DE6914034U - Volumetrische einrichtung fuer ein teilchenanalysiergeraet. - Google Patents
Volumetrische einrichtung fuer ein teilchenanalysiergeraet.Info
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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. 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
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 Rf 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 UA. 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 (1)
- Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-8 MÖNCHEN 22 Dlpl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steln.dort.traB.ioDr. rar. not. W. KÖRBER * <M11) *Μβββ4Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERSPATENTANWÄLTE 6. Febr. 1973Gebrauchsmusteranmeldung G 69 34 o34.7 CONTRAVES AGSchutzanspruchVolumetrische 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
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