DE6914034U

DE6914034U - Volumetrische einrichtung fuer ein teilchenanalysiergeraet.

Info

Publication number: DE6914034U
Application number: DE6914034U
Authority: DE
Original assignee: Oerlikon Contraves AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1968-04-19
Filing date: 1969-04-08
Publication date: 1973-05-10
Also published as: DE1917851A1; DE1917851B2; US3577162A; GB1216636A; CH482249A; FR2006511A1; SE363416B

Description

Gebrauchsmusteranmeldung G 69 Ή 034.7 Contraves AG

Die Neuerung betrifft eine volumetrische Einrichtung für ein Teilchenanalysiergerät, in welchem ein Elektrolyt mit darin suspendierten, jedoch eine andere Leitfähigkeit aufweisenden Teilchen durch eine, zwischen zwei Elektroden angeordnete lierengung gefördert wird, mit einem geeichten Messrohr, an welchem in einer bestimmten Entfernung zueinander zwei fotoelektrische Vorrichtungen, bestehend aus 3e einer Lichtquelle und einer Fotozelle, angebracht sind, welche beim Vorbeigang des Spiegels der Probensuspension infolge der dabei auftretenden Änderung der optischen Eigenschaften Signale zum Ein- und Ausschalten der Zählvorrichtung liefern.

Die neuerungsgetaässe Einrichtung arbeitet nach einem bekannten Prinzip (ßadex-Eundschau, 1962, Heft 2, S. 57» 58) welches darin besteht, dass die Suspension gezwungen wird, durch eine kleine öffnung zu fliessen. Die öffnung befindet sich zwischen zwei Tauchelektroden. Venn ein Teilchen durch die öffnung schwimmt, verdrängt es innerhalb der öffnung sein eigenes Volumen an Elektrolyt, was einen

- 1a -

momentanen Wechsel des Widerstandes zwischen den Elektroden zur Folge hat. Dieser Widerstandswechsel erzeugt einen Impuls von kurzer Dauer und einer Amplitude, die dem Teilchenvolumen proportional ist. Die resultierende Serie von Impulsen wird elektronisch verstärkt, gemessen und, gezählt.

Bei einer bekannten Einrichtung der eingangs beschriebenen Art (franz. Patentschrift 1 479 197) bestehen die durch den Vorbeigang des Spiegels der Probensuspension an den fotoelektrischen Vorrichtungen bewirkten Änderungen der optischen Eigenschaften in Änderungen der Lichtintensität. Bei dieser sog. Durchlicht-Methode wird der Intensitätsunterschied des auf die Fotozellen auftreffenden Lichtes von der Lichtdurchlässigkeit und der Verschmutzung des Messmediums beeinflusst. Dadurch ist z. B. die Messung von praktisch lichtundurchlässigen Medien mit der Durchlicht-Methode nicht möglich.

Der Neuerung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung der eingangs beschriebenen Art so zu gestalten, dass die mit der Einrichtung angestellten Messungen von der Lichtdurchlässigkeit und Verschmutzung des Messmediums unabhängig sind.

Die Aufgabe ist neuerungsgemäss dadurch gelöst, dass die Lichtquellen und die Fotozellen relativ zum Messrohr derart angeordnet sind, dass beim Fehlen der Probensuspension im Messrohr am Ort der jeweiligen fotoelektrischen Vorrichtung mindestens ein Teil des von der entsprechenden Lichtquelle stammenden Lichts an der inneren Glas-Luft-Grenzschicht total in Richtung der zugehörigen Fotozelle reflektiert wird und das Licht beim Vorhandensein der Probensuspension von Eotozelle abgelenkt wird.

Die neuerun£sgemässe Lösung arbeitet mit der Totalreflexion des einfallenden Lichtes und nutzt dabei die geänderten optischen Eigenschaften der Reflexion bei gefülltem und nicht-gefülltem Messrohr aus. Durch die Totalreflexion 1st die auf die Fotozellen auftreffende Lichtintensität vorausbestimmbar und Im wesentlichen allein durch die Messanordnung gegeben. Weitere Vorteile der neuerungsgemässen Lösung sind:

1. Unabhängigkeit des Fotostromsprunges von d*r Lichtdurchlässigkeit des Messmediums;

2. Unabhängigkeit der Messeinrichtung von der Verschmutzung des Messmediums;

3. wesentlich grössere Llchtlntensltätsuntersohlede In den beiden Schaltzuständen an der Fotozelle und dadurch Sichereteilung von schnellem und eindeutigem Schalten.

In den Zeichnungen sind ein Ausfübrungsbeispiel des Neuerungsgegenstancfces und Teile davon dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilchenzähleinrichtung im Schnitt

Fig. 2 die Arbeitsweise der fotoelektrischen Ablesevorrichtung auf dem Niveau B von Fig. 1

Fig. 3 ein Schema der Schaltung für den automatischen Programmablauf

G 69 IU o34.7
Contraves AG

- 3-

Fig. 4 ein Schema des Zählkreises.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Teilchenzählvorrichtung im Schnitt. Am Elektrodenträger 1 sind die ringförmige äussere Elektrode 12 in der Nute 13 und die spiralförmige innere Elektrode IU in der Bohrung 0 angeordnet. Äussere und innere IU Elektrode sind beispielsweise aus Platin oder einer Platinlegierung gefertigt. In der Bohrung 0 sind weiter die beiden zur Aufnahme der O-Ring-richtungen 15', 16' bestimmten Umfangsnuten 15 und 16 angebracht. Der Meßstreckenträger 2 ist in die Bohrung 0 des Elektrodenträgers eingepasst. Die Umfangsnute 21 ist zur Aufnahme der O-Ring-Dichtung 21' bestimmt. In der Bohrung 2o des Meßstreckenträgers 2 ist eine Rubin 22 mit der Bohrung 00, welche die kalibrierte Widerstandmeßstrecke darstellt, eigepasst. Zur Zählung von Teilchen verschiedener Grosse kann auf einfache Weise der Meßstreckenträger 2 ausgetauscht werden. Meßstreckenträger und Elektrodenträger 1 sind aus einem chemisch weitgehend inerten Material, wie z.B. Teflon oder Keramik, gearbeitet. Das Glasrohr 3 steckt mit einem Ende in der Bohrung 0 des Elektrodenträgers 1. Im Betrieb fördert die Schlauchpumpe P Flüssigkeit von Behälter 11 durch die Bohrung 00 ins Glasrohr 3. Im Schlauch 33 kann ein Leckeinsatz 34 mit dem Leck 35 eingeschaltet sein. Das Leck 35 bewirkt, dass beim Ausschalten der Pumpe P sich der Unterdruck im Glasrohr 3 und im Schlauch 33 ausgleicht. Andererseits kann mit der Wahl der Grosse des Lecks 35 die Förderleistung der Pumpe beeinflusst werden. Sobald der Flüssigkeitspegel das Niveau A durchläuft, wird der Zähler U2 durch eine Steuerung Ul, die beispielsweise" eine Photozelle UU mit Lampe 46 und Blende UU¹ als Signalgeber hat, eingeschaltet. Der Impulszähler 42 zählt dann die durch die Meßstrecke 00 strömenden Teilchen. Ein zweiter Signalgeber 45 mit Lampe U7 und Blende 45' schaltet

den Impulszähler 4 2 aus, sobald der Flüssigkeitspegel des Niveau B durchläuft. Gleichzeitig ändert ein Schaltelement den Drehsinn der Pumpe und damit Ihre Wirkung. Die Flüssigkeit, die sich Glasrohr 3 befindet, wird durch das Abflussrohr 31 ausgestossen und fliesst in das Auffanggefäss Der ganze beschriebene Zählvorgaug ist automatisiert. Die öffnung 3o des Abflussrohres 31 wird von einer angepressten Dichtung 32 dicht verschlossen, so dass nur Flüssigkeit ausgestossen, nicht aber Gas oder Flüssigkeit eingepumpt werden kann. Die durch da Abflussrohr 31 ausgestossene Flüssigkeit könnte auch wieder direkt dem Behälter 11 zugeführt werden.

Fig. 2 zeigt die fotoelektrische Ablesevorrichtung und ihre Aurbeitsweise auf dem Niveau B von Fig. 1 im Schnitt. Es sei vorausgesetzt, dass das Glasrohr 3 auf dem Niveau B keine Flüssigkeit enthalte. Ein Lichtstrahl R, der durch die Lochblende 45' auf das Glasrohr 3 trifft, kann wegen der Totalreflexionsbedingung sin φ 1=1 (η. = Brechungsindex Glas-Luft; φΐ = Grenzeinfallswinkel zum Lot) nicht in den Innenraum 3oo des Rohres 3 eintreten, sondern wird an der inneren Zylindermantelfläche 3'Io reflektiert und gelangt auf -dein.Weg R^f zur Fotozelle 45. Der Strahlengang RR¹ für diesen Fall ist~aTs zusammenhängende Linie eingezeichnet. Erreicht die Flüssigkeit das Niveau B, so ändert sich die Totalreflextionsbedingung sin φ 2 = - (n„ = Brechungsindex Glas-Flüssigkeit;φ 2 = Grenzeinfallswinkel zum Lot) an der Zylinderfläche 31o in der Weise, dass der Lichtstrahl R auf dem Weg R'' in den Innenraum 3oo und von dort wieder in die Glaswand des Rohres 3 und nach aussen gelangt. In diesem Falle trifft der Strahl RR¹¹ nicht mehr auf die Fotozelle. Die Fotozelle 45 muss nicht so angeordnet sein, dass ihre Symmetrieachse auf das Zentrum des Glasrohres 3 gerichtet ist. Wählt man das Verhältnis von Aussendurchmesser zu Hohlraumdurchmesser des

Glasrohres 3 etwa 3 : 1 und ein Glas mit dem B rechungsindex η = 1,4 so sind mit der beschreibenen Methode ohne weiteres Lichtintensitätsunterschiede erreichbar, die eine über 5o-fache Änderung des Signals der Fotozelle 45 bewirken.

Fig. 3 zeigt das Schaltschema einer erfindungsgemessen Steuerung 41 (Fig. 1 für den automatischen Programmablauf, Das System arbeitet mit der Arbeitsspannung U_A. Drückt mai» die Starttaste 51, so zieht das Relais K, über den Kontakt a₂ an und geht über die Kontakte a*, a, und das Oder-Tor CL in Selbsthaltung über. Dadurch werden folgende Funktionen ausgelöst: Der Motor der Förderpumpe P (Fig. 1), der mit der Spannung Uw läuft, wird über C^ eingeschaltet. Die Förderpumpe P soll so arbeiten, dass Flüssigkeit ins Glasrohr 3 gesaugt wird. Gleichzeitig wird auch die Elektrodenspannung U an die Elektroden 12, 14 (Fig. 1) angelegt. Zu diesem Zeitpunkt sei noch keine Flüssigkeit im Glasrohr 3 zwischen den Niveaus A und B, Den Fotozellen 44 bzw. 45 sind je ein Verstärker 441 bzw. 451 und ein Impulsformer 442 bzw. 452 nachgeschaltet. Das Ausgangssignal beider Impulsformer sei E.

Sobald die Flüssigkeit im Glasrohr 3 das Niveau A erreicht, erscheint am Impulsformer 44 2 das Ausgangssignal F, Dadurch wird am Ausgang des Und-Tores A₃ die Zählbedingung Z erfüllt, da der Inverter Y das Ausgangssignal E des Impulsformers ebenfalls in das Ausgangssignal F umkehrt. Das Relais K. wird nun ebenfalls über das Und-Tor A₁ und das Oder-TorCL in der Arbeitsstellung festgehalten. Eine Zeitverzögerung ZV, die ebenfalls auf das Und-Tor A. führt, verhindert, dass beim Einschalten der Lampen 46, 47 unerwünschte Störungen auftreten.

ill ι

Durchläuft die Flüssigkeit das obere Niveau B, wird über das Und-Tor A₂ und das Oder-Tor O₂ das Relais K₂ geschaltet und geht über die Kontakte a₁, b₂ und das Oder-Tor O₂ in Selbsthaltung über. Gleichzeitig werden die Motorspannung U^ und die Elektrodenspannung U an den Kontakten C₂ und d₂ bzw. e₂ und f₂ umgepolt. Die Förderrichtung der Pumpe P wird umgekehrt. Der Stromweg a, , a«, O₁ wird im Kontakt a.. unter s brochen. Zudem ist die Zählbedingung Z am Ausgang des Und-Tores A^ nicht mehr erfüllt. Der Impulszähler 42 wird ausgeschaltet.

Sobald die Flüssigkeit unter das Niveau A sinkt, sperrt das Und-Tor A₁ und somit das Oder-Tor O₁. Das Relais K₁ fällt in die eingezeichnete Ruhelage zurück. Als Folge wird auch das Relais K₂ ebenfalls in die eingezeichnete Ruhelage zurückfallen, weil der Stromweg a₁, b₂, O₂ unterbrochen wird. Das System ist wieder in der stationären Ausgangslage. Es kann auch vorgesehen sien, dass die Teilchenzähleinrichtung eine vorbestimmbare Anzahl von Zählperioden selbständig ausführt.

Fig. 4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Schaltung des Impulszählers 42 von Fig. 1. Die Elektrodenspannung U m kann am Potentiometer 42a eingestellt werden. Die beim Durchtreten der Teilehen durch die Meßstrecke 00 (Fig. 1) erzeugten Spannungsänderungen bwz. Stromänderungen werden im Vorverstärker 42b verstärkt, im Abschwächer 42c abgeschwächt und erneut im Verstärker 42d verstärkt. Das so erhaltene Signal wird im einstellbaren Amplitudendiskriminator und Impulsformer 42e zum Beispiel als Rechteckimpu]s normiert. Der Amplitudendiskriminator und Impulsformer kann so gebildet sein, dass zusätzlich in einer bestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Zählperioden automatisch jeweils Impulse in verschiedene vorbestimmten Amplitudenbereichen registriert.

•I I I . I ι ι ι ,

t < t ι .

I II. ,

' I ' ■

II I ■ I

ι werden, was eine vollautomatische Bestimmung der Grössenver-, teilung der Teilchen ermöglicht. Die normierten, zu zählenden Impulse gelangen auf das Und-Tor 42f. Sobald von der Steuerung 41 (Fig. 1) der Zählbefehl in Form der Zählbedingung Z eintrifft, wird das Und-Tor 42f für die normierten, zu zählenden Impulse durchlässig. Von einem ersten Untersetzer. 42g gelangen die z.B. loo-mal untersetzten Impulse über den zweiten Untersetzen 42h und die Umwegstrecke u zum Schalter 41i. Von diesem Schalter 42i können wahlweise die z.B. . 1 : loo und 1 : looo untersetzten Zählimpulse auf den Zähler 42k gegeben werden. Am Zähler 42k können Anschlüsse für einen Printer, mit dem die Zählresultate ausgeschrieben werden, vorgesehen sein.

Am Anfang jeder Zählperiode kann z.B. von einem monostabilen Multivibrator 42m über den Anschluss I des Schalters 42n ein Löschsignal auf die Untersetzer 42g, 42h und den Zähler 42k gegeben werden. In der Stellung III des Schalters 42n können die Zählresultate mehrerer Zählperioden aufsummiert werden. Die Schalterstellung III kann beispielsweise nur über die Schalterstellung II, bei der ständig ein Löschsignal j vorhanden ist, erreicht werden. Mit dieser Anordnung können Fehler beim Aufsummieren vermieden werden.

Ansprüche:

Claims

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-8 MÖNCHEN 22 Dlpl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steln.dort.traB.io

Dr. rar. not. W. KÖRBER * ^<M11) *^Μβββ4

Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE 6. Febr. 1973

Gebrauchsmusteranmeldung G 69 34 o34.7 CONTRAVES AG

Schutzanspruch

Volumetrische Einrichtung für ein Teilchenanalysiergerät, in welchem ein Elektrolyt mit darin suspendierten, jedoch eine andere Leitfähigkeit aufweisenden Teilchen durch eine, i, ^l zwischen zwei Elektroden angeordnete Verengung gefördert wird, mit einem geeichten Meßrohr, anweichem in einer bestimmten Entfernung zueinander zwei fotoelektrische Vorrichtungen, bestehend aus je einer Lichtquelle und einer Fotozelle, angebracht sind, welche: beim Vorbeigang des Spiegels der Probensuspension infolge der dabei auftretenden Änderung der optischen Eigenschaften Signale zum Ein- und Ausschalten der Zählvorrichtung liefern, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (46, 47) und die Fotozellen (44, 45) relativ zum Meßrohr (3) derart ange= ordnet sind, daß beim Fehlen der Probensuspension im Meßrohr (3) am Ort der jeweiligen fotoelektrischen Vorrichtung mindestens ein Teil des von der entsprechenden Lichtquelle (46 bzw. 47) stammenden Lichts an der inneren Glas-Luft-Grenzschicht (31o) total in Richtung der zugehörigen Fotozelle (44 bzw. 45) reflektiert wird und das Licht beim Vorhandensein der Probensuspension von der Fotozelle (44 bzw« 45) abgelenkt wird.

Der Patentanwalt