DE918054C

DE918054C - Geraet zum Zaehlen von Staubteilchen

Info

Publication number: DE918054C
Application number: DEN5175A
Authority: DE
Inventors: Christopher Frederic Bareford; Hugh Alexander Dell
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1951-03-06
Filing date: 1952-03-06
Publication date: 1954-11-22
Also published as: FR1073907A; GB727134A; US2791695A; BE509736A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zürn Zählen von Staubteilchen, insbesondere zum Feststellen des Staubgehaltes der Luft.

In vielen Industrien erfolgt eine Verunreinigung der Luft durch Staubteilchen; in Zechen z. B. erhöht die Einführung des mechanischen Hackens und der Beförderungsgeräte die Menge an Kohlen- und Steinstaub in der Luft. Bekanntlich ist solche staubreiche Luft schädlich für die Gesundheit. Die Auswahl und die Art geeigneter Apparaturen zum Abscheiden oder zum Entziehen von Staub wird bedingt von der Größe der Staubteilchen und vom Staubgehalt der Luft.

Bei anderen Betrieben, bei denen die Arbeiten in nahezu staubfreier Umgebung durchgeführt! werden müssen, z. B. beim Aufbringen photographischen Materials, beim Herstellen plastischer Filme u. dgl., ist es von großem Vorteil, den Staubgehalt der Luft oder eines anderen Umgebungsgases und die Größe und den verhältnismäßigen Anteil der Staubteilchen zu kennen.

In anderen Industrien werden feinverteilte Materialien hergestellt, z. B. Mehl, Puder usw., und in diesen Fällen kann das Gerät nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um eine genaue Feststellung der Teilchengröße in jeder Herstellungsstufe vorzunehmen. '

Bisher wurde der Staubgehalt der Luft oder eines anderen Gases dadurch festgestellt, daß auf bestimmte Weise eine Probe entnommen wurde; eine solche Probe ist z. B. eine durchsichtige Platte, auf die die Staubteilchen niedergeschlagen sind, oder

eine vergrößerte Abbildung einer solchen Platte. Darauf wird die Probe unter einem Mikroskop geprüft, und die Teilchen in einem bestimmten Gebiet werden gezählt. Dies ist eine lange und mühevolle S Arbeit, und die von verschiedenen Beobachtern erzielten Resultate mit derselben Probe weisen große Unterschiede auf. Dies ist besonders der Fall, wenn die Teilchen verschiedene Größen haben.

Die Erfindung bezweckt, eine Verbesserung der ίο Genauigkeit und der Zählgeschwindigkeit¹ zu schaffen, in dem die visuelle durch eine selbsttätige elektrische Zählung ersetzt wird.

Ein weiterer Zweck ist die Bereitstellung elektrischer Zählmittel, die auf Teilchen verschiedener Größe ansprechen und sie unterscheiden.

Ein Teilchenzählgerät gemäß der Erfindung kennzeichnet sich durch Mittel zum Abtasten eines Musters der zu zählenden Teilchen, wie z.B. eine Elektronenstrahlröhre, weiter durch mit den Abtastmitteln zusammenwirkende Mittel, z. B. eine photoelektrische Zelle zum Erzeugen eines elektrischen Signals, das für die Anwesenheit und die Dichte der Teilchen maßgebend ist, ferner durch Mittel zum Vermeiden mehrfacher Zählung eines großen Teilchens, das mehr als einmal abgetastet wird, und schließlich Zählmittel, die auf das Signal oder die Signale zum Anzeigen der Gesamtzahl abgetasteter Teilchen ansprechen.

Wenn die Probe die Form einer durchsichtigen Platte besitzt, auf der die Teilchen haften, oder einer vergrößerten photographischen Wiedergabe derselben, können die Abtastmittel eine Elektronenstrahlröhre enthalten, deren Strahl oder Aufprallpunkt am Schirm durch eine geeignete Sägezahnspannung abgelenkt wird und ein rechtwinkliges Raster zeichnet, dessen Größe derart ist, daß die Platte oder ein so* großer Teil derselben, wie für die Prüfung erforderlich ist, belichtet wird. Durch geeignete optische Mittel läßt man das Licht des Leuchtschirmes durch die Probe auf eine Aufnahmevorrichtung fallen, z. B. auf eine Photozelle, so daß die Ausgangsspannung dieser Vorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit eine elektrische Anzeige der Teilchen in den Abtastzeilen ergibt. Da die Größe der Teilchen veränderlich ist, ist es möglich, daß ein großes Teilchen zwei oder mehr Abtastzeilen überdeckt, und gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Vorrichtung, weiter unten als Stellenmerkvorrichtung bezeichnet, vorgesehen, durch die gesichert wird, daß das Vorhandensein solcher großen Teilchen festgestellt und daß jedes Teilchen nur einmal gezählt wird. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind Mittel vorgesehen, durch die Teilchen verschiedener Größe je für sich gezählt werden, wobei die Eingruppierung des Teilchens von der Anzahl überdeckter Abtastzeilen abhängig ist. Diese Eingruppierung kann beliebig unterteilt Aver den; in bestimmten Fällen können z. B. zwei Gruppen genügen, aber in anderen Fällen, bei sehr verschiedener Teilchengröße, kann es erwünscht sein, z. B. fünf Gruppen vorzusehen.

Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervorgehen, das an Hand der Zeichnungen erläutert wird, worin

Fig. ι ein Blockschaltbild eines Teilchenzählgerätes nach der Erfindung ist,

Fig. 2, 3 und 4 eine Schaltung eines ganzen Kanals darstellen,

Fig. 5 die Spannungskurven der Teilchenergänzungseinheit zeigt und

Fig. 6. andere Spannungskurven, die an verschiedenen Stellen in den Einheiten auftreten.

In dem Blockschaltbild nach Fig. 1 enthält die Einheit 1, der Abtastgenerator, eine Elektronenstrahlröhre mit einer Sägezahnspannung für Horizontal- und Vertikalablenkung, wodurch der Elektronenstrahl ein rechtwinkliges Raster auf dem Schirm zeichnet. Es ist ersichtlich, daß bei der Arbeit des Gerätes nur ein einziges ganzes Raster für eine ganze Abtastung der Probe erzeugt zu werden braucht. Mit der Elektronenstrahlröhre ist eine Aufnahmevorrichtung verbunden, z, B. eine Photozelle, die in Fig. 1 mit 2 bezeichnet ist. Eine Probe der zu zählenden Teilchen ist zwischen der Elektronenstrahlröhre und der Photozelle angebracht, so daß die Photozelle beim Abtasten der Probe ein elektrisches Signal liefert, das eine Anzeige der Anwesenheit oder der Abwesenheit von Teilchen in den Abtastzeilen ergibt.

Die Probe kann eine durchsichtige Platte sein, auf der die Staubteilchen haften, oder es kann eine photographische Wiedergabe der Probe in Form eines Diapositivs im Maßstab 1 : 1 oder einem anderen Maßstab sein. Das Muster kann auch die Form eines photographischen Abdruckes haben, dessen Licht in die Aufnahmevorrichtung zurückgestrahlt wird; es kann ein positives oder ein negatives Bild sein, d. h. der Staub kann in Form schwarzer Punkte gegen einen weißen Hintergrund oder in Form weißer Punkte gegen einen schwarzen Hintergrund sichtbar sein.

Wenn die Abtastung der ersten Zeile anfängt, erzeugt das erste Teilchen auf dieser Zeile, das als ein kleines, die zweite Zeile nicht überdeckendes Teilchen angenommen wird, in der Aufnahmevorrichtung einen Impuls, der über einen Hauptschalter 3 über einen Kanalwähler 4 einer zugehörigen Stellenmerkeinheit zugeführt wird. Der Impuls gelangt auch zu den Merkschaltern 8,9,10 und ii, die geöffnet sind. Die Stellenmerkeinheit 12 wird von dem Impuls angestoßen, und eine Rückverbindung dieser Einheit mit dem Kanalwähler 4 bewirkt die Verbindung des Hauptschalters 3 über 4 mit dem Kanalwählers. Wenn der nächstfolgende Impuls in der ersten Zeile eintrifft (angenommen, daß dies der ersten Abtastung eines großen, die zweite Zeile überdeckenden Teilchens entspricht), stößt er die Stellenmerkeinheit 13 an, die ihrerseits ihren Kanalwähler 5 umschaltet, so daß der darauffolgende Impuls dem Eingang des Kanalwählers 6 zugeführt wird. Weitere Teilchen der ersten Abtastzeile stoßen die darauffolgenden Stellenmerkeinheiten 14, 15 usw. an, die ihre Kanalwähler 6, 7 usw. entsprechend umlegen. Um eine unerwartet große Anzahl von Teilchen einer einzigen Zeile zählen zu können, kann der letzte Kanalwähler

den Ausgang der Aufnahmevorrichtung nach einem Übergangszähler 16 umlegen, der die zusätzlichen Teilchen aufzeichnet, aber keinen Unterschied zwischen Teilchen verschiedener Größen macht.
Jede Stellenmerkeinheit, die in einer praktischen Ausführungsform weiter unten näher beschrieben wird, enthält einen Kondensator, dem die sägezahnförmige Zeilenablenkspannung zugeführt wird. Auf diese Weise vertritt die Ladung des Kondensators in

ίο jedem bestimmten Augenblick eine bestimmte Stelle der Abtastzeile. Wenn die Stellenmerkeinheit einen Impuls empfängt, hört das Aufladen des Kondensators auf. Indem der Kondensator diese beim Abtasten eines Teilchens einer Zeile erreichte Ladung festhält, bis eine entsprechende Stelle der nächsten Zeile erreicht ist, kann festgestellt werden, ob das Teilchen sich über mehr als eine Zeile erstreckt oder nicht. Im ersteren Fall behält der Kondensator wieder die Ladung, bis die nächste Zeile abgetastet: wird.

ao Diese mehrfache Abtastung eines großen Teilchens kann dazu benutzt werden, wie nachstehend beschrieben wird, Mittel wirksam zu machen, die nicht nur die Anzahl dieser Teilchen anzeigen, sondern außerdem deren relative Größe.

Sind nach dem Vollenden der ersten Abtastzeile alle Kanalwähler erregt, so sind auch alle zugehörigen Merkeinheiten aufgeladen, so daß sie die Stellen von Teilchen auf dieser Zeile darstellen.

Es sei nun angenommen, daß das erste Teilchen der zweiten abzutastenden Zeile erst gefunden wird, nachdem der Abtaststrahl eine Strecke zurückgelegt hat, die einer die zwei ersten Teilchen umfassenden Strecke der ersten Zeile entspricht.

Während des Abtastens der zweiten Zeile und gerade bevor der Abtaststrahl die Stelle der zweiten Zeile erreicht, die dem ersten Teilchen der ersten Zeile entspricht, spricht: die erste Stellenmerkeinheit auf die weiter unten beschriebene Weise an; dies wirkt auf den Kanalwähler 4 derart ein, daß der Hauptschalter 3 sich öffnet. Gleichzeitig schließt sich der Merkschalter 8. Infolgedessen durchfließt ein etwaiger Ausgangsstrom der Aufnahmevorrichtung nur den ersten Kanal.

Im erfindungsgemäßen Fall ist das erste Teilchen auf der ersten Zeile klein, so daß an der entsprechenden Stelle der zweiten Zeile kein Impuls der Aufnahmevorrichtung 2 empfangen wird. Nach einer zuvor bestimmten Zeitspanne, welche die Aufsichtsperiode genannt werden kann, öffnet sich der Merk- schalter 8, und der Hauptschalter 3 schließt sich; der Kanalwähler 4 bleibt in der Lage nach Fig. 1. Auf diese Weise ist der erste Kanal frei für jedes neue Teilchen der zweiten Zeile. Wenn der Abtaststrahl eine Stelle der zweiten Zeile gerade vor der entsprechenden Stelle des zweiten (großen) Teilchens der ersten Zeile erreicht, spricht die Stellenmerkeinheit 13 an, und der Kanalwähler 5 wird in die Stellung nach Fig. 1 zurückgeführt. Gleichzeitig öffnet sich der Hauptschalter 3, und der Merkschalter 9 schließt sich, so daß, wenn der erwartete Impuls, der dem großen Teilchen entspricht, eintrifft, dieser der Merkeinheit 13 zufließt, die wieder anspricht, so daß eine dritte entsprechende Aufsicht in einer dritten Zeile durchgeführt werden kann. Am Ende der Aufsichtsperiode kehrt der Hauptschalter 3 in seine geschlossene Lage zurück, und der Merkschalter 9 öffnet sich. Wenn ein neues Teilchen auf der zweiten Zeile gefunden wird, wird ein Impuls von der Aufnahmevorrichtung 2 über den Regelschalter 3 dem Kanalwähler 4 zugeführt, der diesen an den Merkschalter 12 weitergibt. Wenn ein zweites neues Teilchen auf der zweiten Zeile gefunden wird, wird dieses so lange von dem einen Kanalwähler an den anderen weitergegeben, bis ein offener Kanal vorgefunden wird. Steht kein Kanal mehr zur Verfugung, so wird das Signal dem Übergangszähler 16 zugeführt.

Aus vorstehendem ist ersichtlich, daß bei Besetztsein einer Stellenmerkeinheit trotz der Tatsache, daß der vorangehende Kanalwähler eine Lage einnehmen kann, in der der Hauptweg der Aufnahmevorrichtung 2 offen ist, der betreffende Merksohalter und der Hauptschalter 3 den erwarteten Impuls der Stellenmerkeinheit zuleiten, die darauf eingestellt wird.

Es ist auch ersichtlich, daß die Kanäle selbst nicht den Stellen von Teilchen entsprechen, da jeder frei werdende Kanal von dem nächstfolgenden neuen Impuls der Aufnahmevorrichtung benutzt werden kann.

Es werden nun beispielsweise praktische Ausführungsformen der verschiedenen Einheiten beschrieben.

Aus Gründen der Einfachheit wird mit dem Kanalwähler angefangen, da die Wirkungsweise des vorangehenden Hauptschalters und der Merkschalter deutlicher ist, wenn zuvor die Wirkungsweise des Kanalwählers beschrieben wurde.

Kanalwähler

Ein einziger Kanalwähler ist im unteren Teil der Fig. 2 dargestellt.

Er enthält eine Eingangsröhre V₁, deren Stieuergitter die Signale der Aufnahmevorrichtung 2 zug&- führt werden, wobei die Röhre als Puffer und als Umkehrstufe verwendet wird.

Die Anode der Röhre V₁ ist mit den Fanggittern von Röhren V₂ und F₃ verbunden; diese Gitter werden in der normalen oder Anfangslage gehalten, wie dies schematisch durch die Zwischenschaltung einer Batterie B₁ mit einem Potential gegenüber den zugehörigen Kathoden angegeben ist, das gerade Anodenstrom verhütet.

Ferner sind zwei weitere Röhren F₄ und V₅ vorgesehen, die einen Multivibrator mit zwei stabilen Lagen bilden, wobei die Anode der Röhre V_i unter Zwischenschaltung der Vorspannungsbatterie B₂ mit dem Steuergitter der Röhre V_% und die Anode der Röhre V₅ über die Batterie B_s mit dem Steuergitter der Röhre V₃ verbunden ist.

In der Anfangslage ist die Röhre F₂ gesperrt, d. h. es fließt kein Anodenstrom, da das Steuergitter und das Fanggitter dieser Röhre negatives Potential haben; aber die Röhre F₈ ist unterdrückt, d. h. die Röhre ist an ihrem Steuergitter offen, aber an ihrem Fanggitter gesperrt, so daß kein Anodenstrom fließt, bei dem Emissionsstrom dem Schirmgitter zufließt.

Wenn ein negativer Impuls am Steuergitter der Röhre F₁ eintrifft, tritt kein Signal an der Anode der Röhre F₂ auf, da diese Röhre, obgleich sie an ihrem Fanggitter geöffnet wird, infolge der negativen Steuergitterspannung gesperrt bleibt; aber das negative Signal tritt an der Anode der Röhre V₃ auf, da deren Unterdrückung aufgehoben wird. Dieses negative Signal wird a) dem zugehörigen Größenzähler, der weiter unten beschrieben ist, b) der

ίο Teilchenergänzungseinheit, die auch weiter unten beschrieben wird, c) dem Multivibrator mit zwei stabilen Lagen V ₄, V₅ zugeführt.

In der Anfangslage ist die Röhre F₄ leitend, und ein negatives Signal (von der Röhre F₃), das ihrem Steuergitter zugeführt wird, sperrt diese Röhre und läßt die Röhre V₅ leitend werden. Über geeignete Verzögerungsnetzwerke R₁, C₁ und R₂, C₂ wird das Steuergitterpotential der Röhre V₃ erniedrigt und das der Röhre V₂ erhöht. Die Röhre V₃ wird demgemäß gesperrt und die Röhre V₂ unterdrückt. Spätere Signale der Röhre V₁ werden somit der Anode der Röhre V₂ und endgültig dem nächstfolgenden entsprechenden Wähler zugeführt. Während solcher späteren Signale treten keine Signale an der Anode der Röhre F₃ auf.

Stellenmerkeinheit

Der Merkkondensator CM (Fig. 3) überträgt die negativ sägezahnförmige Zeilenablenkspannung (s.Fig.6) an den Verbindungspunkt 18 der Kathode der Röhre F₆ mit der Anode der Röhre V₇. Das Steuergitter der Röhre F₇ hat eine Vorspannung gegenüber dem Steuergitter der Röhre F₆, wie dies schematisch durch die Batterie 17 angegeben ist, und letzteres Gitter ist mit der Anode der Röhre F₅ verbunden (Fig. 2, Verbindung B). Der Verbindungspunkt 18 ist mit dem Gitter der Röhre F₈ verbunden, die gemeinsam mit der Röhre F₉ einen Multivibrator mit Kathodenkopplung darstellt. DieAnode der Röhre F₈ ist über den Widerstand 19 mit dem Steuergitter der Röhre F₉ verbunden, das eine passende Vorspannung über den Spannungsteiler 20 und den Widerstand 21 erhält.

In der Anfangslage sind die Röhren F₆ und F₇ stromführend, wodurch der Verbindungspunkt 18 auf einem Potential nahe Null gehalten wird. Die Röhre F₈ ist anfangs gesperrt.

Wenn ein Impuls, schematisch in Fig. 6 b angegeben, in der Röhre F_x empfangen wird (Fig. 1), klappt Röhrenpaar F₄, F₅ um, und die Anodenspannung der Röhre F₅ sinkt. Diese Spannungsherabsetzung (Fig. 6'c) wird durch die Verbindung B und die Vorspannungsbatterie 31 auf die Gitter der Röhren F₆, F₇ übertragen. Die Klemme des Kondensators CM, die mit dem Verbindungspunkt 18 verbunden ist, hat dann kein konstantes Potential mehr, und der Kondensator behält seine Augenblicksladung. Darauf folgt diese. Klemme des Kondensators der Sägezahnspannung (Fig. 6d), bis letztere beim Rücklauf, am Ende der Abtastzeile, Erdpotential übersteigt und die Röhre F₈ leitend macht (Fig. 6 e), Dies ruft eine Verringerung des Anodenpotentials der Röhre F₈ hervor, die auf das Steuergitter der Röhre F₉ übertragen und damit letztere gesperrt wird. Daraus folgt ein Anstieg des Anodenpotentials der Röhre F₉ (Fig. 6f), und der Multivibrator nimmt seine andere Arbeitslage ein. Wenn bei der nächstfolgenden Abtastzeile die Sägezahnspannung sinkt, wird ein Zeitpunkt erreicht, in dem, sofern der Spannungsteiler 20 richtig eingestellt ist, die Röhre F₈ nicht mehr leitend ist und die Röhre F₉ wieder leitend wird (Fig. 6d, 6e und 6f).

In diesem Zeitpunkt muß das gewünschte Eingangssignal aufhören, so daß die Röhren F₆ und F₇ wieder leitend sind. Dies kann zweckmäßig durch entsprechende Benutzung der Potentialänderung der Anode der Röhre F₉ erreicht werden, wie weiter unten beschrieben wird. Damit kann ein neuer Impuls empfangen werden, da die Merkeinheit wieder empfangsbereit ist.

Die Einstellung des Spannungsteilers 20 kann derart durchgeführt werden, daß der Multivibrator F₈, F₉ umklappt, kurz bevor das Potential des Gitters der Röhre F₈ wieder den Wert annimmt, den es bei Empfang des ersten Impulses hatte, wodurch eine Vorwegnahmezeit für den Empfang des erwarteten Impulses geschaffen wird.

Die Anode der Röhre F₉ ist über den Kondensator C₃ mit der Anode der Diode F₁₄ gekoppelt, go Während des Rücklaufes wird die Röhre F₉ von dem Potential an ihrem Gitter gesperrt, so daß die Anodenspannung steigt. Die Diode F₁₄ bewirkt, daß dieses Potential lediglich den Kondensator C₃ auflädt, da sie leitend ist (Fig. 6 g).

Wenn die absinkende Sägezähnspannung einen Wert erreicht, bei dem die Vorwegnahmeregelung den Multivibrator F₈, F₉ mit Kathodenkopplung wieder umlegt, wird die Röhre F₉ wieder leitend; die Anodenspannung sinkt, und ein entsprechender negativer Impuls tritt an der Anode der Diode F₁₄ auf (Fig. 6 h).

Dieser negative Impuls wird drei Einheiten zugeführt: a) Er legt den Kanalwähler wieder um (Stellung nach Fig. 1), indem das Potential des Steuergitters der Röhre F₅ über die Verbindung C und den Kondensator C₅ geändert wird. Auf diese Weise kehrt die Röhre F₃ in die leitende Lage zurück, während F₂ gesperrt wird. Infolgedessen steigt das Potential des Eingangsimpulses auf die Röhren F₆, F₇, und diese werden leitend, b) Er steuert die Breiteneinheit, die weiter unten beschrieben wird und die die Periode bedingt, während der ein Teilchen erwartet werden kann, c) Er steuert die Ergänzungseinheit, die anzeigt, ob ein Teilchen ganz gezählt ist oder nicht.

Die Breiteneiriheit enthält nach Fig. 3 die Röhren F₁₀ und F₁₁, die ähnlich den Röhren F₆ und F₇ arbeiten, und die Röhren F₁₂ und F₁₃, die einen Multivibrator darstellen. Die Röhre F₁₃ ist anfangs leitend, und die Röhre F₁₂ ist gesperrt. Die Röhren F₁₀ und F₁₁ sind anfangs leitend, so daß der Punkt 2'2, der mit der Kathode der Röhre F₁₀, der Anode der Röhre F₁₁ und einem Pol des Breitenkondensators CW verbunden ist, anfangs auf einem Potential nahe Null gehalten wird. Der andere Pol

des Kondensators CW ist mit dem Ausgang des Sägezahnablenkgenerators ι verbunden.

Wenn ein negativer Impuls an der Anode der Röhre F₁₄ auftritt, wird er dem Steuergitter der Röhre F₁₃ über den Kondensator C₆ zugeführt; er sperrt diese Röhre. Das Anodenpotential steigt, und diese Potentialzunahme wird über die Batterie 32 und die Verbindung^ auf den zugehörigen Merkschalter, der weiter unten beschrieben wird, und außerdem auf das Steuergitter der Röhre F₁₂ übertragen. Infolgedessen wird die Röhre F₁₂ leitend, ihr Anodenpotential sinkt, und dieser Abfall wird über die Vorspannungsbatterie 33 auf die Steuergitter der Röhren F₁₀ und F₁₁ übertragen, wodurch diese Röhren gesperrt werden. Das nun am Punkt 22 auftretende Sägezahnpotential tritt auch am Fanggitter der Röhre F₁₂ auf, die, wenn der negative Sägezahn um einen bestimmten Potentialbetrag gesunken ist, wieder die Röhre F₁₂ sperrt (Fig. 6j).

Diese Potentialerniedrigung entspricht der Zeit, während der die Breiteneinheit zum Empfangen des erwarteten, das zweite Auftreten eines großen Teilchens darstellenden Impulses geöffnet ist.

Der negative Impuls, der an der Anode der Röhre F₁₂ nach dem Empfang eines negativen Impulses an der Anode der Röhre F₁₄ auftritt, wird auch durch die Verbindung D auf die zugehörigen Werkschalter für einen weiter unten zu beschreibenden Zweck übertragen.

Ergänzungseinheit

Diese Einheit 2y, 28, 29 und 30 (Fig. 1) enthält gemäß Fig. 3 die Röhren F₁₅ und F₁₆, die einen Multivibrator oder eine Umklappvorrichtung bilden, von denen die Röhre F₁₅ anfangs leitend und F₁₆ durch die konstanten Potentiale der Steuer- und Fanggitter gesperrt ist.

Wenn die Merkvorrichtung zum Empfangen eines Signals offen ist, das der Wiederholung eines Impulses entspricht, der ein großes Teilchen darstellt, wird ein negativer Impuls, der an der Anode der Röhre F₁₄ auftritt, auf das Steuergitter der Röhre F₁₅ mittels eines Kondensators C₇ übertragen und sperrt diese Röhre, wodurch das Anodenpotential erhöht wird (Fig. 5 a oder 5 b). Dieser Potentiälanstieg tritt am Steuergitter der Röhre F₁₆ auf und macht diese leitend (Fig. 5 c oder 5 d). Infolgedessen sinkt das Potential des Schirmgitters und bleibt auf einem niedrigeren Wert, bis die Röhre F₁₆ wieder gesperrt wird, entweder am Ende der Breitenperiode oder beim Empfang des Impulses, der dem großen Teilchen entspricht. Im ersteren Fall, am Ende der Breitenperiode, wenn kein Impuls empfangen ist, sinkt das Potential der Anode der Röhre F₁₃; dieser Abfall wird über den Kondensator C₄ auf die Anode der Diode F₁₇ übertragen, die nichtleitend ist, so daß der Potentialabfall am Fanggitter der Röhre F₁₆ auftritt und den Anodenstrom sperrt. Das Schirmgitter führt nun den Emissionsstrom der Röhre, und das Potential des Schirmgitters sinkt (Fig. 5 e). Dieses Potential steigt wieder, wenn der Potentialanstieg an der Anode der Röhre F₁₆ die Röhre F₁₅ wieder leitend macht, wodurch die Röhre F₁₆ wieder mittels des Steuergitters gesperrt wird.

Im anderen Fall, beim Empfang eines Teilchenimpulses während der Breitenperiode, wird ein negativer Impuls von der Anode der Röhre F₃ (Fig. 2) empfangen, der unmittelbar auf das Steuergitter der Röhre F₁₆ über die Verbindung E übertragen wird. Infolgedessen wird die Röhre F₁₆ mittels ihres Steuergitters vor dem Ende der Breitenperiode gesperrt, und das Schirmgitterpotential sinkt nicht wie im vorangehenden Fall (Fig. 5 f). Dieser Unterschied zwischen den Schirmgitterpotentialen, der davon abhängt, ob ein Teilchenimpuls während der Breitenperiode eintrifft oder nicht, wird dazu benutzt, den zugehörigen Größenzähler und eine Amplitudenprüfvorrichtung einzustellen, wie dies weiter unten erläutert wird.

Hauptschalter

Die Wirkung dieses Schalters ist vorstehend beschrieben ; in einer geeigneten Ausführungsform enthält er zwei Röhren F₁₈ und F₁₉ (Fig. 2), von denen die Röhre F₁₈ anfangs leitend ist. Wenn ein negativer Impuls am Steuergitter dieser Röhre auftritt, der von der Aufnahmevorrichtung 2 herstammt, wird die Röhre gesperrt, und ihre Anodenspannung steigt. Dieser Potentialanstieg wird über die Vorspannungsbatterie 34 auf das Fanggitter der Pentode F₁₉ übertragen, wodurch die Anode dieser Röhre stromführend wird und ein negativer Impuls der Röhre F₁ des ersten Kanalwählers zugeführt wird (Fig. 1). Der positive Impuls an der Anode der Röhre F₁₈ wird auch auf alle Merkschalter übertragen, die weiter unten beschrieben werden. Das Steuergitter der Röhre F₁₉ ist auch mit allen Merkschaltern verbunden, wie· weiter unten beschrieben wird.

Merkschalter

Jeder Merkschalter 8, 9, 10 usw. (Fig. 1) enthält zwei gesonderte Röhren, eine Pentode F₂₀ und eine Diode F₂₁ (Fig. 2).

Das Fanggitter der Pentode F₂₀ ist mit der Anode der Röhre F₁₈, ihr Steuergitter mit der Anode der Röhre F₁₃ (Fig. 3, Verbindung A) und ihre Anode mit dem Steuergitter der Röhre F₁ (über die Vorspannungsbatterie 35) des zugehörigen Kanalwählers verbunden. Die Röhre F₂₀ ist; anfangs mittels ihres Fanggitters gesperrt, das, wie vorstehend angegeben, an der Anode der Röhre F₁₈ liegt, und auch mittels ihres Steuergitters ist diese Röhre gesperrt, welches Gitter mit der Anode der Röhre F₁₃ verbunden ist (Fig. 3).

Die Kathode der Diode F₂₁ ist über die Verbindung D mit der Anode der Röhre F₁₂ dtes zugehörigen Stellenmerkmultivibrators und ihre Anode gemeinsam mit allen anderen Anoden der Dioden der Merkschalter mit dem Steuergitter der Röhre F₁₉ verbunden.

Die Schaltung ist derart, daß beim Auffinden eines ersten Teilchens ein Impuls durch die Röhren F₁₈ und F₁₉ nach dem ersten Kanalwähler 4 (Fig. 1) gesandt wird, wodurch dieser in seine andere

Stellung umklappt. Nachfolgende Impulse, die weiteren Teilchen auf der ersten Absatzzeile entsprechen, wirken der Reihe nach auf die nächstfolgenden Kanalwähler 5, 6, 7 usw.

Diese Impulse treten auch an den Fanggittern aller Röhren F₂₀ auf; aber da diese mittels ihrer Steuergitter gesperrt: sind, entstehen an ihren Ausgängen keine Signale.

Während der zweiten Abtastzeile arbeitet die Stellenmerkeinheit 12 in dem geeigneten Augenblick in der vorstehend beschriebenen Weise, wodurch das Potential an der Anode der Diode F₂₁ sinkt, da die Diode infolge der Erniedrigung ihres Kathodenpotentials leitend wird, so daß die Röhre F₁₉ über ihr Steuergitter gesperrt wird. Gleichzeitig steigt das Steuergitterpotential der der Stellenmerkeinheit 12 zugehörenden Röhre F₂₀, und sie wird leitend, sobald ihr Schirmgitterpotential infolge des Empfangs des erwarteten Impulses steigt, sofern das erste Teilchen auf der ersten Zeile ein großes Teilchen ist, das mehr als eine Zeile überdeckt.

Wenn dieser Impuls an das Gitter der Röhre F₁₈ gelangt, liefert ihre Anode einen positiven Impuls, der die Röhre F₂₀ leitend macht, welche darauf einen negativen Impuls von ihrer Anode nach dem Steuergitter der Röhre F₁ des zugehörigen Kanalwählers 4 schickt. Wenn kein Impuls vor dem Ende der Aufsichtsperiode empfangen wird, kehren die verschiedenen Elektroden dieser Röhre zu ihren ursprünglichen Potentialen zurück.

Die vorstehende Beschreibung der Schaltung zeigt, daß jeweils der Hauptschalter offen und der zugehörige Merkschalter geschlossen ist, wenn eine der Stellenmerfceinheitien anspricht, um eine Äufsichtsperiode für das zweite oder wiederholte Auftreten eines Impulses beginnen zu 'lassen, der diese Merkeinheit in der vorangehenden Abtastzeile ansprechen ließ.

Das erste Auftreten eines Teilchens hat ersichtlich das Ergebnis, daß eine Merkeinheit umgeklappt ist. Wenn das Teilchen klein ist, so wird während der zweiten Abtastzeile, wenn die Merkeinheit umgeklappt ist und kein Impuls eintrifft, der die Merkeinheit wieder zurückklappen würde, ein großer negativer Impuls von der Teilchenergänzungseinheit dem zugehörigen Größenzähler zugeführt. Wenn das Teilchen groß ist, wird von der Teilchenergänzungseinheit bei der zwei-5» ten Abtastung ein kleinerer negativer Impuls geliefert, und die Stellenmerkeinheit spricht wieder an, so daß bei der dritten Abtastzeile ein weiterer Impuls dem Größenzähler geliefert wird. Wenn das Teilchen drei Abtastzeilen überdeckt, hat dieser Impuls eine kleine Amplitude, aber wenn es nur zwei Zeilen überdeckt, ist der Impuls groß und läßt die Wirkung des Zählers aufhören.

Auf diese Weise liefern die Größenzähler eine Reihe von Impulsen, die zeitlich der Ergänzung der Zählung jedes Teilchens und amplitudenmäßig der Anzahl von Abtastzeilen entsprechen, die von jedem Teilchen überdeckt werden. Diese Reihe von Impulsen kann auf beliebige geeignete Weise analysiert werden, z. B. mittels eines Impulsanalysators bekannter Art.

Größenzähler

Die von jeder Teilchenergänzungseinheit, wie vorstehend angegeben, gelieferten Impulse werden auf einen zugehörigen Größenzähler 23, 24, 25, 26 usw. (Fig. 1) übertragen, der vorzugsweise einen kapazitiven Integrator, z. B. eine Aufladediode, enthält, die derart geschaltet ist, daß der Empfang eines jeden Impulses der erwähnten Art dem Kondensator eine bestimmte Ladung erteilt. Wenn ein Teilchen ganz abgetastet ist, wird beim Empfang des Impulses größerer Amplitude, wie vorstehend angegeben, der Kondensator entladen, der sodann für einen darauffolgenden Gebrauch zur Verfügung steht.

Eine für diesen Zweck geeignete Schaltung ist in Fig. 4 dargestellt, wobei die Röhren F₁₈' und F₁₉' einen Multivibrator mit zwei stabilen Lagen und Kathodenkopplung bilden. Die über die Verbindung £ empfangenen negativen Impulse werden über den Kondensator C₈ dem Steuergitter der Röhre F₁₈' zugeführt, die anfangs leitend ist. Die Röhre F₁₉' ist anfangs nichtleitend, und ihr Steuergitter ist mit der Anode der Röhre F₁₈' über den Kondensator C₉ verbunden. Jedes Steuergitter ist g₀ an den Abgriff je eines Spannungsteilers angeschlossen, der an der Anodenspannung liegt, so daß das konstante Potential für jedes Gitter zuvor eingestellt werden kann.

Wenn ein negativer Impuls am Gitter der Röhre F₁₈' eintrifft, wird diese Röhre gesperrt, und die Röhre F₁₉' wird leitend. Das Anodenpotential der Röhre F₁₈' steigt bis zum Potential der Anodenspannung und bleibt auf diesem Wert während einer Zeit stehen, die von der Zeitkonstante von C₉ und vom Widerstand 36 bedingt wird. Am Ende dieser Zeitspanne kehrt der Multivibrator in seine ursprüngliche Lage zurück. Ein positiver Impuls mit bestimmter Amplitude tritt dann an der Anode der Röhre F₁₈' auf, wenn der Multivibrator angestoßen wird. Dieser Impuls wird über den Kondensator C₁₀ einer Aufladediodenschaltung zugeführt, die aus den Dioden F₂₀', F₂₁' und dem Kondensator Cp besteht, und zwar wird er dem Verbindungspunkt der Anode der Röhre F₂₁' und der Kathode der Röhre F₂₀' zugeführt, deren Anode mit dem Anodenspannungspluspol verbunden ist. Die Kathode der Röhre F₂₁' ist über einen Kondensator Cp mit der Anode der Diode F₂₂ und mit einem Widerstand 37 verbunden, während die Kathode der Röhre F₂₂ und das andere Ende des Widerstands mit dem Anodenspannungspluspol verbunden sind.

Die Ausgangsspannung dieser Diodenschaltung wird der Verbindung des Kondensators Cp mit der iao Anode der Diode F₂₂ entnommen und über eine Diode F₂₆ der Sammelleitung G zugeführt, die mit dem Eingang des vorstehend erwähnten Impulsanalysators verbunden ist.

Mit der Schaltung der Aufladediode ist ein monostabiler Multivibrator mit den Röhren F₂₃

und F₂₄ verbunden, deren Kathoden gekoppelt sind. Die Anode der Röhre F₂₃ ist mit dem Anodenspannungspluspol über einen geeigneten Widerstand und ihr Steuergitter über den Widerstand 38 mit dem Abgriff des Spannungsteilers 39 verbunden, der an der Anodenspannung liegt, so daß das Potential des Gitters zuvor einstellbar ist.

Die Anode der Röhre F₂₃ ist über den Kondensator C₁₁ mit dem Steuergitter der Röhre F₂₄ gekoppelt, die vorzugsweise eine Tetrode ist. Die Anode der Röhre F₂₄ ist mit der Kathode der Diode F₂₁' und mit der Kathode der Diode V₂₅ verbunden, deren Anode am Anodenspannungspluspol liegt. Das Steuergitter der Röhre F₂₄ erhält über den Widerstand 40 eine passende Vorspannung von dem Gleitkontakt des Spannungsteilers 41, der an der Anodenspannung liegt.

In der Anfangslage ist die Röhre F₂₃ leitend, die Röhre F₂₄ gesperrt, und der Kondensator Cp hat ao keine Ladung.

Wenn ein erster (positiver) Impuls empfangen

wird (von der Anode der Röhre F₁₈' stammend), der das erste Auftreten eines Teilchens angibt, empfängt der Kondensator Cp eine Ladung, und das Potential dieses Kondensators steigt. An der Leitung G tritt noch kein Signal auf, denn die Diode F₂₂ ist leitend, die Diode F₂₅ gesperrt, und da die Röhre F₂₄ an ihrem Steuergitter ebenfalls gesperrt Ist, bleibt die Potentialzunahme an ihrer Anode ohnei Wirkung.

Wenn das Teilchen groß ist, erhöhen, weitere, darauf erfolgende Abtastungen darstellende Impulse das Potential des Kondensators Cp.

Wenn die Abtastung des Teilchens beendet ist, wird ein negativer Impuls mit großer Amplitude vom Schirmgitter der Röhre F₁₆ über die Verbindung F an das Gitter der Röhre F₂₃ gesandt. Infolgedessen, wird die Multivibratorschaltung angestoßen, und die Röhre F₂₄ wird leitend. Damit sinkt das Potential der Klemme des Kondensators Cp, die mit der Kathode der Diode F₂₁' verbunden ist, bis die Diode F₂₅ leitend wird, wodurch weiteres Sinken, des Potentials begrenzt wird. Darauf tritt ein negativer Impuls an der Kathode der Röhre F₂₆ auf und wird von, dieser der Leitung G zugeführt. Die Amplitude dieses Impulses entspricht der Ladung des Kondensators Cp.

Nachdem dieser Kondensator sich über den Widerstand 37 entladen, hat, kehrt der MuItA-vibrator in seine ursprüngliche Lage zurück, wobei die Zeitspanne durch die Zeitkonstante des¹ Kondensators C₁₁ und des Widerstandes 40 bedingt wird. Damit ist der ganze Zähler für die nächstfolgende Reihe bereit.

Es ist ersichtlich, daß die vorstehend beschriebenen Schaltungen geändert werden können; sie können erweitert werden, ohne außerhalb des Rahmens dieser Erfindung zu fallen, z. B. indem Impulserzeuger und/oder Begrenzer bekannter Art, wenn erwünscht, hinzugefügt werden» Ein besonderer Fall tritt z. B. ein bei der Teilchenergänzungseinheit, wenn, es erforderlich ist, einen Unterschied zwischen den Spannungskurven nach Fig. 5 f und 5 e zu machen. Es kann dabei erwünscht sein, eine vorgespannte Diode vorzusehen, um ein Ansprechen des Größenzählers nur dann, zu bewirken, wenn aiin negativer Impuls der richtigen Amplitude auftritt. Die verschiedenen, dargestellten Vorspannungsbatterien können durch geeignete Schaltungen, z. B. durch eine gemeinsame negative Spannungsquelle, auf bekannte Weise ersetzt werden. Andere Änderungen sind möglich bei besonderen, sich in der Praxis ergebenden Umständen.

Claims

Patentansprüche:

1. Teilchenzählgerät, gekennzeichnet durch Mittel zum Abtasten eines Musters der zu zählenden Teilchen, wie z. B. eine Elektronenstrahlröhre, weiter durch mit den Abtastmitteln zusammenwirkende Mittel, wie z.B. eine photoelektrische Zelle zum Liefern eines elektrischen Signals, das ein Maß für die Anwesenheit und die Dichte der Teilchen ist, ferner durch Mittel zum Vermeiden mehrfacher Zählung eines großen, mehr als einmal abgetasteten Teilchens und schließlich durch Zählmittel, die auf das entnommene Signal oder die entnommenen Signale zum Anzeigen der Gesamtzahl abgetasteter Teilchen ansprechen.

2. Teilchenzählgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum geradlinigen Abtasten einer Probe der zu zählenden Teilchen durch einen Lichtpunkt, z. B. eine Elektronenstrahlröhre, weiter durch mit den Abtastmitteln zusammenwirkende Mittel, wie eine Photozelle zum Liefern elektrischer Signale, die für die¹ Anwesenheit und Dichte der Teilchen maßgebend sind, ferner durch Stellenmerkmittel zum Merken der Lage jedes Teilchens von der einen Abtastzeile zur anderen und schließlich durch Zählmittel, die auf das entnommene Signal zum Anzeigen der Gesamtzahl abgetasteter Teilchen ansprechen.

3. Teilchenzählgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Größenzähler, durch Mittel, die jeder Stellenmerkeinheit zugehören, und durch Mittel, die aufzeichnen, wie oft ein Taillchen gemerkt wird, und die ein dementsprechendes elektrisches Signal abgeben.

4. Teilchenzählgerät nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Elektronenstrahlröhre für Lichtpunktabtastung, eine Aufnahmeeinheit mit einer Photozelle, Mittel zum Anbringen einer Teilchenprobe in der wirksamen Lage bei den erwähnten Abtastmitteln und der erwähnten Photozelle, so daß elektrische Signale von der erwähnten Zelle geliefert werden., wenn die Probe durch die erwähnten Abtastmittel abgetastet wird, und durch eine Anzahl Kanäle für die erwähnten Signale, die je elektronische Kanalwähler, Stellenmerkmittel, Größenzähler und elektronische Schaltvorrichtungen enthalten, die von den erwähnten Stellenmerkvorrichtungen gesteuert werden, um jedes von der erwähnten Aufnahmevorrichtung erzeugte Signal dem zugehörigen Kanal zuzuführen.

5· Teilchenzählgerät nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellenmerkvorrichtungen einen Kondensator enthalten, dessen einer Klemme eine geeignete Wechselspannung zugeführt wird, während die andere Klemme des Kondensators durch z. B. eine Röhrenschaltung auf einem festen oder nahezu festen Potential gehalten wird, bis die Röhrenschaltung ein Signal empfängt, das von einem Impuls abgeleitet wird, der die Abtastung eines Teilchens darstellt, wobei der Kondensator eine Ladung aufweist, die dem Potential in dem Augenblick entspricht, in dem das Signal empfangen wird.

6. Teilchenzählgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Größenzähler einen Aufladediodenkreis mit einem Kondensator enthält, dessen Ladung stufenweise mit den eintreffenden Signalen erhöht wird, die den, aufeinanderfolgenden Abtastungen eines großen Teilchens entsprechen, das zwei oder mehr Abtastzeilen überdeckt.

7. Teilchenzählgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal eine Ergänzungseinheit enthält, die durch die zugehörige Stellenmerkeinheit gesteuert wird und die auf den Empfang von einem Impuls oder von Impulsen anspricht, die dem Kanal zugeführt werden, so' daß diese Einheit dem zugehörigen Größenzähler einen Impuls vorbestimmter Amplitude liefert, wenn ein Teilchen ganz gezählt ist, und einen Impuls anderer Amplitude, wenn die Zählung noch nicht beendet ist.

8. Teilchenzählgerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls vorbestimmter Amplitude, der von der Teilchenergänzungseinheiit geliefert wird, zum Entladen des Kondensators des Kreises der Aufladediode benutzt wird, so daß der Größenzähler einen Impuls liefert, dessen Amplitude der Anzahl Aufladungen des Kondensators entspricht.

9. Teilchenzählgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 8, gekennzeichnet durch Impuleampliiitudenprüfmittel, die von der Ausgangsspannung des Größenzählers gesteuert werden und die eine Anzeige der Gesamtzählung der Teilchen und einer Anzahl gesonderter Gesamtzählungen angibt, die) je eine besondere Teilchengröße angeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen