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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft den Gerätebau und bezieht sich insbesondere
auf eine Einrichtung zur Messung der Menge und Crosse fester Teilchen in flüssigen
und Gasmedien0 Die Einrichtung kann mit Erfolg bei operativer Messung der Verstaubung
der Umgebungsluft in den Räumen, bei einer Dispersionsanalyse von Pulvern und Aerosolen,
bei einer Kontrolle von Filtern, bei einer Beurteilung der Reinheit von Betriebs-
und Waschflüssigkeiten, im Gerätebau, in der elektronischen und chemischen Industrie,
in der Pulvermetallurgie, Biologie, Medizin, Pharmakologie u.a. eingesetzt werden.
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Es ist eine Einrichtung zur Messung der Menge und Grobe fester Teilchen
in flüssigen und Gasmedien (S. F.
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Oeseburg, Chr. H. Moon and R. Roos "A data processing system for the
Royco aerosol particle counter 225 and determination of the properties of the moditied
system, J. "Aerosol Set", vol. 10, p.p. 591 to 597, Pergamon Press Ltd., 1979, Printed
in Great Britain) bekannt.
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Die vorliegende Einrichtung enthalt einen fotoelektrischen Umformer
der Teilchengrosse in elektrische Impulse, einen Spitzendetektor, ein Interface
und einen Minicomputer mit der Ausgabe aui einen Digitaldrucker. Diese Einrichtung
wird aber durch einen verhältnismässig kleinen Bereich der zu messenden Teilchen
(0,3 bis d'n und etwas mehr als 3 µm) sowie durch eine komplizierte schaltungstechnische
Ausführung gekennzeichnet, die aui die Einführung des Minicomputers zurückzuführen
ist.
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Durch einen grösseren Bereich der zu messenden Teilchen (0,5 bis
10 µm) zeichnet sich eine Einrichtung zur Messung der Menge und Größe fester Teilchen
in flüssigen und Gasmedien als tragbarer Zahler und Analysator der Grosse von Staubteilchen
(e. einen Beitrag von Moroz W.S., Withstandley V.D., Anderson G.w. "A portable counter
and size analyzer ior airborne dust", Review "Set inetrum.", I970, 41, N. 7, 979-983)
aus.
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Der Zähler enthält einen rotoelektrischen Umformer der Teilchengrösse
in einen elektrischen Impuls propor-
tionaler Amplitude, dessen
Ausgang über einen Impulsepei cher an zwei Kanale mit verschiedenem Pegelunterschei
dungsgrad zur Amplitudenselektion von Impulsen angeschlossen ist.
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Der erste Kanal besteht aus einer Reihenschaltung Ton einem Verstärker,
einem Diskriminator, einem Selektor und einer Registriereinheit.
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Der zweite Kanal enthält einen Verstärker, dessen Ansgang an einen
Diskrlminator geschaltet ist, der über einen Invertor mit einem Eingang des Selektors
des ersten Kanals und mit einem Eingang des Selektors des zweiten Kanals verbunden
ist, dessen Ausgang an eine Regist einheit angeschlossen ist.
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Der Ausgang des Diskriminators des ersten Kanals ist an eine Verzögerungseinheit
gelegt, deren Ausgang mit dem Eingang eines Stroblmpulsformers verbunden ist, dessen
Ausgang seinerseits mit den Eingängen der Selektoren des ersten und des zweiten
Kanals und mit dem Eingang einer Rückatellschaltung gekoppelt ist, deren Ausgang
an einem Impulsspeicher geführt ist.
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Die bekannte Einrichtung arbeitet wie folgt.
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Die in der Luft suspendierten festen Teilchen werden mit Hilfe eines
Entnahmerohres und einer Pumpe durch die Licht zone des fotoelektriechen Umformers
unter Lichtstreuung durchgelassen. Der Fotovervielfacher des Umformers wandelt die
durch die Teilchen zerstreuten Lichtimpulse in Spannungsimpulse um. Die Amplitude
undFrequenz dieser Impulse sind der Gr-6nee der Teilchen und deren enge proportional.
Jeder durch einen Vorverstärker verstarkte Impuls vom Ausgang des Umformers wird
durch den Impulsspeicher in ein zur Teilchengrose proportionales konstantes Signal
verwandelt, das dann auf die Eingang der Verstarker Jedes Kanals und nachher auf
DiBkriminatoren auftrifft, die verschiedene, den gewählten Grenzen der Grosse der
zu registrierenden Teilchen entsprechende Pegelunterscheidungsgrade aufweisen.
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mach Erregung des Dinkriminators des ersten Kanals mit dem niedrigen
Pegelunterscheidungsgrad gelangt der
Impuls vom Ausgang des Diskriminators
in die Verzögerungseinheit von 500? s. Im Laufe dieses Zeitintervalle bleibt der
Diskriminator des ersten Kanals erregt, während der Diskriminator des zweiten Kanals
eowohl erregt als auch nicht erregt in Abhangigkeit vom Signalpegel sein kann. Zur
Ausführung einer Impulezähloperation nur in einem Kanal gelangt ein Sperrsignal
des Diskriminators des zweiten Kanals über den Invertor an einen Eingang des Selektors
des ersten Kanals, wenn der Diskriminator des zweiten Kanals erregt ist. Der Impuls
passiert also die Selektoren des ersten oder des zweiten Kanals in Abhangigkeit
vom Zustand des Diskriminators.
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Nach Beendigung der VerzoZgerung wird ein Strobimpuis mit einer Dauer
von 75 µs erzeugt, der einen Signaldurchgang durch die Selektoren in die Registriereinheiten
freigibt, während nach Abklingen des Strobimpulses die Rückstellschaltung anspricht,
die einen Kondensator im Impulsspeicher entladt, wodurch die Einrichtung auf den
Empfang des nachsten Impulses vorbereitet wird. Die Freigabezeit der bekannten Einrichtung
beträgt also 575 µs.
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Die vorliegende Einrichtung wird durch eine relativ niedrige Genauigkeit
bei der Messung von Kurzzeitimpulsen gekennzeichnet, die durch eine mögliche Entladung
de Kondensators des Irnpulsspeichers für die Verzögerungsseit von 500 µs bedingt
ist, was zu einem Genauigkeitsverlust bei der Messung der Teilchengrösse führt.
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Darüber hinaus hat das Vorhandensein der Verzögerungseinheit bei
der Einrichtung eine Verringerung der Schnellwirkung der Einrichtung zur Folge und
macht einen Ubersprung bei der Impulszahlung in dem Pall möglich, wo der Abstand
zwischen ihnen kleiner als die Freigabezeit der Einrichtung (575's) ist, für die
die Verzogerungseinheit massgebend ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Messung
der Menge und Grösse fester Teilchen in flüssigen und Gasmedien zu entwickeln, die
durch
einen weiten Grossenbereich der zu messenden Teilchen gekennzeichnet wird, wobei
deren Schaltung keine Verzögerungseinheit enthält, was es gestattet, die Schnellt
Wirkung der Einrichtung und deren Messgenauigkeit zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der Einrichtung zur Messung
der Menge und Grösse fester Teilchen in flüssigen und Gasmedien, die einen Umformer
der Teilchengrosse in einen elektrischen Impuls proportionaler Amplitude, Kanäle
mit verschiedenem Pegelunterscheidungsgrad zur Amplitudenselektion von Impulsen,
deren jeder einen Verstärker, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Diskriminators
verbunden ist, und einen Selektor, dessen Ausgang an den Eingang einer Registriereinheit
angeschlossen ist, einschliesst, einen für sämtliche Eanale gemeinsamen Strobimpulaformer,
dessen Ausgang an den Eingang einer Rückstellschaltung und an den ersten Eingang
des Selektors jedes Kanals angeschlossen ist, enthält, gemEss der Erfindung in jeden
Kanal zusätzlich ein flipflop eingeführt ist, dessen Informationseingang an den
Ausgang des Diskriminators angeschlossen ist, dessen Rückstelleingang mit dem Ausgang
der Rückstellschaltung gekoppelt und dessen Direktausgang an den zweiten Eingang
des Selektors angeschlossen ist, dessen dritter Eingang mit dem invertierenden Ausgang
des Flipflops eines Nachbarkanals mit einem hoheren Pegelunterschei dungsgrad gekoppelt
ist, während der Eingang des Strobimpulsformers mit dem Ausgang des Diskriminators
mit einem niedrigeren Pegelunterscheidungsgrad verbunden ist wobei die Eingänge
der Verstärker jedes Kanals mit dem Ausgang des Umformers gekoppelt sind.
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Die erBindungsgemEsse Einrichtung zur Messung der Menge und Grösse
fester Teilchen in flüssigen und Gasme dien gestattet es, Messungen in einem weiten
Bereich vorzunehmen.
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Die Schaltung dieser Einrichtung enthält keine Glieder zur Emwçndlung,
wie sie der Impulsspeicher und die Zeitverzögerungseinheit sind.
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Das Fehlen dieser Glieder erlaubt es, die Genauigkeit bei der Messung
der Teilchengrösse zu erhohen,eliminiert einen Ubersprung bei der rillung der Menge
der Teilchen, erhöht die Schnellwirkung der Einrichtung, was die erhaltung von aussagesichereren
Ergebnissen bei der Messung einer Verteilung der Teilchen nach der Grösse gewährleistet.
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Die Erfindung wird nachfolgend durch eine Beschreibung ihrer Ausführungsform
anhand der beliegenden Zeichnung naher erläutert. Es zeigt gemäss der Erfindung
Fig. I einen tirkungsplan einer zweikanaligen Ausführungsform einer Einrichtung
zur Messung der Menge und Grösse fester Teilchen in flüssigen und Gasmedien; Fig.
2 a, b, c, d, e, f, g, h, k Zeitdiagramme der Arbeit der Einrichtung Die Einrichtung
zur Messung der Menge und Grösse fester Teilchen in flüssigen und Gasmedien enthält
einen Fotownformer I (Pig. I) der Teilchengrösse in ein elektrisches Signal, dessen
Ausgang mit dem Eingang eines Verstärkers 2 des ersten Kanals mit einem niedrigeren
Pegelunterscheidungsgrad und mit dem Eingang eines Verstärkers 3 des zweiten Kanals
mit einem deren Pegel unterscheidungsgrad verbunden ist. Der erste Kanal enthält
einen Verstärker 2, dessen Ausgang an einen Diskriminator 4 angeschlossen ist, dessen
Ausgang mit dem Informacionseingang eines Flipflops 5 gekoppelt ist.
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Der Direktausgang des Flipflops 5 ist an den zweiten Eingang eines
Selektors 6 aneschlossen, dessen Ausgang mit einer Registriereinheit 7 gekoppelt
ist, als welche beispielsweise ein mehrstelliger elektronischer Impulszahler eingesetzt
werden kann.
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Der zweite Kanal enthält einen Verstärker 3, dessen Ausgang an einen
Diskriminator 8 angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem Informationseingang eines
Plipflops 9 verbunden ist, dessen Direktausgang an den zweiten Eingang eines Selektors
10 geftilift ist, dessen Ausgang mit dem Eingang einer Registriereinheit II gekoppelt
ist, die der Regietriereinheit 7 >nlich ist.
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Der Ausgang des Diskriminators 4 des ersten Kanals ist an den Eingang
eines Strobimpulsformers 12 angeschlossen, dessen Ausgang mit den ersten Eingangen
der Selektoren 6 und IO und mit dem Eingang einer Rückstellschaltung 13 verbunden
ist, deren Ausgang an die Rück-Etelleingänge der Flipflops 5 und 9 geschaltet ist.
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Als Flipflops 5, 9 kommen beliebige bekannte Flipflops mit zwei EingEngess
S - lnformationseingang und R -Rückstelleingang und mit zwei Ausgängen: Q - Direktausgang
und Q - invertierender Ausgang in Frage.
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Als Selektoren 6, IO können bekannte UND-Glieder mit drei Eingangen
verwendet werden.
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Als Diskriminatoren 4 und 8 können Operstionsverstärker mit einem
regelbaren Bezugspegel ausgenutzt werden.
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Als Strobimpulsformer 12 und Rückstellschaltung 13 kann ein RS-Elipflop
verwendet werden.
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Die Signalformen in den Hauptpunkten des Wirkungsplanes sind in Fig.
2 a, b, c, d, e, f, g, h , k dargestellten Diagrammen aufgefuhrt, wo auf der Ordinatenachse
die Spannung u und auf der Abszissenachse die Zeit t aufgetragen ist. Hierbei sind
durch ein Symbol UO (Fig. 2a) die Amplitude eines Impulssignals an den Eingängen
der Diskriminatoren 4 und 8, durch Symbole U1 und U2 der erste und der zweite Unterscheidungspegel
bezeichnet, in Fig. 2b ist ein Signal am Ausgang des Diskriminators 4, in Fig. 2f
ein Signal am Direktaus~ gang des Flipflops 5, in Fig. 2h ein Signal am Ausgang
des Selektors 6, in Fig. 2c ein Ausgangssignal des Diskriminators 9 in Fig. 2g ein
Signal am Direktaus gang des Flipflops 9 in Fig. 2k ein Ausgangssignal des Selektors
IO, in Fig. 2d ein Strobimpuls am Ausgang des Formers 12, in Fig. 2e ein Rückstellimpuls
am Ausgang der Rückstellschaltung 13 dargestellt.
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Die Einrichtung arbeitet wie folgt.
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Das zu analysierende flüssige oder Gasmedium mit in diesem suspendierten
festen Teilchen wird über eine (in Fig. nicht angedeutete) Entnahmevorrichtung dem
beleuchteten Arbeitsraum des fotoelektrischen Umformers I
(Fig.
I).zugeführt, wobei das durch die einzelnen Teilchen zerstreute Licht durch einen
Fotovervieltacher in Form von Spannungsimpulsen fixiert wird, deren Amplitude zur
GrEsse und deren Folgefreqenz zur Menge der Teilchen proportional ist. Das Volumen
der Probe des zu analysierenden Mediums wird durch die Durchlaufgeschwindigkeit
des Mediums im beleuchteten Arbeitsraum vorgegeben, wobei die Geschwindigkeit durch
einen Durchflussmesser und eine Zeitschaltuhr (in Fig. nicht eingezeichnet) überwacht
wird, Die Impulse mit der der Teilchengrösse proportionalen Amplitude am Ausgang
des Umformers I werden durch den Verstärker 2 des ersten Kanals und den Verstärker
3 des zweiten Kanals verstärkt und gelangen aui Amplitudendiskriminatoren 4 bzw.
t. Der Ansprechpegel UI (Fig. 2a) des Diskriminators 4 entspricht der minimalen
Grösse der zu registrierenden Teilchen und der Pegel U2 des Diskriminators 8 legt
obere Grenze fur die Grösse der im ersten Kanal zu registrierenden Teilchen fest.
Die Rreuzung dieser Pegel mit dem Impulssignal Uo bestimmt, wie in Fig. 2a gezeigt,
die Zeitmomente des Uberganges der Diskriminatoren 4 und 8 in einen erregten Zustand
und die Zeitmomente ihrer Rückkehr in den Ausgangszustand (Fig. 2b und 2c). Das
Signal.vom erregten Diskriminator 4 (Fig. 2b) steuert das Flipflop 5 in einen "I"-Zustand
und das Signal vom Ausgang des Diskriminators 8 (Fig. 2c) das Flipflop 9 um. In
Abhängigkeit von der Impulsamplitude kann sich das Flipflop entweder als im "I"-Zustand
oder im "O"-Zustand, wie dies im Diagramm (Fig. 2d) gezeigt ist, erweisen. Das Ausgangssignal
vom invertierenden Ausgang des Flipflops 9 wird auf den dritten Eingang des Selektors
6 gegeben, wodurch der Durchgang eines Impulses zu dessen Ausgang gesperrt wird,
wenn sich das Flipflop 9 im "I"-Zustand befindet, wahren das "I"-Signal durch den
Selektor IO zur Registriereinheit II (Diagramm in Fig. 2k) durchkommt.
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Bei Fehlen eines " It-Signals am Ausgang des Flipflops 9 kommt der
Impuls vom Ausgang des Flipflops 5
durch den Selektor 6 zur Registriereinheit
7 (Diagramm in Fig. 2h) durch.
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Der Zeitpunkt des Impulsdurchganges zu den Registriereinheiten 7
oder II (Fig. 2h bzw. 2k) wird durch die Zuführung von Strobimpulsen (Fig. 2d) den
ersten Eingangen der Selektoren 6 und IO vom Ausgang des Formers I2 festgelegt,
der zum Zeitpunkt der RGckkehr des Diekriminators 4 in den Ausgangszustand gestartet
wird, wahrend die Flipflops 5 und 9 durch Beaufschlagung ihrer Rückstelleingänge
mit einem Ruckstellimpuls von der RUckstellechaltung I3 (Fig. 2e) rückgesetzt werden,
die im Augenblick der Beendigung des Strobimpulses (Fig. 2d) ausgelöst wird. Die
gesamte Impulsdauer (Fig. 2d und 2e) ist vernachlassigbar klein gegenüber der Dauer
des Impulses UO von einem Teilchen (Fig. 2a), was es gestattet, die Freigabe zeit
der Einrichtung gleich der Auienthaltsdauer des Teilchens im beleuchteten Arbeitsraum
des Umformers I gleichzusetzen, während ein Uberspringen der Impulse erst im Falle
einer ganzen oder teilweisen Uberlagerung der Impulse moglich ist.
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Vorstehend ist die Arbeit der erfindungsgemassen Einrichtung mit
zwei Messkanälen beschrieben worden.
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Falls es notwendig ist, die Teilchengrosse in engeren Grenzen für
die Grösse im Kessbereich der Teilchengrö3se zu messen, sind zusätzliche Messkanäle
einzuführen, deren Anzahl durch die notwendige Teilung des gesamten Messbereiches
für die Teilchen in Grössenbe reiche bestimmt wird,
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