DE949777C - Geraet zur automatischen Zaehlung und Ermittlung der Groessenverteilung von Teilchen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 27. SEPTEMBER 1956

F12192 IXJ 42 p

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur automatischen Zählung und Ermittlung der Größenverteilung von Teilchen, wobei die Teilchen oder ihre optisch erzeugten Bilder an einer Meßvorrichtung vorbeigeführt werden, oder umgekehrt. Die zu messenden Teilchen können z. B. mikroskopische Objekte wie Staub- oder Pulverteilchen oder Tröpfchen oder die Bilder auf Mikrophotographien sein.

Die bisher bekannten Geräte (zusammenfassende Darstellung des Standes der Technik: W. H. Walter, Automatic Counting of Microscopic Particles; Nature, 169 [1952], S. 518 bis 520) zur Erreichung dieses Zweckes besitzen mindestens einen der folgenden Nachteile:

i. Sie sind nur für kreisförmige Flächen geeignet.

2. Zur Ermittlung der vollständigen Größenverteilung ist eine mehrmalige Abtastung notwendig.

3. Es wird nicht direkt die Größenverteilung der Flächen gemessen, sondern diese muß aus den Meßwerten erst errechnet werden, wozu oft eine Rechenmaschine notwendig ist.

4. Die Voraussetzungen, die dieser Umrechnung zugrunde liegen, treffen nicht immer zu.

5. Der Zusammenhang zwischen dem Meßwert und der tatsächlichen Größe der Einzelfläche ist nicht genau bekannt.

6. Ein relativ großer Aufwand ist erforderlich. So. benötigen die meisten der bekannten Geräte einen Impulshöhenanalysator, der, wenn man nur mit einer Abtastung auskommen will, sogar als Vielkanalysator ausgebildet sein muß.

Es wurde nun gefunden, daß alle diese Nachteile

dadurch beseitigt sind, daß die Meßvorrichtung mehrere lichtelektrische Organe enthält, von denen beim Vorbei wandern der Teilchenbilder für jedes

S Teilchen ein oder mehrere Mal so viele ansprechen, wie der Größe des Teilchens entspricht. Die Organe

■ der Meßvorrichtung können dabei auf Belichtung oder auf Verdunkelung ansprechen. Die Organe der Meßvorrichtung können in einer Reihe angeordnet

ίο sein, die parallel oder senkrecht zur Bewegungsrichtung der Teilchen verläuft. Die Größe der Teilchen, die auf diese Weise gemessen wird, ist bei kreisförmigen Teilchen gleich dem Durchmesser, bei Teilchen unregelmäßiger Gestalt ist sie entweder gleich dem statistischen Durchmesser nach Feret oder nahezu gleich dem statistischen Durchmesser nach Martin, je nachdem, welche Länge die Meßorgane besitzen (s. G. Her dan, Small Particle Statictics; Amsterdam 1953, S. 66). Man kann die Schaltung dann so vornehmen, daß jedes Organ erst dann eine Zählvorrichtung betätigen kann, wenn alle diejenigen Organe, die in der Reihe der Organe vor diesem Organ liegen, angesprochen haben. Wird z. B. eine Mikrophotographie von Tröpfchen auf diese Weise abgetastet und besitzen die lichtelektrischen Organe der Meßvorrichtung alle einen gegenseitigen Abstand von 1 mm, so zählt die. erste Zählvorrichtung alle Tröpfchen, die zweite alle Tröpfchen, deren Durchmesser größer als 1 mm, die dritte alle, deren Durchmesser größer als 21mm ist usw. Allgemein gilt also, die w-te Zählvorrichtung zählt alle Tröpfchen, deren Durchmesser größer als n-i mm ist. Das bedeutet aber, daß man an den Zählvorrichtungen ohne Umrechnung sofort die vollständige Größenverteilung der Tröpfchen ablesen kann. Die Organe können aber auch so geschaltet sein, daß jeweils nur das letzte der Organe, die durch ein Teilchen belichtet oder verdunkelt sind, eine Zählvorrichtung betätigen kann.

Die Organe können Elektrodenpaare mit da"¹ zwischenliegenden Photowiderständen oder Zellen mit äußerem lichtelektrischem Effekt oder die Photokathoden solcher Zellen sein. Ferner können sie auch als Photoelemente oder Sekundärelektronenvervielfacher ausgebildet sein. Sämtliche Organe der Meßvorrichtung sowie die Organe der lichtelektrischen Vorrichtung, die eine genau bekannte Zahl von Messungen jedes Einzelteilchens bewirkt, können zu einer einzigen Zelle zusammengefaßt werden. In der Zeichnung ist das Ausführungsbeispiel eines solchen Gerätes, bei dem die Abtastrichtung senkrecht zu der Reihe der Meßorgane verläuft, schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Abb. ι die Draufsicht auf die Meßvorrichtung mit den Meßorganen und

Abb. 2 das Schaltungsschema für dieses Meßgerät.

Das Registrierorgan der lichtelektrischen Vorrichtung fällt hier mit dem ersten Organ der Meßvorrichtung zusammen. 1 ist die spannungsführende Elektrode des Registrierorgans, 2 ist die zweite Elektrode des Registrierorgans. 3 und 4, 5 und 6, 7 und 8, 9 und 10, ir und 12, 13 und 14, 15 und 16, 17 und r8, 19 und 20 sind jeweils die Elektrodenpaare der einzelnen Organe der Meßvorrichtung, wobei jeweils an eine Elektrode eines jeden Elektrodenpaares eine Zählvorrichtung angeschlossen ist, 21 und 22 sind linienförmige Elektroden. Die Schraffur 23 bedeutet eine Schicht mit innerem lichtelektrischem Effekt. 24 ist die Schicht mit innerem lichtelektrischem Effekt zwischen den Elektrodenpaaren, 25 eine isolierende Unterbrechung der Schicht 23. Das Teilchenbild 26, das z. B. hell auf dunklem Grund sein möge, wird in der gezeichneten Stellung gerade gemessen. Die ersten acht Zählvorrichtungen (s. Bild 2, 61 bis 68) werden durch die Belichtung der Elektrodenpaare 1-2 bis 15-16 betätigt. 27 gibt die Bewegungsrichtung des S₀ Teilchenbildes an. Bei der nächsten Zeile des Abtastens befindet sich der tiefste Punkt des Teilchenbildes unterhalb der Elektrode 22. Dadurch wird der Zählimpuls des Meßorgans 1, 2 gesperrt. Durch eine weitere Schaltung unterbleibt nun auch die Betätigung der übrigen Zählvorrichtungen, obwohl die zugehörigen Meßorgane belichtet sind. Das Beispiel einer solchen Schaltung zeigt Abb. 2. Hier bedeuten 1 bis 20 die Elektroden der Abb. 1 in schaltungsmäßiger Darstellung, 23 ist die Schicht mit innerem lichtelektrischem Effekt, 24 dieselbe Schicht zwischen den Elektrodenpaaren, die hier als Widerstände gezeichnet sind. Die Elektroden i, 3, S, 7, 9, 11, 13, 15, 17 und 19 liegen an der positiven Meßspannung U^. Die Elektroden 21, 22, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, iS und 20 sind jeweils an die Gitter der Elektronenröhren 28 bis 38 angeschlossen. Die Gitter der Elektronenröhren liegen über die Widerstände 39 bis 49 an einer solchen negativen Vorspannung — U_g0, daß die Röhren 28 bis 38 bei Verdunklung der Meßorgane gesperrt sind. Die Kathoden aller Röhren 28 bis 38 liegen an Erde E. Im Anodenstromkreis der Röhre 28 liegt das Ruhestromrelais 50, im Anodenstromkreis jeder der Röhren 29 bis 38 liegt eines der Arbeitsstromrelais 51 bis 60. Über diese Relais kann, wie aus der Zeichnung ersichtlich, die positive Spannung + U_2W an die Zählwerke 61 bis 70 gelegt werden. Diese Schaltung erfüllt folgende Bedingungen: Jedes einzelne Zählwerk (z.B. 65) kann erst dann betätigt werden, wenn sowohl das zugehörige Relais (im Beispiel 55) geschlossen, d.h. die Schicht24 zwischen den zugehörigen Elektroden (im Beispiel 9 und 10) belichtet ist, als auch alle vorherigen Relais (im Beispiel 51 bis 54) geschlossen, d. h. die Schicht zwischen allen vorherliegenden Elektrodenpaaren (im Beispiel 1-2, 3-4, 5-6, 7-8)belichtet ist, und wenn außerdem das Ruhestromrelais 50 geschlossen, d. h. die Schicht 23 zwischen den Elektroden 1 und 21 bzw. 1 und 22 nicht belichtet ist. Wenn man statt der Trioden Mehrgitterröhren benutzt, kann man auch ohne Relais auskommen und eine größere Zählgeschwindigkeit erreichen. Ein Gerät der hier beschriebenen Art ist in der Lage, bis zu 100 Teilchen pro Sekunde auszumessen und zu zählen. Dies läßt sich

jedoch noch wesentlich verbessern, wenn man die Meßorgane als Photozellen ausbildet und trägheitslosere Zählvorrichtungen benutzt.

Besonders bemerkenswert ist ferner der gegenüber allen bekannten Anordnungen wesentlich geringere Aufwand sowie die Möglichkeit, auch Teilchen beliebiger Gestalt zu messen.

Das Gerät kann auch zur automatischen Ermittlung der Größenverteilung von parallelen Strecken ίο oder Impulshöhen benutzt werden, die z. B. auf dem Meßstreifen eines Registrierinstrumentes aufgezeichnet sind.

Die Organe der Meßvorrichtung können selbstverständlich auch als Photozellen mit äußerem lichtelektrischem Effekt oder als Photoelemente oder als Sekundärelektronenvervielfacher ausgebildet sein.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Gerät zur automatischen Zählung und Ermittlung der Größenverteilung von Teilchen, bei dem die Teilchen oder ihre optisch erzeugten Bilder zellenförmig an einer Meßvorrichtung vorbeigeführt werden, die mehrere lichtelektrische Organe enthält, von denen beim Vorbeiwandern eines Teilchens so viel Mal so viele Organe belichtet oder verdunkelt werden, wie der Größe des Teilchens entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannte Meßvorrichtung mit einer lichtelektrischen Vorrichtung gekuppelt ist, die die Meßvorrichtung einschaltet, wenn das jeweilige Teilchenbild auf der Meßvorrichtung eine bestimmte Stellung einnimmt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung mit der lichtelektrischen Vorrichtung zu einer Zelle zu- sammengefaßt ist.

3. Gerät nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe der Meßvorrichtungen senkrecht oder parallel zur Bewegungsrichtung der Teilchenbilder in einer Reihe angeordnet sind.

4. Gerät nach Ansprüchen r, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtelektrischen Organe der Meßvorrichtung so geschaltet sind, daß jedes einzelne Organ erst dann eine Zählvorrichtung betätigen kann, wenn das Teilchen sich in Zählstellung befindet und alle diejenigen Organe, die in der Reihe der Organe je nach Abtastrichtung vor bzw. hinter diesem Organ liegen, angesprochen haben.

5. Gerät nach Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung so durchgeführt ist, daß in der Reihe der Organe, die durch ein Teilchenbild in Zählstellung belichtet oder verdunkelt sind, jeweils nur das letzte Organ eine Zählvorrichtung betätigen kann.

6. Gerät nach Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe der Meßvorrichtung zu einer einzigen Zelle zusammenfaßbare Elektroden oder Elektrodenpaare mit dazwischenliegenden Photowiderständen sind.

7. Gerät nach Ansprüchen r und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe der Meßvorrichtung zu einer einzigen Zelle zusammenfaßbare Photozellen mit äußerem lichtelektrischem Effekt oder Photokathoden solcher Zellen sind.

8. Gerät nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe der Meßvorrichtung zu einer einzigen Zelle zusammenfaßbare Photoelemente sind.

9. Gerät nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe der Meßvorrichtung Sekundärelektronenvervielfacher sind.

10. Gerät nach Ansprüchen 1 bis 3 und einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es zur automatischen Ermittlung der Größenverteilung von parallelen Strecken oder Impulshöhen benutzt wird, die z. B. auf dem Meßstreifen eines Registricrinstrumentes aufzeichnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Ge'ffcken-Richter und Winckelmann, »Die lichtempfindliche Zelle als technisches Steuerorgan«, S. 159, 221 und 225 bis 227.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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