die jedoch nicht ohne weiteres für unterschiedliche industrielle Zwecke anwendbar sind. Viele derartiger Prozesse erfordern eine oder mehrere zeitraubende manuelle Messungen und sind deshalb für automatische Betriebsablaufe nicht ohne weiteres geeignet. Die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Messungen ist außerdem recht unterschiedlich. Beispielsweise sind manuelle Messungen normalerweise genauer, können aber auch sehr unterschiedlich ausfallen. Vor allem sind manuelle Messungen zeitraubender.

Beispielsweise ist es bei der Herstellung gedruckter Schaltungen wünschenswert, eine Karte oder einen sonstigen mit einem Schaltungsmuster versehenen Träger in ein Piatierbad einzutauchen, in dem Metallsalz gelöst ist. Das Metall wird auf dem Träger niedergeschlagen, um dem Muster entsprechende elektrische Leiterbahnen auszubilden.

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Die elektrischen Leiterbahnen gedruckter Schaltungen sind meist äußerst dünn, insbesondere um die Herstellungskosten möglichst gering zu halten, da oft Edelmetalle zur Herstellung der Leiterbahnen erforderlich sind. Die Leiterbahnen werden auch deshalb dünn gehalten, um die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen zwei Leitern möglichst gering zu halten. Bei einer gegebenen Temperatur hängt die Dicke einer platierten Leiterschicht einer gedruckten Schaltung direkt sowohl von der Konzentration des MetaHsalzes in dem Piatierbad als auch von der Verweilzeit in dem Piatierbad ab. Die Konzentration des Metallsalzes in dem PlatLerbad ändert sich jedoch, wenn bei dem Piatieren verbrauchtes Metallsalz nicht zugesetzt wird.

Bei dem Ausscheiden des Metalls wird die Konzentration der Metallionen in dem Bad verringert. Während die anfängliche Konzentration der Metallionen in einfacher Weise gemessen oder berechnet werden kann, ändert sich die Konzentration mit der Zeit und kann auch von Charge zu Charge unterschiedlich sein, falls unterschiedliche Leitungsmuster unterschiedliche Metallmengen erfordern. Deshalb ist es wünschenswert, die Konzentration des Metallsalzes in dem Piatierbad so konstant wie möglich während des Platiervorgangs zu halten. Wenn dies durchgeführt wird, kann die Dicke der Platierung mit Hilfe der Zeitdauer gemessen werden, während der sich der Träger in dem Bad befindet. Wenn sich jedoch die Konzentration der Metallionen in dem Bad wesentlich ändert, ist eine Zeitmessung zur Bestimmung der Dicke der Platierung nicht möglich. Es ist wünschenswert, die Dicke der Platierung innerhalb eines vorherbestimmten Bereichs zu halten, der von dem verwendeten Verfahren abhängt und beispielsweise zwischen etwa 5*10 mm und 20*10 mm liegt. Bei größerer Dicke ergeben sich unnötig hohe Kosten, während bei zu geringer Dicke der elektrische Widerstand der Leiterbahn zu hoch wird. Wenn also die Konzentration des Piatierbads innerhalb eines engen Bereichs konstant gehalten werden kann, muß also nur die Zeit als einzige Variable überwacht werden, um eine gewünschte Dicke der Platierung zu erzielen.

In der Praxis werden meist Verfahren zur Steuerung des Platierbads verwendet, bei denen eine periodische Messung des Bads durch eine Bedienungsperson erfolgt. Zu bestimmten Zeitpunkten während des Platierungsvorgangs entfernt die Bedienungsperson eine Probe

aus dem Bad, mißt die Konzentration des Metallsalzes in der Lösung und stellt die Konzentration entsprechend ein. Da dieses Verfahren nicht kontinuierlich durchführbar ist, können sich zwischen den Messungen Konzentrationsänderungen ergeben, so daß die Konzentration zu gewissen Zeitpunkten außerhalb der gewünschten Grenzen liegt. Normalerweise muß nach einem gewissen Verbrauch des anfänglich zugesetzten Metallsalzes eine beträchtliche Salzmenge zugesetzt werden, um wieder die obere zulässige Grenze der Konzentration zu erreichen, damit die Konzentration vor der nächsten Messung nicht unter die untere zulässige Grenze fällt. Die dabei auftretenden Konzentrationsänderungen verursachen jedoch gewisse Nachteile, da sie beispielsweise zu einer Änderung der chemischen und mechanischen Eigenschaften des platierten Materials führen können, oder weil eine genaue Überwachung der Dicke nur mit Hilfe einer Zeitmessung nicht möglich ist. Durch die Entfernung von Proben aus dem Bad kann auch eine Verseuchung des Bads verursacht werden und die durch die Bedienungsperson durchzuführenden Messungen können zu Meßfehlern führen.

Bekannte Vorrichtung zur kontinuierlichen Überwachung und Steuerung der Konzentration von Lösungen (US-PS 3 265 873) weisen· dagegen den Nachteil auf, daß eine genaue Überwachung geringer Konzentrationsänderungen in einem Piatierbad nicht ohne weiteres möglich sind. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird die Konzentration der Lösung unmittelbar nach dem Zusatz der betreffenden Chemikalie vor dem Durchlauf durch die Überwachungsvorrichtung gemessen. Dabei wird die Konzentration der Chemikalien in dem Bad selbst nicht eingestellt. Ferner arbeitet diese Vorrichtung nicht ausreichend genau, da sehr geringe Konzentrationsänderungen nicht gemessen werden können. Die Überwachungsvorrichtung mißt die Abschwächung eines durch die strömende Lösung hindurchtretenden Mikrowellenbündels. Wenn sich die Konzentration derart ändert, daß die Abschwächung außerhalb eines ausgewählten Bereichs liegt, wird der Durchfluß in das Lösungsmittel geändert. Bei der bekannten Vorrichtung findet ein Strahlenteiler Verwendung, um ein Mikrowellenbündel in zwei Bündel zu unterteilen, von denen das eine durch die Lösung hindurchtritt und das andere durch Luft hindurchtritt. Ferner wird bei der bekannten Vorrichtung der Mikrowellengenerator derart betätigt, daß kein kontinuierlicher Betrieb er-

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folgt, so daß das Mikrowellenbündel dLe Form einer Sequenz von Rechteckwellen aufweist, wodurch beträchtliche Energiemengen außerhalb der gewünschten Frequenz der Mikrowellen übertragen werden.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine kontinuierliche Überwachung durchführbar und eine genauere Regelung innerhalb eines vorherbestimmten Konzentrationsbereichs unter Verwendung von Mikrowellen durchführbar ist. Insbesondere sollen sehr geringe Konzentrationsänderungen einer elektrolytischen Lösung überwacht und geregelt werden. Interessierende Messungen sollen möglichst schnell und genau durchführbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die Erfindung wurde deshalb ein Verfahren zur Messung und Steuerung einer ausgewählten Eigenschaft eines Fluids geschaffen, die insbesondere zur Regelung der Konzentration der Elektrolytlösung eines Piatierbads verwendbar ist. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt eine kontinuierliche Überwachung und Steuerung mit Hilfe eines Nachweiskopfs für Mikrowellen. Die Nachweiseinrichtung enthält einen Mikrowellengenerator, vorzugsweise eine Gunn-Diode, die Mikrowellenstrahlung mit einer ausgewählten Frequenz von beispielsweise 10525 GHz erzeugt. Mikrowellen werden in einen abgestimmten Resonanzhohlraum eingespeist. Die Mikrowellen werden von diesem Entkoppler einem Hohlleiter zugeführt. Die Lösung verläuft durch ein Rohr, das sich durch den Wellenleiter in einer Richtung senkrecht zu der Achse des Wellenleiters erstreckt. In dem Wellenleiter sind zwei Schottky-Dioden angeordnet, von denen eine eineinhalb Wellenlängen von der Leitung zu der Quelle der Mikrowellen angeordnet ist, und die andere eineinhalb Wellenlängen von der Leitung weg von der Quelle der Mikrowellen angeordnet ist. Diese Nachweiseinrichtungen messen die Größe der Mikrowellenenergie an den betreffenden Stellen. Die näher der Quelle angeordnete Nachweisdiode mißt die Größe der Mikrowellenenergie, die von der Lösung reflektiert wird, die durch die Leitung in dem Wellenleiter hindurchströmt. Die weiter von der Quelle entfernte Nachweisdiode mißt zum Teil die Größe der Mikrowellen-

energie nach dem Durchsetzen der Lösung. Die Differenz entspricht anteilig der durch die Lösung absorbierten Mikrowellenenergie.

Gemäß der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur Verarbeitung der Signale der Nachweisdioden und zur Steuerung einer Pumpe vorgesehen, um Elektrolyt und andere benötigte Materialien der Lösung zuzusetzen. Die Verarbeitungseinrichtung bestimmt, wenn sich die Differenzen der durch die Nachweisdioden nachgewiesenen Signale von einer anfänglichen Differenz oder einem Schwellenwert um mehr als einen ausgewählten Betrag untescheiden. Anfänglich setzt die Verarbeitungseinrichtung die anfängliche Differenz gleich Null, wenn die Lösung beginnt, durch den Wellenleiter' hindurchzuströmen. Danach beinhalten Änderungen der Differenz der Ausgangssignale der Nachweisdioden Änderungen der Konzentration der Lösung im Vergleich zu der anfänglichen Konzentration.

Sowohl die Absorption als auch die Reflexion von Mikrowellenenergie durch die Lösung und das Ausgangssignal der Nachweisdioden können sich mit der Temperatur ändern. Deshalb werden bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung Temperaturfühler und eine Heizeinrichtung vorgesehen, um die betreffenden Temperaturen genau zu messen und zu stabilisieren.

Ferner ist es möglich, daß sich die Konzentration des Elektrolyt in dem Piatierbad über den ausgewählten Wert erhöht. Dies kann beispielsweise dann auftreten, wenn das Lösungsmittel verdampft, das meistens Wasser ist, oder wenn der Lösung ein Überschuß des Elektrolyt zugegeben wird. Deshalb ist es möglich, daß die.elektronische Nachweiseinrichtung auch den Zusatz des Lösungsmittels zu dem Piatierbad steuert.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Überwachung der Konzentration eines Elektrolyt in einem Piatierbad;

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht der Mikrowellen-Überwachungseinrichtung der Vorrichtung in Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Einrichtung in Fig. 2;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der elektrischen Schaltung der Vorrichtung in Fig. 1, die zum Nachweis von Konzentrations-

änderungen und zur Regelung der Konzentration dient;

Fig. 5A - 5C Teilendes Blockschaltbilds in Fig. 4 entsprechende Schaltungen;

Fig. 6A - 6C weiteren Teilen des Blockschaltbilds in Fig. 4 entsprechende Schaltungen;

Fig. 7 - 9 Schaltbilder weiterer Teile des Blockschaltbilds in Fig. 4; und

Fig. 1OA - 1OB grafische Darstellungen von Meßergebnissen.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Konzentration eines Elektrolyts in einem Bad und zum Zusatz zusätzlicher Mengen des Elektrolyt, wenn sich die Konzentration der Lösung verringert.

Ein Piatierbad 10 enthält anfänglich eine gewisse Konzentration eines Elektrolyts, vorzugsweise eines Metallsalzes, das in einem Lösungsmittel wie Wasser gelöst ist. Zur Messung der Konzentration des Elektrolyt in dem Bad, insbesondere zur Bestimmung der Änderung der Konzentration des Elektrolyt in dem Bad, wird eine Probe der Lösung aus dem Bad 10 über eine Leitung 12 und eine Pumpe 14 einem Vorratsbehälter 16 zugeführt, von dem die Lösung unter Wirkung der Schwerkraft durch eine nichtmetallische Leitung aus Glas oder Kunststoff zu einer Nachweiseinheit 20 strömt. Der Überlauf des Vorratsbehälters 16· strömt über eine Leitung 22 zurück in das Bad 10. Deshalb wird-ein konstanter hydraulischer Druck in dem Vorratsbehälter aufrechterhalten, durch den eine konstante Strömung zu der Nachweiseinheit 20 verursacht wird. Nach Durchtritt durch die Nachweiseinheit gelangt die Lösung über eine Leitung 24 zurück in das Bad 10.

Die Naclr.?eiseinheit 20 stellt die Abschwächung von Mikrowellenstrahlung fest, welche Abschwächung durch die hindurchströmende Lösung verursacht wird. Eine Steuerschaltung 26, die auf das Ausgangssignal der Nachweiseinheit 22 anspricht, steuert die Arbeitsweise von Pumpen 28 und 30 über elektrische Signalleitungen 32 bzw. 34. Diese Pumpen steuern die Durchflußrate, mit der Flüssigkeiten von den Tanks 34 und 36 über Leitungen 38 bzw. 40 dem Bad 10 zugeführt werden, um die gewünschte Konzentration aufrechtzuerhalten. In den Tanks 34,36 können Elektrolyte, Wasser oder andere Lösungen„oder Flüssigkeiten enthalten sein, mit deren Hilfe die Zusammensetzung oder andere Eigenschaften des Bads 1O einge-

- 14 stellt oder stabilisiert werden können.

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Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Mikrowellen-Nachweiseinheit 20 in Fig. 1. Die Nachweiseinheit 20 enthält einen MikroweIlengeneratorteil 50, einen Kopplungsteil 52 und einen Wellenleiterteil 54. Die Mikrowellenenergie wird mit Hilfe eines eine Gunn-Diode enthaltenden Mikrowellengenerators 56 erzeugt. Als Gunn-Diode findet vorzugsweise die Diode DGB 6 844A Verwendung. Zwei Abstimmglieder 58 und 60 auf gegenüberliegenden Seiten des Mikrowellengenerators 56 dienen zu dessen Abstimmung auf eine ausgewählte Frequenz.

Der Kopplungsteil 5.2 enthält eine Iris 62 und ein Abstimmglied 64, das vorzugsweise eine Schraube ist, mit der die Iris zur Einjustierung des Kopplungsabschnitts für eine optimale Übertragung verstellt werden kann.

Der Hohlleiterabschnitt 54 enthält erste und zweite Nachweisdioden 62,64 und zugeordnete Abstimmglieder in der Form von Schrauben 66, 68. Überwurfmuttern 7O_f72 dienen zum Anschluß der Leitung 18. Diese Leitung verläuft ununterbrochen durch den Hohlleiterabschnitt 54, in dem die Lösung der Mikrowellenstrahlung von dem Mikrowellengenerator 56 ausgesetzt wird. Die Stromversorgung des Generators 56 erfolgt über Zuleitungen 80,82. Die Zuleitung 82 ist ein gemeinsamer Leiter, der mit dem Gehäuse der Nachweiseinheit verbunden ist, um dieses auf einem Bezugspotential zu halten. An die Dioden 62 und 64 sind Leiter 84,86 zusammen mit dem Leiter 82 angeschlossen. Die Enden der Nachweiseinheit sind durch Platten 88,90 verschlossen.

Der Hohlleiterabschnitt 54 bildet einen Resonanzhohlraum, in den Energie über den Kopplungsteil 52 von dem Generator 56 eingekoppelt wird. Die Dioden 62 und 6 4 sind symmetrisch in diesem Hohlraum relativ zu der Mittellinie 92 der Leitung 18 im Durchtrittsbereich durch den Resonanzhohlraum angeordnet. Die Diode 62 ist zwischen dem Kopplungsabschnitt 52 und der Leitung 18 angeordnet, während die Diode 64 auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Durch diese Dioden werden deshalb unterschiedliche Signale in dem Hohlraum nachgewiesen, so daß entsprechend unterschiedliche Ausgangssignale erzeugt werden. Diese Ausgangssignale und deren Transformationen, wie deren Summen und Differenzen sind kenn-

zeichnend für unterschiedliche Eigenschaften der Strömung durch die Leitung 18, weshalb sie dazu verwendbar sind, Betriebsablaufe zu steuern, bei denen diese Eigenschaften gesteuert werden so'len.

Die Absorption von Mikrowellen in Lösung ist oft temperaturabhängig. Deshalb sind ein Temperaturfühler 100 und eine Heizeinrichtung 102 (Fig. 1) vorgesehen, um die Temperatur der Lösung auf eine vorherbestimmte Temperatur einzustellen. Die Charakteristik des Mikrowellengenerators 56 und die Charakteristik der Nachweisdioden 62 und 64 sind ebenfalls temperaturabhängig, weshalb ein Temperaturfühler 104 wie ein Thermistor und eine Heizeinrichtung 106 vorgesehen sind, die beispielsweise aus einem oder mehreren Widerständen in der Nachweiseinheit gebildet werden kann, um Wärme in Abhängigkeit von der Stromstärke zu erzeugen. Auf diese Weise wird die Temperatur der Nachweiseinheit 20 nachgewiesen und auf einem vorherbestimmten Wert gehalten.

Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Steuerschaltung 26 zum Nachweis der Änderung in der Lösung, die durch die Nachweiseinheit 20 strömt, sowie zum Erregen der Pumpen 2 8 und 30 zur Zufuhr von Flüssigkeiten aus den Tanks 34 und 36. Die Ausgangssignale der Nachweisdioden 62, 64 und der Temperaturfühler 100 und 104 werden einer Vorverstärker- und Fehlernachweiseinrichtung 120 zugeführt. Die Nachweiseinrichtung 120 bildet die Differenz zwischen den von den Dioden nachgewiesenen Signalen und verarbeitet die Signale von den Temperaturfühlern, so daß von den betreffenden Temperaturen abhängige Ausgangssignale erzeugt werden. Das dem Temperaturfühler 104 an der Nachweiseinheit 20 zugeordnete Signal wird der Schaltung als ein versetzendes Signal zugeführt, um Abweichungen der Nachweissignale in Abhängigkeit von der Temperatur zu kompensieren.

Die AusgangssignaIe der Nachweiseinrichtung 120 werden einem Kontroller 122 zugeführt, der erregende Signale einem Regler 124 zuführt, der die Pumpen 2 8, 30 erregt, um Elektrolyt oder andere Flüssigkeiten aus den Tanks 34,36 in das Bad 10 zu pumpen. Der Kontroller 122 enthält auch eine Schaltung, die teilweise Verzögerungen beim Auflösen des Elektrolyt in dem Bad 10 kompensiert, um die Zugabe von zuviel Elektrolyt zu vermeiden, und die Konzentration auf den ausgewählten Wert zu begrenzen. Der Kontroller 122 empfängt auch die Temperatursignale von der Nachweiseinrichtung

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120 und löst einen Alarm aus, wenn entweder die Temperatur des Bads 10 oder der Nachweiseinheit 20 oder die Konzentration des Elektrolyt in dem Bad 10 außerhalb vorherbestimmter Bereiche liegt,

Ein Anziegekontroller 125 erhält Signale von dem Kontroller und von der Nachweiseinrichtung 120, durch deren Verarbeitung ein Aktivierungssignal für eine Anzeigeeinrichtung 126 erzeugt wird, welche die Konzentration (oder eine andere gewünschte Eigenschaft) sowie die Temperatur des Bads und die Temperatur der Nachweiseinheit 20 anzeigt. Der Anzeigekontroller 126 enthält auch eine Schaltung, die das Aufleuchten und Abschalten der Anzeige bewirkt, falls die Signale von den Nachweisdioden 62 und 6 4 oder den Temperaturfühlern 100 und 104 außerhalb der ausgewählten Bereiche liegen.

Die Signale der Temperaturfühler 100 und 104 werden auch einem Badtemperatur-Kontroller 128 und einem Wellenleitertemperatur-Kontroller 130 zugeführt, welche beide die Signale von den betreffenden Temperaturfühlern mit Signale vergleichen, die für die ausgewählten Temperaturen kennzeichnend sind und durch die Bedienungsperson eingestellt werden. Die Kontroller 128 und 130 erzeugen auch Ausgangssignale, die für die Differenz zwischen den Temperaturen kennzeichnend sind, die durch die betreffenden Temperaturfühler nachgewiesen bzw. vorher ausgewählt werden. Die Kontroller 128 und 130 führen dem Regel 124 Signale zu, um die Heizeinrichtungen 102 und 106 zu erregen und damit die Temperatur des Bads 10 und der Nachweiseinheit 20 zu erhöhen, falls die nachgewiesenen Temperaturen unter die ausgewählten Temperaturen absinken.

In Fig. 5A - 5C ist ein Schaltbild der Vorverstärker- und Fehlernachweiseinrichtung 120 enthalten. Fig. 5A zeigt die Schaltung, welche die Temperatursignale von den Temperaturfühlern 100 und 104 (als Thermistoren dargestellt) empfängt und verarbeitet und ein Ausgangssignal liefert, das für jedes dieser Signale kennzeichnend ist.

Die Änderung des Widerstands des Temperaturfühlers 104, die für die Änderung dessen Temperatur kennzeichnend ist, wird in einem Verstärker 140 nachgewiesen und verstärkt, der durch einen ersten veränderlichen Widerstand 142 vorgespannt ist, um ein ausgewähl-

tes Ausgangsniveau zu liefern, wenn die tatsächliche Temperatur der Nachweiseinheit sich auf einer ausgewählten niedrigen Temperatur wie beispielsweise 25°C befindet- Ein zweiter veränderlicher Widerstand 144 dient zur Erzeugung eines ausgewählten Ausgangsniveaus, wenn die Temperatur der Nachweiseinheit sich auf einer ausgewählten hohen Temperatur von beispielsweise 45 C befindet. Das Ausgangssignal des Verstärkers 140 wird durch einen zweiten Verstärker 146 weiterverstärkt, um ein DET TEMP Nachweistemperatursignal zu liefern. Der Verstärker 146 enthält auch ein Tiefpaßfilter, um Geräusche wie ein Wechselspannungsbrummen auszufiltrieren.

Der durch einen Thermistor gebildete Temperaturfühler 100 wird zum Nachweis eine s großen Bereichs von Temperaturen benötigt. Vorzugsweise findet ein Thermistor-Netzwerk Nr. 44201 der Firma Yellow Springs Instrument Company Verwendung. Die Kombination von Verstärkern 148 und 150 liefert eine Versorgungsspannung von 363 Millivolt an den Temperaturfühler 100. Die Änderung des Widerstands des Temperaturfühlers 100 werden nachgewiesen und in einem Verstärker 152 verstärkt. Ein veränderlicher Widerstand 154 ermöglicht eine Eichung für die niedrige Temperatur, so daß der · Verstärker 152 ein ausgewähltes Ausgangsniveau hat, wenn sich das Bad 10 auf einer ausgewählten niedrigen Temperatur wie beispielsweise 20°C befindet. Ein zweiter veränderlicher Widerstand 156 ermöglicht eine Eichung für hohe Temperatur, so daß sich der Verstärker 152 auf einem ausgewählten Ausgangsniveau befindet, wenn die Temperatur des Bads sich auf einer ausgewählten hohen Temperatur von beispielsweise 80⁰C befindet. Das Ausgangssignal des Verstärkers 152 wird in einem Verstärker 158 verstärkt, dessen Ausgangssignal die Badtemperatur anzeigt. Der Verstärker 158 enthält ebenfalls ein Tiefpaßfilter zum Ausfiltrieren von Geräusch und Brummen.

Fig. 5B zeigt ein Schaltbild der Schaltung zum Empfang und Verarbeiten eines Signals von der Nachweisdiode 62, um die Änderung des Ausgangssignals der Nachweisdiode 62 in Abhängigkeit von der Temperatur der Nachweiseinheit 20 zu kompensieren und um ein Ausgangssignal zu liefern, das für das Niveau der Mikrowellenstrahlung kennzeichnend ist, die von der Nachweisdiode 62 nachgewiesen wird. Die Schaltung der Nachweisdiode 6 4 ist wie diejenige der

Nachweisdiode 62 ausgebildet.

Die Nachweiseinrichtung 120 hat zwei Betriebsarten. In einer ersten Betriebsart wird das verarbeitete Signal von der Nachweisdiode 64 mit dem verarbeiteten Signal von der Nachweisdiode 62 verglichen. In einer zweiten Betriebsart wird das verarbeitete Signal von der Nachweisdiode 62 mit einem Standardsignal verglichen, das in der Nachweiseinrichtung 120 erzeugt wird.

Fig. 5B enthält auch ein Schaltbild der Schaltung zur Erzeugung des Standardsignals und zur Auswahl zwischen den beiden Betriebsarten .

In Fig. 5B wird das Signal von der Nachweisdiode 62 einem Differenzverstärker 160 zugeführt, der einen Komparator 162 und einen Komparator 163 für die Zurückweisung einer gemeinsamen Betriebsart aufweist. Das Ausgangssignal des Komparators 163 gelangt über ein Tiefpaßfilter 164 zu einem Komparator 166. Dem Komparator 166 wird ein Signal von einem Netzwerk 168 für eine Temperaturkompensation zugeführt, um dadurch gewisse Änderungen des Ausgangssignals der Diode 62 in Abhängigkeit von deren Temperatur zu kompensieren.

Das Netzwerk 168 enthält einen Komparator 170, der das DET TEMP Temperatursignal empfängt und es dem Eingang eines zweiten Komparators 172 über einen Widerstand 176 zuführt. Das Ausmaß der Kompensation kann durch Änderung des Widerstands 176 eingestellt werden. Ein dritter Komparator 174 koppelt ein Gleichspannungs-Versetzungssignal an den Komparator 172. Das Temperaturkompensationssignal von dem Netzwerk 168 wird in einem Komparator 166 subttahiert. Das Aus gangs sign al des Komparators 166 wird über

Widerstand

einen veränderlichen/ 178, einen Komparator 180 und einen Pufferverstärker 182 zugeführt, um ein MIX Ausgangssignal zu.liefern.

Das Standardsignal ist ein Gleichspannungssignal, das von Verstärkern 192 und 194 geliefert wird. Das Spannungsniveau des Standardsignals ist mit Hilfe einer Anordnung von Schaltern 196 auswählbar, welche ein ausgewähltes Vorspannungssignal dem Verstärker 192 zuführen, um ein Ausgangssignal mit einem ausgewählten Spannungsniveau zu erzeugen. Ein Schalter 198 wählt entweder das Ausgangssignal von dem Verstärker 194 oder das Ausgangssignal von der Schaltung für die Nachweisdiode 64 aus (das Signal von

Schaltung für die Diode 64, das dem MIX Ausgangssignal von der Schaltung für die Diode 62 entspricht). Das ausgewählte Signal wird über den Schalter 198 einem Verstärker 200 in Fig. 5C zugeführt.

Ein Schalter 186 koppelt ein Gleichspannungssignal zu einem Netzwerk 95 für eine Temperaturkompensation. Ein Verstärker 184 koppelt ein Gleichspannungssignal mit der Schaltung zur Erzeugung des Standardsignals, speziell mit der Anordnung von Widerständen, die durch die Schalter 196 ausgewählt werden. Das Signal des Verstärkers 184 wird auch mit dem Netzwerk für die Temperaturkompensation in der Schaltung für die Nachweisdiode 6 4 gekoppelt. Die Signale von den Verstärkern 186 und 1984 werden zur Nulleinstellung der betreffenden Schaltung verwendet und können durch die veränderlichen Widerstände 188 und 190 eingestellt werden.

In der Schaltung in Fig. 5C wird das MIX Ausgangssignal von dem Verstärker 182 (Fig. 5B) mit dem STD Ausgangssignal von dem Schalter 198 (Fig. 5B) verglichen. Das MIX Ausgangssignal von der Diode 62 wird deshalb entweder mit dem analogen Ausgangssignal der Schaltung für die Diode 64 verglichen oder mit dem durch den Verstärker 194 gelieferten Standardsignal. Das Ausgangssignal des Verstärkers 200 wird über einen Verstärker 202 gekoppelt. Dem Verstärker 202 wird auch ein Differenzeinstellsignal von einem Verstärker 204 geliefert, dessen Größe kennzeichnend für die Einstellung eiies veränderlichen Widerstands 206 ist. Die Polarität hängt von der Einstellung des Schalters 208 ab. Der veränderliche Widerstand 206 kann verstellt werden, wenn die Bedienungsperson die gewünschte Konzentration des Elektrolyt in dem Bad 10 von der vorherausgewählten Konzentration auf eine neue Konzentration ändern will. Das Ausgangssignal des Verstärkers 204 bildet ein positives Gleichspannungs-Versetzungssignal, wenn eine Erhöhung der ausgewählten Konzentration erwünscht ist, oder ein negatives Gleichspannungssignal, wenn eine Verringerung der ausgewählten Konzentration gewünscht wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 202 ist ein Fehlersignal, das in einem Verstärker 210 invertiert werden kann, um ein invertiertes Fehlersignal zu bilden.

Im folgenden soll die Arbeitsweise näher erläutert werden. Die veränderlichen Widerstände 188 und 190 (Fig. 5B) werden eingestellt, bevor Lösung aus dem Bad 10 durch die Nachweiseinheit 20

hindurchgepumpt wird. Sobald die Lösung durch die Nachweiseinheit 20 hindurchgepumpt wird, und wenn der Schalter auf dem Kontakt REL umgeschaltet ist, werden der veränderliche Widerstand 178 (Fig. 5B) und der entsprechende veränderliche Widerstand für die Diode 64 durch die Bedienungsperson derart eingestellt, daß das Fehlersignal (Fig. 5C) von dem Verstärker 202 gleich Null ist. Wenn die Bedienungsperson wünscht, die ausgewählte Konzentration gegenüber der anfänglichen Konzentration zu ändern, können der Schalter 208 und der veränderliche Widerstand 206 (Fig. 5C) eingestellt werden, um die Konzentration zu erhöhen oder zu verringern.

Die Fig. 6A - 6C zeigen Schaltbilder von Teilen der Schaltung des Kontrollers 122 in Fig. 4. Die Schaltung in Fig. 6A empfängt und verarbeitet das Fehlersignal von der Schaltung in Fig. 5C und kompensiert gewisse Verzögerungen bei der Auflösung des Elektrolyt in dem Bad 10 nach dessen Zusatz in das Bad. Das Fehlersignal vom Verstärker 202 in Fig. 5C wird durch einen Verstärker 220 verstärkt, dessen Ausgangssignal zu dem Eingang eines Verstärkers 222 gelangt. Ein zweites Eingangssignal des Verstärkers 222 wird von einem Verstärker 22 4 geliefert, der ein Vorlauf- oder Verzögerungssignal liefert, um Verzögerungen bei der Auflösung des Elektrolyt zu kompensieren, der von den Tanks 34,36 in das Bad 10 gepumpt wird. Das Ausmaß des Vorlaufs oder-der Verzögerung wird zum Teil durch die Einstellung eines veränderlichen Widerstands 22 6 bestimmt. Das Ausmaß der Kompensation wird auch durch den Zustand des Differenzeinstellsignals bestimmt, das über einen Verstärker 228 zugeführt wird. Wenn also.die Bedienungsperson bestimmt, daß die Konzentration höher oder niedriger als vorher sein soll, erfolgt eine entsprechende Einstellung des Vorlauf oder der Verzögerung.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 222, das durch das verstärkte Fehlersignal von dem Verstärker 220 und das Signal von dem Verstärker 224 konditioniert wurde, wird in einem Verstärker 230 gepuffert. Ein veränderlicher Widerstand 2 32 stellt das Ausgangssignal des Verstärkers 2 30 ein, damit dieses für die angeschlossene Schaltung nicht zu groß wird. Die Bedienungsperson kann den veränderlichen Widerstand 2 32 einstellen, um das Ausgangssignal des Verstärkers 2 30 zu erhöhen oder zu verringern.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 230 wird über einen Schalter 240 einem Verstärker 242 zugeführt, wenn der Schalter 240 entsprechend einer automatischen Betriebsart eingestellt ist. We..η der Schalter 240 entsprechend einer manuellen Betriebsart eingestellt ist, wird der Eingang des Verstärkers 2 42 geerdet. In der manuellen Betriebsart wird das verarbeitete Signal von der Diode 62 und der Diode 64 nicht zur Beibehaltung der Konzentration des Elektrolyt in dem Bad 10 verwendet.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 2 42 wird in einem zweiten Verstärker 248 und einem weiteren Verstärker 250 weiterverstärkt. Ein Verstärker 244, dessen Eingang durch die Einstellung eines veränderlichen Widerstands 246 konditioniert wird, liefert ein Gleichspannungs-Versetzungssignal für den Eingang des Verstärkers 248. Das Ausgangssignal des Verstärkers 250 gelangt zu einem veränderlichen Widerstand 252 zur Erhöhung der Durchflußrate. Das Signal von dem einstellbaren Arm des veränderlichen Widerstands 252 gelangt zu dem Eingang eines Verstärkers 260 (Fig. 6B). Die Einstellung des veränderlichen Widerstands 252 bestimmt die Durchflußrate, mit der der Elektrolyt von den Tanks 34,36 dem Bad 10 zugesetzt wird.

Fig. 6B zeigt die Schaltung zur Erzeugung der Signale zur Steuerung des Reglers 124 (Fig. 4) zur elektrischen Erregung der Pumpen 28 und 30. Die Schaltung in Fig. 6B wandelt das Signal von dem einstellbaren Arm des veränderlichen Widerstands 252 um, um zwei Haltekreise einzustellen und zurückzustellen, wodurch Stopp- und Startsignale erzeugt werden, um wahlweise einen Triac in dem Regler 124 zu betätigen oder abzuschalten.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 260 wird über einen Integrator 262 einem Folgeregler 264 zugeführt. Wenn das Ausgangssignal· des Folgereglers 264 ein ausgewähltes Niveau erreicht, wird ein Haltekreis 266 eingestellt. Die Einstellung des Haltekreises 266 erregt einen Verstärker 26 8, welcher einen Feldeffekttransistor abschaltet. Wenn der Feldeffekttransistor 2 70 leitend ist, wird dadurch ein Kurzschluß über den Kondensator 2 76 einer integrierten Schaltung 272 bewirkt. Durch Abschalten des Transistors 270 wird deshalb deshalb der Kondensator 276 aufgeladen, so daß das Ausgangssignal der Integrierschaltung 2 72 ansteigt. Wenn das Ausgangssignal der Integrierschaltung 2 72 ein ausgewähltes Niveau

erreicht, wird ein Verstärker 274 erregt und ein Haltekreis 276 zurückgestellt. Gleichzeitig gelangt der Ausgang der Integrierschaltung 262 auf Null zurück.

Während der Haltekreis 266 eingestellt ist, stellt der Verstärker 2 70 einen zweiten Haltekreis 2 72 ein, der gleichzeitig zwei Verstärker 274 und 276 erregt, um ein Pump-Steuersiynal zu liefern, durch das ein Triac in dem Regler 124 zum Antrieb der Pumpe betätigt wird. Die Rückstellung des Haltekreises 266 verursacht ein Stoppsignal für das Beendigen der Pumpenbetätigung, wobei ein entsprechendes Abschaltsignal an das Triac im Regler:124 abgegeben wird.

Fig. 6C zeigt eine Schaltung zur Erzeugung eines Alarm- und eines Fehlersignals. Diese Signale werden erzeugt, wenn die Elektrolytkonzentration in dem Bad sich auf Werte außerhalb eines gewählten Bereichs ändert, oder wenn die Temperaturen des Bads 10 oder der Nachweiseinheit 20 außerhalb ausgewählter Bereiche liegen. Das Niveau des Fehlersignals wird in zwei Komparatoren 2 80 und 2 82 mit Signalen von veränderlichen Widerständen 284 bzw. 286 verglichen. Die Ausgangssignale der veränderlichen Widerstände 2 84 und 2 86 kennzeichnen die ausgewählten hohen und niedrigen Werte des Bereichs der annehmbaren Konzentrationen. In entsprechender Weise wird das Tempeiatursignal in einem Komparator 2 88 mit der Einstellung eines veränderlichen Widerstands 290 verglichen und das Temperatursignal der Nachweiseinrichtung wird in einem Komparator 292 mit der Einstellung eines veränderlichen Widerstands 29 4 verglichen. Die AusgangssignaIe der veränderlichen Widerstände 290 und 292 kennzeichen die ausgewählten niedrigen Temperaturen des Bads HO bzw. der Nachweiseinheit 20. Die Ausgangssignale der Komparatoren 280,282,288 und 292 werden durch eine ODER-Schaltung 296 kombiniert, deren Ausgangssignal anzeigt, ob eines oder mehrere der betreffenden Signale außerhalb der ausgewählten Bereiche liegen oder nicht. Das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 296 gelangt zu einer Alarmschaltung 29 8, die Alarmsignal und ein Fehlersignal erzeugt, wenn das Fehlersignal, das Badtemperatursignal oder das Temperatursignal der Nachweiseinheit außerhalb der betreffenden ausgewählten Bereiche liegt. Durch das Alarmsignal wird eine an sich bekannte akustische Alarmeinrichtung (Fig. 4) betätigt.

Fig. 7 zeigt ein Schaltbild des Anzeigekontrollers 125 in Fig. 4. Der Anzeigekontroller empfängt Signale von der Vorverstarker- und Fehlernachweiseinrichtung 120, dem Kontroller 122 und den Temperaturkontrollern 122 und 128 (Fig. 4) und verarbeitet diese. Die verarbeiteten Signale werden einer Anzeigeeinrichtung 126 in Fig. 4 zugeführt.

Der Anzeigekontroller 125 enthält einen Komparator 300, der das Badtemperatursignal von der Schaltung in Fig. 5A erhält, und ein SEL Badtemperatursignal von einem veränderlichen Widerstand (Fig. 8), welches kennzeichnend für die ausgewählte Badtemperatur ist, die durch die Bedienungsperson eingestellt wurde. Wenn das Badtemperatursignal außerhalb eines vorherbestimmten Bereichs um das SEL Badtemperatursignal liegt, vorzugsweise kennzeichnend für 1°C oder 2°C um die ausgewählte Badtemperatur, liefert der Komparator 300 ein Signal, das einen Eingang eines NAND-Gatters 302 erregt. Ein zweiter Komparator 304 empfängt das entsprechende DET TEMP und SEL DET TP Signal, welche der Nachweiseinheit 20 zugeordnet sind. Das SEL DET TP Signal wird durch einen veränderlichen Widerstand in dem Wellenleitertemperatur-Kontroller 130 (Fig. 9) erzeugt. Ein Komparator 304 liefert ein Signal zur Erregung eines Eingangs eines NAND-Gatters 306, wenn die Wellenleitertemperatur sich gegenüber der ausgewählten Temperatur um mehr als einen vorherbestimmten Betrag ändert.

NAND-Gatter 302 und 306 koppeln die Signale von den Komparatoren 300 und 304, wenn ein Schalter 308 nicht geschlossen ist. Ein Schalter 3 85 wird von der Bedienungsperson geschlossen, wenn ein Temperaturalarm nicht erwünscht ist. Das Ausgangssignal der NAND-Gatter 302 und 306 wird über ein NAND-Gatter 310 und ein UND-Gatter 312 gekoppelt, wenn ein Schalter 314 für eine automatische Betriebsart geschlossen wird. Wenn das UND-Gatter 312 erregt wird, leuchtet eine Emissionsdiode 316 auf.

Der Anzeigekontroller 125 enthält auch eine Treiberschaltung für die numerische Anzeigeeinrichtung 126 (Fig. 4), und zwar in Abhängigkeit entweder von der Badtemperatur oder der Temperatur der Nachweiseinheit. Eines dieser Temperatursignale wird über einen Schalter 320 als Temperaturauswählsignal an einen Dekoder und Treiber gekoppelt. Das Niveau des Temperaturauswählsignals ist

kennzeichnend für die Temperatur des Badtemperaturfühlers oder des Temperaturfühlers 104 der Nachweiseinheit. Der Dekoder und Treiber 322 stellt das Spannungsniveau des Temperaturauswählsignals fest und erzeugt ein digitales Ausgangssignal zur Steuerung einer an sich bekannten numerischen Anzeigeeinrichtung 126.

Der Anzeigekontroller 125 enthält auch einen zweiten Dekoder und Treiber 32 4, der das Niveau des Fehlersignals nachweist und Signale zur Erregung einer numerischen Anzeigeeinrichtung erzeugt. Wenn das Fehlersignal außerhalb eines gewünschten Bereichs liegt, wird ein J-K Flipflop 326 betätigt, um abwechselnd einen Eingang eines UND-Gatters 32 8 zu erregen oder nicht zu erregen. Das UND-Gatter 32 8 liefert deshalb abwechselnd ein Leersignal oder ein nicht, wenn das Fehlersignal von Fig. 6C geliefert wird. Das abwechselnde Auftreten oder Fehlen des Leersignals dient dazu, die Anzeigeeinrichtung 126 ein- oder auszuschalten, wenn die Konzentration des Elektrolyt in dem Bad außerhalb des ausgewählten Bereichs liegt.

Fig. 8 zeigt die Schaltung in dem Badtemperatur-Kontroller 128 (Fig. 4) zum Empfang des Badtemperatursignals von der Nachweiseinrichtung 120, um dieses mit dem ausgewählten Badtemperatursignal zu vergleichen, das von der Bedienungsperson ausgewählt wurde, und um ein Signal zur Erregung eines nicht dargestellten Triac in dem Regler 124 zu erzeugen, durch welches die Heizeinrichtung 102 (Fig. 1) erregt wird.

In Fig. 8 wird das Badtemperatursignal einem Verstärker 340 zugeführt. Die Vorspannungsschaltung des Verstärkers 340 enthält ein Netzwerk mit einem Widerstand 342 und einem Kondensator 344, so daß das Ausgangssignal des Verstärkers 340 gegenüber dem Badtemperatur-Eingangssignal voreilt, wodurch der Badtemperatur-Kontroller daran gehindert wird, die ausgewählte Temperatur zu überschreiten. Das verstärkte Signal von dem Verstärker 340 gelangt zu dem einen Eingang eines Komparators 346. Das zweite Eingangssignal des Komparators 346 wird von einem Verstärker 348 geliefert, dessen Ausgangsniveau durch die' Einstellung eines veränderlichen Widerstands 350 bestimmt wird. Der veränderliche Widerstand 350 kann durch die Bedienungsperson in der Art eingestellt werden, daß eine ausgewählte Bädtemperatur bestimmt wird.

Dadurch wird ein Ausgangssignal zur Auswahl der Badtemperatur erzeugt, das auch dem Komparator 300 in Fig. 7 zugeführt wird.

Das Ausgangssignal des !Comparators 346, das der Differenz zwischen der Badtemperatur und der ausgewählten Badtemperatur entspricht, wird'in einem Verstärker 34 8 verstärkt und einer Integrierschaltung 350 zugeführt. Die Integrierschaltung 350 hat eine hohe Verstärkung bei niedrigen Frequenzen und eine Verstärkung von Eins bei hohen Frequenzen. Dadurch werden schnelle Schwankungen des Temperaturdifferenzsignals geglättet, das von dem Komparator 346 erhalten wird. Das geglättete Ausgangssignal der Integrierschaltung 350 gelangt dann zu einer zweiten Integrierschaltung ,352.

Ein zweites Signal, das Änderungen der Leitungsspannung an der Heizeinrichtung 102 entspricht, wird durch ein Netzwerk 354 erzeugt und der Integrierschaltung 352 über einen Feldeffekttransistor 356 zugeführt. Das Signal des Feldeffekttransistors 356 liefert deshalb einen gewissen Betrag der Regelung der Heizeinrichtung in Abhängigkeit von Änderungen der Leitungsspannung an der Heizeinrichtung 102.

Wenn das Ausgangssignal der Integrierschaltung 352 ein ausgewalltes Spannungsniveau erreicht, liefert ein Komparator 354 ein Signal, durch das ein Flipflop 356 eingesiellt wird, wenn es darauffolgend durch ein Ausgangssignal von einem Komparator 358 zeitlich gesteuert wird. Der Komparator 358 liefert ein Ausgangssignal, wenn das 60 HzNetzspannungssignal den Nullpunkt durchläuft. Wenn das Flipflop 356 eingestellt ist, wird ein Verstärker 360 erregt, durch den der Feldeffekttransistor 356 leitend wird, um das Ausgangssignal von dem regelnden Netzwerk 354 zu der Integrierschaltung 352 zu koppeln. Wenn der Feldeffekttransistor 356 leitend wird, beginnt die Verringerung des Ausgangssignals der Integrierschaltung 352 auf den Wert Null, wodurch der Komparator 354 angeschaltet wird und dadurch das Flipflop 356 betätigt wird, so daß eine Rückstellung bei dem nächsten Taktsignal von dem Komparator 35 8 erfolgt.

Wenn das Flipflop 356 eingestellt ist, werden zwei Komparatoren 362,364 durch den Verstärker 360 erregt, um ein Heizsteuersignal über eine Diode 366 zu liefern. Das Steuersignal von der Diode 366 für die Heizeinrichtung wird dann dem Leistungsregler 124

(Fig. 4) gekoppelt/ um ein Triac zu erregen, so daß an die Heizeinrichtung 102 eine Spannung angelegt wird. Durch die Rückstellung des Flipflops 356 wird das Triac abgeschaltet.

Fig. 9 zeigt eine Schaltung für den Wellenleitertemperatur-Kontroller 130 in Fig. 4 zum Nachweis der Temperatur der Nachweiseinheit 20. Es erfolgt ein Vergleich mit einer Temperatur, die durch die Bedienungsperson bestimmt wird, so daß die Heizeinrichtung. 106 erregt wird, um die Temperatur der Nachweiseinheit 20 zu erhöhen, wenn diese unter einen ausgewählten Wert abfällt. Das Temperatursignal der Nachweiseinheit 20 (von dem Verstärker 146 in Fig. 5A) wird durch einen Verstärker 380 verstärkt und einem Eingang eines !Comparators 382 zugeführt. Die Vorspannungsschaltung des Verstärkers 380 enthält einen Kondensator 384 und einen Widerstand 386, so daß das Ausgangssignal des Verstärkers 384 gegenüber dem nachgewiesenen Temperatursignal voreilt, um eine Überschreitung der ausgewählten Temperatur zu verhindern.

Der zweite Eingang des !Comparators 382 ist mit einem Verstärker 384 verbunden. Der Verstärker 384 erhält eine Eingangssignal über eiten veränderlichen Widerstand 386, der durch die Bedienungsperson eingestellt werden kann, um eine gewünschte Temperatur der Nachweiseinheit 20 zu bestimmen. Das Ausgangssignal des veränderlichen Widerstands 386 ist ein Auswähltemperatursignal, das ebenfalls dem Komparator 304 in Fig. 7 zugeführt wird.

Das Signal von dem Komparator 382 wird über einen Verstärker 388 einer Integrierschaltung 390 zugeführt. Die Integrierschaltung 390 hat wie die Integrierschaltung 350 in Fig. 8 eine Verstärkung von Eins bei hohen Frequenzen und eine große Verstärkung bei niedrigen Frequenzen, wodurch die hochfrequenten Komponenten des Signals von dem Verstärker 388 geglättet werden. Das Ausgangssignal der Integrierschaltung 390 wird dann durch einen Verstärker 392 gepuffert und einer zweiten Integrierschaltung 39 4 zugeführt.

Ein Eingang der Integrierschaltung 394 wird sowohl durch das Signal von der Integrierschaltung 392 als auch durch das Signal entsprechend dem Signal konditioniert, das dem Regler 124 (Fig. 4) zugeführt wird. Das letztere Signal wird von einem Darlington-Transistor 396 über einen Widerstand 39 8 und eine Diode 400 zugeführt und mit dem Signal von der Integrierschaltung 392 addiert.

_ 2 7 —

Wenn das Ausgangssignal der Integrierschaltung 39 4 ein ausgewähltes Niveau erreicht, wird ein Komparator 402 eingeschaltet, um ein Flipflop 404 einzustellen. Durch die Einstellung des Flipflops 404 werden eine Leuchtdiode 406 und ein Transistor 408 erregt. Der Transistor 408 macht dann den Darlington-Leistungstransistor 396 leitend, wodurch das Heizsignal geliefert wird, das einem Triac in dem Leistungregler 124 in Fig. 4 zugeführt wird, um die Netzspannung an die Heizeinrichtung 106 anzulegen.

Wenn das Heizsignal erzeugt wird, gelangt das Ausgangssignal der Integrierschaltung auf Null zurück, wodurch der Komparator 402 abgeschaltet wird. Das Flipflop 404 bleibt jedoch eingestellt,' bis es durch einen Komparator 410 zurückgestellt wird. Der Komparator 410 wird durch ein Signal von einer Integrierschaltung 412 betätigt. Die Intergrierschaltung 412 enthält einen Kondensator 414, der entsprechend der positiven Spannung aufgeladen wird, die an den Darlington-Leistungstransistor 416 angelegt wird, also entsprechend der Spannung, die dem Leistungsregler 124 zugeführt wird. Deshalb hängt die Zeit vor einer Rückstellung des Flipflop 404 nach dessen erster Einstellung von der Spannung ab, die dem Leistungsregler 124 zugeführt wird. Der Kondensator wird entladen, wenn ein Feldeffekttransistor 416 leitend wird, also während das Flipflop 404 zurückgestellt wird. Deshalb verursacht die Einstellung des Flipflops 404 die Aufladung des Kondensators 414, wodurch das Flipflop 404 über den Komparator 410 zurückgestellt wird.

Die beschriebene Nachweis- und Steuervorrichtung weist wesentliche Vorteile im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen und Verfahren vergleichbarer Art auf. Mit einer derartigen Vorrichtung können Messungen unterschiedlicher Art innerhalb von wenigen Minuten durchgeführt werden, während früher Meßzeiten von 10 Minuten oder Vielfachen davon erforderlich waren. Außerdem können Meßgenauigkeiten von 1% oder weniger im Vergleich zu Meßgenauigkeiten von 10% oder mehr bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen erzielt werden. Da die Messungen schneller und genauer durchgeführt werden können, kann eine beträchtliche Einsparung von Materialkosten erzielt werden. Bei Elektroplatierverfahren wurden Testversuche durchgeführt, bei denen die Konzentrationen unterschiedlicher Bestandteile überwacht wurden, wurden Einsparpngen von mehr als

25% bei vielen der chemischen Bestandteile erzielt, die bei Piatierverfahren Verwendung finden. Dies ist besonders bedeutungsvoll bei der Verwendung von Platermateriaüen wie Gold, Palladium und anderen üblicherweise bei derartigen Verfahren verwendeten Materialien.

Die grafischen Darstellungen in Fig. 1OA und 1OB betreffen Meßergebnisse bei Durchleitung von Schwefelsäure und Kupfersulfat in unterschiedlichen Konzentrationen durch die Nachweiseinheit. Änderungen von weniger als 1% der Konzentration dieser Materialien können schnell und ohne weiteres durch die beschriebene Nachweiseinheit nachgewiesen werden. Eine große Vielfat von anderen Materialien können überwacht werden, insbesondere nicht nur chemische Lösungen, Aktivatoren und Lösungsmittel, etc., die beim Elektroplatieren Verwendung finden, sondern auch Nahrungsmittel wie Milch, Bier, alkoholische Getränke und sonstige Flüssigkeiten. Ferner ist die Erfindung nicht nur zur Bestimmung der Konzentration von zahlreichen Materialien geeignet, sondern auch zur Identifizierung unbekannter Materialien oder unbekannter Bestandteile im übrigen bekannter Materialien. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel finden die beiden Nachweisdioden dazu Verwendung, die erforderlichen Informationen zur Erzeugung des Ausgangssignals zu erhalten, das für die ausgewählte Eigenschaft der Flüssigkeit kennzeichnend ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, da auch mit Hilfe einer einzigen Diode geeignete Ausgangssignale erhalten werden können. Insbesondere wurde festgestellt, daß eine der Diode (die am nächsten relativ zu dem Mikrowellengenerator angeordnet ist) besonders gut auf die Anwesenheit von metallischen Bestandteilen in der Flüssigkeit anspricht, während die entferntere Diode besonders git auf die Anwesenheit von Säurebestandteilen in der Flüssigkeit anspricht. Wenn also nur eine einzige Komponente von Interesse bei einer speziellen Messung oder Überwachung ist, können geeignete Informationen mit Hilfe der einen oder der anderen dieser beiden Dioden erhalten werden. Die Verwendung beider Nachweisdioden ist jedoch dann vorzuziehen, wenn Flüssigkeiten mehrere Bestandteile enthalten, bezüglich deren Überwachungen oder Messungen erfolgen sollen. In derartigen Fällen können bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens bei der Verwendung beider Nachweis-

dioden Informationen erhalten werden, die eine Identifizierung der interessierenden Eigenschaften der unterschiedlichen Bestandteile ermöglichen.

Claims

Patentansprüche

/ 1./Vorrichtung zur Regelung und Steuerung der Konzentration einer Lösung auf eine vorherbestimmte Konzentration, bestehend aus

a) einem Mikrowellengenerator (56) und einer Einrichtung zum Ankoppeln der Mikrowellen an einen Wellenleiter,

b) einer Leitung (18), durch die die Lösung dan Wellenleiter quer zu dessen Achse durchströmt,

c) einer ersten Mikrowellen-Nachweiseinrichtung (62), die in dem Wellenleiter zwischen dem Mikrowellengenerator (56) und der Leitung (18) angeordnet ist und ein erstes Signal liefert ,

d) einer zweiten Mikrowellen-Nachweiseinrichtung, die in dem Wellenleiter auf der dem Mikrowellengenerator gegenüberliegenden Seite über Leitung (18) angeordnet ist und ein zweites Signal liefert, sowie aus

e) einer Einrichtung zur Einstellung der Konzentration der Lösung in Abhängigkeit von den Signalen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung und Ankopplung der Mikrowellen einen Hohlraumresonator aufweist und daß die den Hohlraumresonator bildende Einrichtung eine Öffnung zur Übertragung der Mikrowellen aufweist.

_ 2 —
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch, gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen und Ankoppeln der Mikrowellen einen zweiten Hohlraum und eine Öffnung zum Ankoppeln der Mikrowellen und eine weitere Öffnung zur Übertragung der Mikrowellen zu dem Wellenleiter aufweist, und daß der zweite Hohlraum als Entkoppler zwischen dem Mikrowellengenerator und dem Wellenleiter dient.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen und Ankoppeln der Mikrowellen eine Abstimmeinrichtung mit Abstimmschrauben aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne, t, daß die Einrichtung zum Transport der Lösung durch den Wellenleiter eine Rohrleitung ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter eine wesentlich größere Abmessung in Längsrichtung als in Querrichtung aufweist, und daß die Rohrleitung in Querrichtung des Wellenleiters angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Nachweiseinrichtung (62) und die zweite Nachweiseinrichtung (6 4) in gleichen Abständen von der Rohrleitung (18) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Nachweiseinrichtung (62) und die zweite Nachweiseinrichtung (64) in gleichen Abständen von der Rohrleitung versetzt gegenüber der Längsachse um gleiche Abstände auf gegenüberliegenden Seiten davon angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Wellenleiter ein Temperaturfühler (104) zur Erzeugung eines vierten temperaturabhängigen Signals vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichn et, daß das vierte Signal der ersten Nachweiseinrichtung zur Änderung des ersten Signals zuführbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Signal der zweiten Nachweiseinrichtung zur Änderung des zweiten Signals zuführbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines "fünften Signals vorgesehen ist, das einer ausgewählten Temperatur entspricht, daß eine Einrichtung zum Vergleichen des vierten Signals mit dem fünften Signal und zur Erzeugung eines sechsten Signals vorgesehen ist, wenn die Temperatur des Wellenleiters unter der ausgewählten Temperatur liegt, und daß der Wellenleiter eine Heizeinrichtung enthält, die in Abhängigkeit von der Erzeugung des sechsten Signals erregt wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Nachweis der Temperatur der Lösung und zur Erzeugung eines siebten Signals vorgesehen ist, daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines achten Signals entsprechend einer ausgewählten Temperatur vorgesehen ist, daß eine Einrichtung zum Vergleichen des siebten Signals mit dem achten Signal und zur Erzeugung eines neunten Signals vorgesehen ist, wenn die Temperatur der Lösung unter der ausgewählten Temperatur liegt, und daß eine Einrichtung zum Erhitzen der Lösung in Abhängigkeit von der Erzeugung des neunten Signals vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung eine Einrichtung zum Zusatz des Stoffs in die Lösung in Abhängigkeit von dem dritten Signal aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung eine Einrichtung aufweist, durch die die Konzentration des Stoffs in der Lösung im Vergleich zu der vorherbestimmten Konzentration änderbar ist, daß durch diese Einrichtung ein zehntes Signal erzeugbar ist, und daß die Einstelleinrichtung auf die Summe des dritten und zehnten Signals anspricht.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung eine Einrichtung zur Kompensation von Verzögerungszeiten zwischen dem Zusatz

des Stoffs und dessen Auflösung aufweist, und daß diese derartige Verzögerungen kompensierende Einrichtung eine Einrichtung enthält, die auf das dritte Signal anspricht/ um ein gegenüber dem dritten Signal voreilendes elftes Signal zu erzeugen, daß die Einstelleinrichtung auf die Summe des dritten und des elften Signals anspricht, und dadurch der Zusatz von zu großen Mengen des Stoffs verhindert wird, um ein Überschreiten der vorherbestimmten Konzentration zu vermeiden.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Erzeugungeeinrichtung ferner eine Einrichtung zur Erzeugung eines Bezugssignals und· zum Ankoppeln des ersten Signals oder des Bezugssignals an die Einrichtung zur Erzeugung des dritten Signals enthält.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch

A) eine Mikrowellen-Nachweiseinheit (20) mit

1. einem eine Längsachse aufweisenden Hohlraum, der eine erste Breite in Teilen in der Nähe der Enden, des Hohlraums und eine zweite größere Breite zwischen den Enden des Hohlraums aufweist, wobei die Teile mit der ersten Breite den Mikrowellengenerator und einen Wellenleiterteil umgeben, und der Teil mit der zweiten Breite einen Entkoppelungsteil darstellt,

2. einer Gunn-Diode zur Übertragung von Mikrowellenstrahlung in den die Mikrowellen erzeugenden Teil,

3. einer Rohrleitung durch den Wellenleiterteil, die senkrecht zu der Achse verläuft, und von der ein Ende zum Empfang von Lösung aus dem überwachten Behälter angeschlossen ist, mit einer Umwälzpumpe sowie einer Leitung zur Rückführung der Lösung in den überwachten Behälter,

4. einer ersten auf Mikrowellenstrahlung ansprechenden Diode, die in dem Hohlraum zwischen der Rohrleitung und der Gunn-Diode angeordnet ist, welche erste Diode das erste Signal in Abhängigkeit von der auffallenden Mikrowellenstrahlung erzeugt,

5. einer zweiten auf Mikrowellenstrahlung ansprechenden Diode, die in dem Hohlraum auf der gegenüberliegenden

Seite der Rohrleitung im Vergleich zu der ersten Diode angeordnet ist, welche zweite Diode das zweite Signal in Abhängigkeit von auffallender Mikrowellenstrahlung erzeugt, wobei die erste Diode und die zweite Diode einen gleichen Abstand von der Rohrleitung in dem Hohlraum aufweisen und gegenüber der Längsachse um einen gleichen Abstand versetzt auf gegenüberliegenden Seiten der Längsachse angeordnet sind,

B) einer Einrichtung zum Empfang und zur Verarbeitung des ersten und des zweiten Signals und zur Erzeugung eines dritten Signals in Abhängigkeit davon, sowie mit

C) einer Pumpeinrichtung zum Transport des Stoffs aus einem Vorratsbehälter zu dem überwachten Behälter in Abhängigkeit von dem dritten Signal.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen-Nachweiseinheit einen Thermistor zur Erzeugung eines Signals in Abhängigkeit von der Temperatur der Nachweiseinheit enthält, und daß die Verarbeitungseinrichtung eine Einrichtung zum Empfang des Thermistorsignals und zur Verwendung des Thermistorsignals in Verbindung mit der Verarbeitung des ersten und des zweiten Signals aufweist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch 'gekennzeichnet, daß die Nachweiseinheit eine Heizeinrichtung zum Erhitzen enthält, und daß eine Einrichtung zur Vorwahl einer Temperatur und zur Erregung der Heizeinrichtung vorgesehen ist, wenn das Signal von dem Thermistor anzeigt, daß die Temperatur der Nachweiseinheit sich von der vorherbestimmten Temperatur unterscheidet.
21. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachweiseinheit zwei Abstimmglieder in dem Wellenleiterteil enthält, die auf gegenüberliegenden Seiten der Rohrleitung entlang der Längsachse angeordnet sind,und daß die Abstimmglieder gleiche Abstände von der Rohrleitung aufweisen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachweiseinheit zwei Abstimmglie -

der aufweist, die in dem Bereich zur Erzeugung der Mikrowellen auf gegenüberliegenden Seiten der Gunn-Diode angeordnet sind.
23. Vorrichtung zur Überwachung einer ausgewählten Eigenschaft eines Fluids, entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch

A) eine einen Resonanzhohlraum für Mikrowellenenergie begrenzende Einrichtung,

B) eine Nachweiseinrichtung in dem Resonanzhohlraum, die ein elektrisches Ausgangssignal in Abhängigkeit von der auffallenden'Mikrowellenenergie abgibt,

C) einen Vorratsbehälter für das zu überwachende Fluid,

D) eine geschlossene Leitung durch den Hohlraum zum Transport von Fluid von dem Vorratsbehälter durch den Hohlraum, um eine Wechselwirkung mit dem darin vorhandenen Feld zu ermöglichen, und durch

E) eine auf das Ausgangssignal der Nachweiseinrichtung ansprechende Einrichtung zur Erzeugung einer empfindlichen Anzeige von Änderungen der nachgewiesenen Energie in Abhängigkeit von der Fluidströmung.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um das Fluid in dem Vorratsbehälter auf einem im wesentlichen konstanten hydraulischen Druck zu halten, und daß die Leitung einer Fluidzufuhr von dem Vorratsbehälter in den Hohlraum durch Schwerkrafteinwirkung ermöglicht.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen-Nachweiseinheit mindestens eine erste auf Mikrowellenenergie ansprechende Diode enthält, die für ein spezielles Ansprechvermögen für den Nachweis metallischer Bestandteile in dem Fluid vorgesehen ist, und daß eine zweite auf Mikrowellenenergie ansprechende Diode für ein spezielles Ansprechvermögen auf saure und basische Bestandteile in dem Fluid vorgesehen ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum für eine Bestrahlung durch

. eine Quelle am einen Ende davon vorgesehen ist, daß eine erste

der beiden Dioden zwischen der Mikrowellenquelle und der Leitung vorgesehen ist, und daß eine zweite der beiden Dioden an einer Stelle oberhalb der Quelle und der Leitung angeordnet ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet/ daß die Dioden symmetrisch zu der Leitung angeordnet sind.