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Vorrichtung zum Aufschreiben von Meßvorgängen mit vier oder mehr verschiedenen
Empfindlichkeitsbereichen, insbesondere zum Aufzeichnen von Massenspektrogrammen
Für gewisse Anwendungsfälle, z. B. für die Registrierung von Massenspektrogrammen,
ist ein Schreibgerät erforderlich, das besondere Bedingungen erfüllen muß i. Wiedergabe
des Meßvorganges in mehreren, z. B. vier verschiedenen Intensitätsbereichen, 2.
lineare Anzeigeskala, 3. große Genauigkeit (o,5°/u des Vollausschlags), 4.. Frequenzbereich
o bis 2o Hz.
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Für die Aufzeichnung von Massenspektrogrammen werden vier verschiedene
Wege beschritten.
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i. Verwendung von vier verschiedenen Galvanometerschleifen, welche
die Meßspannung in vier verschiedenen Empfindlichkeitsstufen gleichzeitig auf dem
Registrierstreifen photographisch registrieren. Die Aufzeichnung besteht dann aus
vier übereinanderliegenden Kurven mit verschiedenem Ordinatenmaßstab. Der Nachteil
dieser Methode besteht darin, daß es relativ schwierig ist, für die vier verschiedenen
hochempfindlichen und daher auch ziemlich großen Meßwerke eine optische Anordnung
zu finden, die es ermöglicht, sämtliche Vorgänge mit liinearer Skaila auf einem
Schreibstreifen zu vereinigen.
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z. Es wird nur ein Meßwerk verwendet und die Empfindlichkeit dieses
Meßwerks in Stufen umgeschaltet, wenn der Ausschlag die Bereichsgrenze erreicht.
Ein Spannungsanstieg zu hohen Werten wird mit dieser Anordnung daher so aufgezeichnet,
daß
die Anstiegsflanke einfach oder mehrfach gezahnt erscheint, je nach der Zahl der
erforderlichen Meßbereichsumschaltungen, die jedesmal mit einem Herunterfallen der
Schreibspur auf einen kleineren Ordinatenwert verbunden ist.
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Dex Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß im Gegensatz zu dem
erstgenannten ein direkt registrierendes Gerät verwendet werden kann, allerdings
mit kleinerer Registriergeschwindigkeit. Ein entscheidender Nachteil liegt jedoch
darin, daß die aufzuzeichnende Spannung gerade so hoch sein kann, daß sie einen
Umschaltvorgang auslöst und, da dieser ja eine gewisse Zeit erfordert, im Umschaltvorgang
verschwindet, wenn der Spannungswert nur kurzzeitig auftritt. Im Gegensatz zum vorgenannten
Verfahren hat sich dieses Schreibverfahren daher in der Massenspektrometrie auch
nicht einbürgern können.
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3. Aufzeichnung mit Hilfe eines Kompensograp#hen. Der Vorteil dieses
Verfahrens ist die hohe Aufzeichnungsgenauigkeit und die Direktschreibung. Nachteiilig
isst dagiegen, die beschränkte Aufzeichnungsgeschwindigkeit . und die Beschränkung
auf die Wiedergabe eines einzigen Empfindlichkeitsbereiches. Für die Massenspektrometrie
hat dieses Verfahren nur eine beschränkte Bedeutung, da für die allgemeine analytische
Anwendung des Massenspektrometers eine schnelle Wiedergabe der Meßspannung in verschiedenen
Empfindlichkeitsbereichen erforderlich ist.
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q.. Aufzeichnung mit einem Meßwerk mit photographischer oder direkter
Registrierung mit Hilfe eines Vorwählers für den Empfindlichkeitsbereich.
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Dieses Verfahren erfordert besondere Maßnahmen am Massenspektrometer,
nämlich einen doppelten Auffänger mit dem erforderlichen zusätzlichen Verstärkeraufwand.
Es beruht darauf, daß der aufzuzeichnende Vorgang kurz vor seiner Registrierung
durch den von ihm hervorgerufenen Meßwerksausschlag die Empfindlichkeitsstufe automatisch
einstellt, die für seine richtige Registrierung erforderlich ist. Dieses bekannte
Verfahren ist aber auf einen gewissen Meßbereich im Massenspektrometer beschränkt.
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Die Aufgabe, ein einfaches Schreibgerät für die Aufzeichnung von Massenspektrogrammen
herzustellen, das auch für die einfachen Massenspektrometer mit einem Auffänger
geeignet ist, läßt sich durch Kombination der beiden ersten Verfahren lösen.
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Erfindungsgemäß werden zwei gleichzeitig schreibende Meßwerke mit
je zwei oder mehr umschaltbaren Empfindlichkeitsbereichen vorgesehen, deren Empfindlichkeitsbereiche
einander überlappen.
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Das Prinzip der Erfindung wird an Hand der Abbildungen erläutert.
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Die beiden Meßwerke G1 und G2 sind symmetrisch zum RegistrierstreifenSch
angeordnet (vgl. Abb. i). Von zwei ebenfalls symmetrisch angeordneten Lichtquellen
L1 und L2 fällt das Licht der Lichtquelle L1 auf den Spiegel des Meßwerks G1 und
dann über den schmalen Spiegel S1 auf den Schreibstreifen Sch und das Licht
der Lichtquelle L2 über den Spiegel des Meßwerks G2 und den schmalen Spiegel S2
ebenfalls auf den Schreibstreifen Sch. Die beiden Spiegel S1 und S2 sind,
um den Winkel a gegeneinander verdreht, unmittelbar übereinander angeordnet. Das
Schreibpapier wird durch eine kreisförmig gebogene Führung so durch die Ebene des
Strahlenganges geführt, daß die Winkelausschläge der Meßwerkspiegel unbedingt linear
zur Anzeige und zur Aufzeichnung kommen. Ein vom Meßwerk G, ausgehender Lichtstrahl
wird so auf den Spiegel S1 gelenkt, daß er dessen obere Begrenzung zum Teil überschreitet
und auf diese Weise teilweise geradlinig weitergeht. Ebenso wird ein vom Meßwerk
G2 ausgehender Lichtstrahl so auf den Spiegel 92 gerichtet, daß er zum Teil unter
dessen unterer Begrenzung hindurch geradlinig weiterverlaufen kann. Diese nicht
an den Spiegeln S1 und S2 reflektierten Lichtanteile werden dazu benutzt, über die
vier Photozellen Phi', Phi ", Ph2 und Ph2' die Empfindlichkeitsbereichumschaltung
zu steuern. Zu diesem Zwecke sind die beiden Photozellen Phi und Phi', gegebenenfalls
über eine Verstärkerstufe in an sich bekannter Weise, mit den Gittern zweier gittergesteuerter
Glühkathodengasentladungsröhren (im folgenden kurz Gastriode genannt) Thi und Thi'
verbunden, die eine gemeinsame Kathodenleitung mit dem Widerstand R1 besitzen (vgl.
Abb. a). In der Anodenleitung des Thyratrons Thi' befindet sich die Wicklung eines
Relais Reli, das die Empfindlichkeit für das Meßwerk G1 auf 1ho @heruntersetzt.
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In einer solchen Schaltanordnung kann immer nur eine Gastriode stromführend
sein. Wenn das Gitter der nicht stromführenden Gastriode die zur Zündung erforderliche
Spannung erhält, so zündet diese Gastriode, während die andere erlischt. Sobald
die Photozelle Phi also erstmals von einem Lichtstrahl getroffen wird, zündet die
Gastriode Thi . Wandert der Lichtstrahl dann weiter aus, bis er außerhalb
des Anzeigebereiches die Photozelle Phi" trifft, zündet die Gastriode Thi", und
das Relais Reli zieht .an. und schaltet die Empfindlichkelt um den Falztor io herunter.
Der Lichtstrahl springt dann auf eine Stellung zwischen den beiden Photozellen Phi'
und Phi" zu-
rück. Sinkt jetzt die Meßspannung, so trifft der Lichtstrahl
wieder die Photozelle Phi ; die Gastriode Thi' zündet, die Gastriode Thi"
erlischt, das Relais fällt ab, und die volle Empfindlichkeit ist wieder da, .d.
h., der LirJhtstraIhl springt hoch auf eine Stellung kurz vor der Photozelle Phi'.
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In gleicher Weise sind die Photozellen Ph2 und Ph2" an eine Gastriodenschaltung
angeschlossen, welche die Empfindlichkeit des Meßwerks G2 beispielsweise von der
Empfindlichkeitsstufe 1/s auf die Empfindlichkeitsstufe 1/so und zurück schaIten
kann. Wenn die Photozelle Ph2 ' vom Lichtstrahl getroffen, die Empfindlichkeit des
Meßwerks G2 also auf '[so heruntergeschaltet wird, kann gleichzeitig durch einen
zweiten Schalter des Relais Rel2 die Empfindlichkeit des Meßwerkes G1 weiter herabgesetzt
werden,
damit letzteres auf keinen Fall überlastet wird.
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Durch die t_Tberlappung der Empfindlichkeitsstufen beider Meßwerke
- das erste kann die Empfindlichkeit i und 1/1o, das zweite die Empfindlichkeit
1/s und 1/so für die Aufzeichnung haben - wird erreicht, daß während. des Umschaltvorganges
des einen Meßwerkes das andere stetig anzeigt, so daß kein Meßvorgang durch die
Umschaltung der Beobachtung entzogen wird.
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Um den Dämpfungswiderstand der Meßwerke unabhängig zu machen von der
Empfindlichkeitseinstellung am Ausgang des Verstärkers, wird man zweckmäßig den
Verstärkerausgang vom Meßwerk durch einen gegengekoppelten Verstärker trennen. Bei
Einschaltung solcher Ankopplungsverstärker für die beiden Meßwerke ist die Verwendung
von mechanischen Relais für die Umschaltung nicht erforderlich; man kann vielmehr
in diesem Falle jedes Meßwerk mit zwei Ankopplungsverstärkern versehen, die an die
verschiedenen Empfindlichkeitsabgriffe des Hauptverstärkerausgangs angeschaltet
sind, so daß man rein elektrisch von dem einen Verstärker auf den anderen umschalten
kann. Durch Fortfall der mechanischen Relais würde dadurch der Umschaltvorgang noch
beschleunigt werden.
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Als Beispiel einer anderen Ausführungsform der Erfindung können die
beiden Meßwerke auch mit mehr als zwei Empfindlichkeitsbereichen arbeiten. Ferner
ist es für die Erfindung nicht unbedingt notwendig, die Systeme so anzuordnen, daß
einander deckende oder symmetrische Strahlengänge entstehen. Die Umschaltung mit
Hilfe der verbundenen Gastriode kann vorteilhaft auch Anwendung finden in Verbindung
mit anderen Schreibvorrichtungen, bei denen eine Umschaltung der Empfindlichkeitsbereiche
vorgesehen ist.