DE1773090A1 - Schallanalysator - Google Patents

Description

Sie Erfindung besieht sieh auf Verrichtungen und Methode« ■ur Analysierung ron 8toffen mittels Schallwellen. Insbesondere befasst sie sieh mit der Schaffung eines neuartigen Systems, mit dem Strömungsmittel unter Verwendung ron Ultraachall signal en analysiert werden können, wobei sich dieses system Tor allem sur Analyse des einen GasChromatographen ▼erlassenden Oasstrams eignet.

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ORiGINAi

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Bei der Analyse mit Hilf· der Gaschromatographie werden verschiedene Beatandteile einer unbekannten Probe durch Adsorption oder durch Aufteilung der Probe in einer chromatographiechen Säule geeigneten Materials voneinander getrennt, wobei der nachfolgende Ausfluss jedes Bestandteils oder jeder Komponente der Probe als pseudo-binäre Mischung mit einem Trägergas in Erscheinung tritt, das jede Komponente aus der Säule austrägt. Die Elutionsfolge der Komponenten aus der Säule hängt in vielfältiger Veiae von der Flüchtigkeit, dem Molekulargewicht und anderen Eigenschaften ab, die die Adsorption, Desorption und Abtrennung dieser verschiedenen Komponenten au* dem Säulenmaterial beeinflussen.

Für die Analyse dieses ohromategraphiaohen Austrag· lässt •loh irgendeine dor bekannton Teohniken verwenden. So kann : »eispielswoise die Wirkung jeder unbekannten Komponente in dor Probe auf die thermische Leitfähigkeit des Trägergaaes gemessen worden. Andererβeite lässt sich auoh die Adsorption·- wärme mit einer Thermesäule meaeen und aufselehnen, die beim Adsorbieren Joder verschiedenartigen Komponente auf einem geeigneten Adsorptionsmittel, beispielsweise HoIbkehle,«alt ritt.Jedeeh liefert jode dieser Methoden Meßsergebnisse, die in Besug auf die Gewichtskonmentration der unbekannten Komponente in charakteristischer Weise nicht linear sind. Xn jedem Fall wird mit diesen Messmethoden keine>

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direkte Messung der namentlich Überwachten Eigenschaft erreicht, und somit ist eine Abhängigkeit von veränderlichen Grossen vorhanden, die berücksichtigt werden müssen, wenn sichergestellt sein soll, dass die zu messenden Parameter in dem Abhängigkeitsverhältnis in Bezug auf die Probeneigenschaft bleiben, auf die schliesslich die Analyse gerichtet ist. Somit ist bei einem Detektor für die thermische Leitfähigkeit die Temperatur des heissen Drahtes in der Hess-Beile von der thermischen Leitfähigkeit des Gases nur empirisch abhängig, und die Messung der Drahttemperatur entspricht nicht einer direkten Messung der thermischen Leitfähigkeit.

Eine direkte Analyse lässt sich mit Hilfe von akustischen Methoden erreichen, bei denen die Wirkung änr Probe auf eine Schallwelle gemessen wird. Akustische Analysentechniken machen sieh die Tatsache tu Nutze, dass verschiedene Stoffe den Schall mit unterschiedlicher Geschwindigkeit leiten. Darüber hinaus kann die Schallgeschwindigkeit, mit der sich derSchall durch eis Gas fortpflanzt, funktionell auf das Molekulargewicht des Gases bezogen werden. Diese Abhängigkeit, die sich aus dem Idealen Gasgesetz herleitet, wird Yen Noble und anderen in dem Aufsatz "Performance and Charaeteristias of an Ultrasonic Gas Chromatograph Detector",

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Anal. Cheat., Vol. 36, S. 1421 (JuIi 1964) wie folgt beschriebent

Geschwindigkeit « (^fp)2

£β bedeuten: M das Molekulargewicht des Gases, Y das spezifische Wärmeverhältnis des Gases, R die allgemeine Gaskonstante und T die absolute Temperatur. Die oben genannten Autoren zeigen in diesem Aufsatz weiter, dass Gasgemische, wie sie in dem Austrag eines Gaschromatographen gefunden werden, in&em die Komponenten der Probe mit einem Trägergas elutiert sind, in ähnlicher Weise die Schallgeschwindigkeit beeinflussen, so dass eine funktioneile Abhängigkeit sowohl ▼on dem Molekulargewicht als auch der Konzentration der Komponenten des Gemisches besteht.

Die Messung der Schallgeschwindigkeit in einer Gasprobe kann in der üblichen Weise durch Messung der zugehörigen Phasenverschiebungen in der Schallwelle erfolgen, die mit der Wellengeschwindigkeit durch die folgende Gleichung verknüpft istt

0 (PhasenverSchiebung)«

wobei ,bedeuten» V die Geschwindigkeit, f die Frequenz und s die Weglänge. Da die Frequenz und die Wegläng· bei der An*-

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lyse konstant gehalten werden können, ist die Phasenverschiebung bei einem gegebenen Gas oder Gasgemisch, durch das die Schallwelle läuft, ein Wert, der unmittelbar die Geschwindigkeit anzeigt und damit die Analyse des Gases ermöglicht.

Bei sich auf Schallmessung stützenden Gasanalysemethoden wird das zu analysierende Gas in eine Zelle geleitet, die hier Schallzelle genannt werden soll. Die an dem einen Ende der Zelle erzeugten Schallwellen werden durch das Gas hindurchgeschickt und am anderen Ende der Zelle aufgenommen. Die Austrittswelle dieser Schallzelle kann dann mit einem elektrisch erzeugten Bezugssignal verglichen werden oder mit •inem Signalausgang einer ähnlichen Zelle, die ein bekanntes Gas enthält. Auf dies· Weise lässt sioh die Phasenverschiebung bestimmen, mit der dann die Gasanalyse vorgenommen wird. Als gaschromatographischer Analysator hat sich eine Schall- oder akustische Vorrichtung besonders bewährt, da sie so gebaut werden kann, dass sie die Phasenverschiebung, die von dem Mit der «erlegten Probe versehenen Trägergas erzeugt wird, ■it der von dem reinen Trägergas verursachten Phasenverschiebung vergleicht und auf diese Weise leichte Verunreinigungen i» Trägergas ausschaltet. Darüber hinaus wird durch

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die akustischen Analysemethoden eine zerstörungsfreie Analyse ermöglicht, die eine grosse Auswahl von Trägergasen gestattet und auch noch so vorgenommen werden kann, dass mit Hilfe von ein niedriges Molekulargewicht aufweisenden Trägern, beispielsweise Helium oder Wasserstoff, ein Ausgangesignal erzeugt wird, das im wesentlichen dem Molekulargewicht der unbekannten Komponente proportional ist.

Neben der gaschromatographischen Analyse lassen sich akustische Techniken in ähnlicher Weise zur Strömungsmittelanalyse verwenden, wenn diese auf eine der verschiedenen anderen Weisen vergenommen wird. So lässt sich beispielsweise eine akustische Detektortechnik »ur Überwachung eines Gasetroms einsetzen, bei dem das Vorhandensein einer unerwünschten Komponente festgestellt werden soll. In einem solchen Fall würde die Abweichung der Gaszusammensetzung eine feststellbare Differenz in der Geschwindigkeit des Schalleignais und eine entsprechende Phasenverschiebung der Schallwelle verursachen, aus der dann auf das Vorhandensein der unerwünschten Komponenten geschlossen werden kann. Ultraachallmethoden können auch als analytische Detektoren bei der Flüssigkeitschromatographie sowie bei anderen Strömungemittelanalysen zur Anwendung gelangen.

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Jedoch trotz der offensichtlichen Vorteile der akustischen Analysemethoden sind sie bei der Entwicklung der Analysenmessgerätetechnik weitgehend unbeachtet geblieben.

Es wurde zwar bereits vorgeschlagen,alt einem Kilohertz-Schallsignal zu messen, das durch die Probenzelle hindurchgeschickt wird, jedoch ist die Zellenweglänge der Vorrichtungen, die Signale Ih Kilohertz-Bereich benutzen, etwa einen Meter gross. Zellen derartiger Grosse erfordern unvermeidlich eine umfangreiche analytische Ausrüstung, die, was noch wichtiger ist, kaum bei gaschromatographischen Analysen eingesetzt werden kann, wo oftmals sehr kleine Proben und beschränkte Strömungemengen des Trägergases untersucht' werden sollen.

In der Arbeit von Noble und den anderen Autoren wird vorgeschlagen, ein Schallsignal im Megahertz-Bereich zu verwenden, das eine Verkürzung der Weglänge ermöglicht. Die von Noble entwickelten Techniken schaffen für die gaschromatographische Analyse jedoch nicht die gewünschte Zerlegung, insofern als dieses bekannte System keine Phasenstabilität erreicht, die sich mit den gewünschten ppm (Teile pro Million)-Auflösungs- ^iermogen eines analytischen Chromatographen verträgt. JJie von Noble und den anderen Autoren erwähnten piezoelektrischen

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Kristallwandler sind ausserordentlich frequenzempfindlich und erzeugen sogar bei kleineren FrequenzverSchiebungen beträchtliche Phaa envers clii e bungen. Wenn die von iJoble beschriebenen Kristallwandler benutzt werden, so sind superstabile Steueroszillatoren erforderlich, deren Stabilität für ein Schallsignal von Megahertzatärke bei etwa 1 Hz liegt, um eine noch einigermassen annehmbare Phasenstabilität zu erzeugen. Die gemeinhin vorhandenen Megahertz-üszillatoren weisen eine Stabilität von 10 bis 100 Hz auf und würden deshalb die Vorrichtung von Noble und den anderen Autoren für hohe Auflösungsanalysen unzureichend stabil machen.

Darüber hinaus war die Schallzelle von Noble aus Plastikmaterial gebaut, um die erhebliche Schallübertragung zu vermeiden, die beim Einsatz von Metallkörpern aufgetreten war. Die Verwendung derartiger Materialien ist aber unerwünscht, da diese Materialien keine lange thermische Dimensionsstabilität besitzen, gasdurchlässig sind und eich schwer lh gattdichte Verbindungen einbauen lassen und auBserdem verwehdtlitg·· abhängige Temperaturgfenfeen aufweisen, die die Arbeitsfähig*· keit der Zelle bei hoher Temperatur entsprechend betehrähken.

Ee wird darauf hingewiesen, dass, wenn in der folgenden ܧ- •chrei-bung von einen Schallfeignal oder eine* eJcuiHetthftft

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Signal gesprochen wird, dieses Signal nicht im Hörbereich liegen muss, sondern dass der Betriff zur Kennzeichnung dafür dient, dass die zur erfindunirsgemässen Durchführung von Analysen benutzten Signale mechanisch erzeugte Wellen gekannter Frequenzen sind, die durch das zu analysierende Strömungsmittel geschickt werden.

£rfindungegemäsa wird- somit ein neuartiges Vorrichtungssystem sur Analyaierung von Strömungemittelgemisehen geschaffen, bei dem ein akustisches Signal mit Ultraschallfrequenz verwendet wird. Ausserdem befasst sich die Erfindung mit einer neuartigen Method· zur Analysierung von aus vielen Komponenten bestehenden Strömungstnittelgemlachen, bei der sowohl die Geschwindigkeit als auch die Dämpfung eines durch das Geniach hindurchlaufenden akustischen Signals gemessen werden.

Die erfindungsgemässe analytische Vorrichtung arbeitet mit akustischen Techniken, mit denen sofort «in hohes Maß an Zellenphaeenatabilitat in Bereich von ± 0,003° Phasenwechsel und demzufolge hohe Auflösungsvermögen erzeugt werden können, wobei Komponenten sun Einsatz gelangen, die das Instrument in der Analyaenteehnik wettbewerbsfähig machen.

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Die erfindungagemässe Vorrichtung weist eine neuartige Schallzelle auf, die piezoelektrische Wandler enthält und ein akustisches Signal, das vorzugsweise im Megahertz-Bereich liegt, übertragen und empfangen kann, wenn durch diese Zelle das zu analysierende Gas geschickt wird. Ausserdera ist die erfindungsgemässe Vorrichtung mit einem neuen Ausgangskonditionierungssystem versehen, mit dem ein ausgeschriebenes, analoges Signal erzeugt werden kann, das dem Phasenverzögerunpsverlauf des Ultraschallsignals entspricht, welches die Schallzelle durcheilt. Natürlich wird die Phasenverzögerung in dem Ausgangskonditionierungssystem gewöhnlich durch einen Vergleich des Ausgange der analysierenden Schallzelle mit dem Ausgang einer Bezugezelle oder mit einem Bezugssignal bestimmt.

Einleitend wird darauf hingewiesen, dass mit dem neuartigen Vorrichtungssystem der Erfindung eine neuartige Schallzelle geschaffen wird, in der übertragende und empfangend· piezoelektrische Wandler auf einer Stange angebracht sind, die sich so in die Zelle hineinerstreckt, dass radiale Druckkräfte auf die Wandler und auf die akustisch· Fläch· der Vandler einwirkende Oberflächenbelastungen vermieden werden. Aufgrund dieser Halterungstechnik wird den Wandlern «ine

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einzigartige Phasen»tabilitat gegeben und. die Übertragung eines parallelen akustischen Signals durch den Zellenkörper im wesentlichen auf ein Mindestmass beschränkt, uie piezoelektrischen Wandler werden so gelagert, dass jeder Wandler unter Spannung an der scharfkantigen Haiterüngslippe anliegt, die mit der akustischen Fläche des Wandlers in im wesentlichen geradliniger Berührung steht.

Das neuartige erfindungsgemässe Vorrichtungssystem bietet aber auch eine Schallzelle, bei der piezoelektrische Wandler mit einem niedrigen Q-Wert eingesetzt werden, und auf diese Weise die Phaeenstabilität im System über eine Vielzahl von Zellentemperaturen aufrechterhalten wird.

Des weiteren wird durch die Erfindung eine integrierte Anordnung aus Schallzelle, Steueroszillator und Isolationsverstärkern in temperaturkonstanten Umgebungen geschaffen, die dl« Erzeugung und die Aufnahme eines phasenstabilen akustischen Signals durch die Zelle ermöglicht.

Sie neuartige, gleichfalls erfindungsgemäss geschaffene AusgaEfikÖhaitionierungsschaltung erzeugt eine kontinuierliche, analoge Ausgangsleistung, die den Phaaenverzögerungsverlauf

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der analysierenden Schallwelle entspricht, ohne daas dabei Überlagerungen entstehen. Die der Phasenverzöß-erun^ entsprechende Phasenmesserauspangsleistung wird einem Phasenbereichers trecker zugeführt, der den dynamischen Bereich des Ausgangsleistungsanzeigers vergrössert und die Erzeugung einzelner Spitzen (peaks) ermöglicht, die den Phasenverzögerungen bei über 360 Phasenverschiebung entsprechen.

Die erfindungsgemässe Analyierungsmethode zeigt eine Verfahrensweise auf, mit der ein Vielkomponentenströtnungsgemisch durch Übertragung eines akustischen Signals durch die Strömung und Messung der von dem Strömungsmittel verursachten Phasenverschiebung des Signals als Kenngrösse für die Geschwindigkeit, mit der das Signal das Strömungemittel durcheilt, sowie auch durch Dämpfung der Amplitude des von dem Strömungsmittel verursachten Signals analysiert werden kann. Somit lassen sich gleichzeitig xwei auf die Zusammensetzung des Strömungemittels bezogene Bedingungen meββen und aufzeichnen, die als Grundlage sur Ermittlung von mehr als nur einer unbekannten Grosse in der Probe dienen.

In den AusfUhrungsbeispielen der Zeichnungen, auf die sich die folgende Beschreibung besieht, ist die Erfindung näher erläutert,

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- 13 -Xn den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht der konstante Temperatur aufweisenden, analytischen Kopfanordnung mit einer Schallzelle und an diese angeschlossene Strömungsmittelleitungen und elektronische Kabel,

Fig. 2 eine vergrösserte Querschnittansicht der erfindungsgemäsaen Schallzelle, bei der der durch die Zelle hindurchfuhrende Gasströmungeweg durch Pfeile angedeutet 1st,

Fig. 3 eine weiter vergrösserte Ansicht eines Details des in der Schallzelle gelagerten piezoelektrischen Kristallwandlers,

TIg. k eine Draufsicht zweier in einem Heizblock befindlicher Schallzellen, längs der Linie k-k in Fig. 1,

Fig. 5 «in Blocksystem-Schaubild des erfindungsgemässen analytischen Systems,

Fig. 6 «in teilweise schenatisches Schaubild des erfindungsgmmikmm verwendeten Leistungsauegangakonditionierungssyst·»·, und

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Fig. 7 eine graphische Darstellung des Faltungseffekts, der eich bei Phasenverschiebungen ergibt, die grosser als 36O sind, wobei Eintragungen die Funktion der Polaritätsspannungsachaltung in dem Ausgangs 1ei s tungskondi ti onierungasyst em aufζ ei gen.

Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen sind im allgemeinen zum Einsatz in einem Gasanalysesystem, beispielsweise bei einem Gaschromatographen, geeignet. Ee wird jedoch ausdrücklich festgestellt, dass dadurch der Erfindungsgegenstand nicht auf die Anwendung für Analysen von Gasen oder chromatographischen Austragsstoffen beschränkt ist.

Die in Flg. 2 im Schnitt gezeigte, neuartige Schallzelle besitzt einen zylindrischen Zellenkörper 11 mit einem axialen, kreisförmigen Hohlraum 14, der an jedem Ende mit Endstücken 15 und 16 abgedichtet iat. Die Endstücke sind in geeigneter Weise mit Hilfe von Schrauben, wie sie bei 17 und 18 gezeigt sind, an dem Zellenkörper 11 befestigt. Wenn die Schrauben 17 und 18 angezogen werden, drücken aie die aus Silicon-Gummi bestehenden O-Ringe 19 und 20 zusammen, so dass der innere Hohlraum 14 gasdicht gegen die aussere Atmosphäre ab-

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gedichtet ist. Der Fachmann kann aber auch andere Typen von Dichtungsringen oder -scheiben hierfür verwenden. Man erkennt, dass die Zellenkonstruktion eine rasche Änderung der Zellenlänge durch Austausch des Zellenkörpers 1 1 gegen einen geeigneten Zellenkörper anderer axialer Län;?e ermöglicht.

Der Zellenkörper 11 ist mit einer Eintrittsöffnung 12 und einer Austrittsöffnung I3 zusammen mit im folgenden beschriebenen Endkanälen versehen, die die Eintrittsgasströmung aufteilen und auf beiden Seiten der Zelle spiegelbildliche Strömungsbilder des Gases erzeugen. Aufgrund der spiegelbildlichen Bauweise der Zelle wird in der Zeichnung nur jeweils ein Bezugszeichen zur Kennzeichnung desselben Teils auf beiden Seiten der Zelle verwendet.

In den einen kleineren Durchmesser aufweisenden Abschnitten 2k von Wandlerbefestigungsstegen 26 sind passende piezoelektrische Wandler, Übertragungswandler 20 und Empfangswandler 21, gelagert, so dass sie an den gegenüberliegenden Enden des Hohlraums Ik in axialer Richtung fluchten. Die Wandler sind identisch und die Umkehr ihrer Übertragungs- und Aufnahmefunktionen lässt sich durch blosses Umstecken der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse erreichen. Die Wandler haben bestimmte Resonanzfrequenzen, so dass ein dem übertragungs- oder Steuerwandler zugeführtes Eingangssignal eine Schall-

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welle erzeugt, die ein Ausgangssignal gleicher Frequenz in dem empfangenden Wandler bewirkt. Die erfindungsgemäss verwendeten Wandler sind piezoelektriscne Wandler, beispielsweise des Keramik- oder des Kristalltyps, die eine mechanische Kraft oder eine Schallwelle erzeugen können, wenn sie in oder in der Nähe ihrer Resonanzfrequenz erregt werden, und die aufgrund der mechanischen Kraft einer derartigen Schallwelle eine Spannung hervorrufen. Ein unmittelbar auf der Rückseite jedes Wandlers vorhandener dünner Metallfilm in Form eines Fleckens 27 dient als Wandlerelektrode, während ein gleicher Metallfilm, der sich über die Vorderseite oder die Schallfläche des Wandlers erstreckt, einen Erdkontakt an der Lagerungelippe kZ herstellt. Diese Metallfilme bestehen aus Gold, Silber oder dergleichen und werden auf der Wandleroberfläche mit Hilfe eines der verschiedenartigen Verfahren, beispielsweise durch Aufdampfen oder dergleichen, hergestellt. Die in der Zeichnung auf der Rückseite der Wandler 20 und 21 gezeigten Goldflecken 27 sind so dargestellt, als ob sie eine merkliche Dioke besässen. Dies geschah jedoch nur ua zu zeigen, wie der Kontakt mit den Federn 35 zustande kommt. Die Dicke der Filme ist minimal, und deshalb ist der sich über die Schallfläche 23 des Wandlers spannende Film nicht als dicker Körper dargestellt.

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Die Wandler 20 und 21 sind in einer einzigartigen Weise in dem vorderen reduzierten Abschnitt 2k des Lagerungsteges 26 angeordnet. Es hat sich gezeigt, dass die neuartige Lagerung der Wandler die Stabilität ihrer Resonanzfrequenzen wesentlich erhöht und auch die unechte Schallübertragung durch den Zellenkörper im wesentlichen ausschaltet. Demzufolge ermöglicht diese Konstruktion, dass die Zelle ganz aus rostfreiem Stahl oder dergleichen gebaut wird. Jeder Vandler wird durch eine Feder 35 gegen eine scharfkantige Halterungelippe 28 im vorderen Teil des einen geringeren Querschnitt aufweisenden Abschnitts Zk des LagerungsSteges gedrückt. Um den Wandler dort zu halten, ist kein Dichtungsmittel oder Kitt erforderlich. Der auf der Schallfläche 23 der Wandler, das ist also die in der Schallzelle freiliegende Fläche zur Erzeugung oder zum Empfang des akustischen Signals, ausgeübte Kontakt folgt im wesentlichen einer Linie, wie dies klarer aus Pig. 3 ersehen werden kann. Die scharfe Innenkante der Halterungelippe 28 berührt die Schallfläche de· Wandlers entlang einer Linie, die sich rund um den Vandler in der Nähe seines ausseren Umfanges erstreckt. Es hat sich herausgestellt, da·· sogar ohne Kitt oder DäAtungs-■ittel eine gleiche Lagerung der Wandler in einer Randhalterung, in der die Haiterung·lippe flach ist, so dass sie

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an einer Fläche anliegt - eine derartige Lagerung kann beispielsweise der in Fig. 3 gezeigten entsprechen, wo der Winkel«< Null ist - zu einer unregelmässigen Arbeitsweise des Wandlers führt sowie zu einem zeitweisen leichten Abreiben des Wandlerrandes. Solche kleinen Risse an ausseren Umfang der Wandleroberfläche wurden als Ursache für eine erhebliche Veränderung der Resonanzfrequenz und sich in diesem Zusammenhang einstellender Schwierigkeiten ermittelt.

Bei der neuartigen Zellenkonstruktion sind die piezoelektrischen Wandler mit einer Vorspannung an einer scharfen Kante gelagert, die mit dem Wandlerumfang in Berührung steht. Aus Gründen der besseren zeichnerischen Darstellung ist die Halterungslippe 28 im Verhältnis zu der Wandlergrösse erheblich grosser ausgefallen als sie tatsächlich ist. In der Tat wurde verlangt, dass dl· Kante der Halterungelippe mit dem äussersten Abschnitt der Schallfläche in Berührung steht. Die Lagerung des Wandlers lässt sich gut in der in Fig. 3 gezeigten Weise durchfuhren, wobei eine scharf· Lagerkante kZ vorhanden ist, mit der rund um die Schallfläche 23 des Wandlers durch Schaffung einer rückg·schnitten·« Oberfläche auf der Innenseite der Halterungelippe, die mit der Schallfläche des Wandlers 20 einen Winkel«Λ von etwa 10 bi· 25 Grad einschliesst, ein· Linienberührung erzeugt wird.

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Dazu kommt, daas deqtfandler so gelagert sein sollte, dass keine radialen Druckkräfte auf ihn einwirken. Demzufolge wird «wischen dem Wandler und der Wandung des eingeschnittenen Abschnitts 24 des Halterungsstegs ein Spalt 2° vorgesehen. Aus Gründen der zeichnerischen Verdeutlichung ist die Spaltbreite ebenfalls nicht maßstabsgerecht dargestellt. Der Spalt braucht nur minimal zu sein, so dass er gerade ausreicht, um jegliche radiale Druckkraft oder -spannung von dem Kristall fernzuhalten.

An der Flächenelektrode 27 auf der Rück- oder Elektrodenseite Jedes Wandlers liegt unter Spannung eine Feder 35 an. Die Feder 35 erzeugt sowohl einen elektrischen Kontakt mit der Wandlerelektrod·, dient aber auch dazu, den Wandler gegen die scharfe Kante 42 der Halterungslippe 28 zu drücken, ua auf dies« Weise den Metallfilm auf der Schallfläche des Wandlers durch die Zelle zu erden, die mit dem oben erwähnten Steueroszillator eine gemeinsame Erde besitzt. Die Oberfläche der Feder 35, die mit der fleckenförmigen Flächen-, elektrode in Berührung steht, ist bei 36 flach geschliffen, so dasS^ie glelchaässig an dem Wandler anliegt und mit den Flecken 27 einen guten elektrischen Kontakt aufweist. Es hat sich gezeigt, dass die Stärke der auf den Wandler einwirkenden Federkraft sich nur wenig auf die Arbeitsweise des Wand-

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lera auswirkt. Wird die Kompressionskraft der Feder von im wesentlichen VuIl auf etwa zwanzig Pond gesteigert, so würde dadurch eine nur kleine Veränderung der Resonanzfrequenz des Wandlers bewirkt und andererseits kein schädlicher Einfluss auf die Arbeiteweise des Wandlers augeUbt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, eine angemessene Federkraftstärke einzusetzen, weil eine derartige Kraft den Wandler mechanisch stabil hält und unempfindlich gegen Erschütterungen oder Bewegung des ganzen Apparates macht.

Der elektrische Kontakt mit den Federn 35 wird an jedem Ende der Zelle mit den Kontaktstangen 37 erreicht, die in plastischen Isolierungslagern 38 gehaltert sind, welche auf einer Schulter39 in den Wandlerhalterungsstegen 26 ruhen. Di· Kontaktstangen 37 stehen entweder mit dem Steueroszillator oder den Ausgangsleistungaveratärkern in elektrischer Verbindung» was von der Wandlerfunktion abhängt und im folgenden erläutert wird. Mit den Kontaktstangen 37 verbundene Koaxial-Kabel kO sind in geeigneter Weise so gesohUtst, dass ·1· ··- wohl die Eingangs- als auch die Ausgangssignale der Schallwelle vor Verzerrung und störender Beeinflussung bewahren· Eine Schmelztiegelverbindung ²H, beispielsweise Silicon-Kautschuk oder dergleichen, füllt den Hohlraum rund um jede Kontaktstange aus und vervollständigt den Isolierungsschuts der

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Stange. Anstelle der Halterung 38 und der Verbindung 4i . lassen sich zur Herstellung einer Hochtemperaturzelle auch keramische Hochtemperaturdurchführungen verwenden.

Die reduzierten Abschnitte Zk der Wandlerhalterungsstege 26 sind mit Gasöffnungen 30 versehen, duroh die das in der Zelle befindliche Gas sowohl hinter den übertragenden als auch den empfangenden Wandler 20 bzw. 21 strömen kann. Demzufolge lässt sich die Zelle bei höheren Drücken betreiben, ohne dass Gefahr besteht, dass sich die Wandler bewegen oder dass die Wandler brechen, weil der Druck auf beiden Seiten des Wandlers gleioh ist. Die Gasströmung durch die Öffnungen 30 reicht aus usi zu verhindern, dass das Gas in den Analyβehohlraum ]h Burückdiff undiert.

In fig. 2 zeigen die Pfeile ganz allgemein den Strömungsweg des in die Zeil· 10 eintretenden Gases an. Das Gas strömt dureh die Kintrittstfffnung 12 ein, tollt sich dann auf und strömt jedem Snde des Hohlraumes i4 zu. Aufgrund diener aufgeteilten Strömung wird jede Doppler-Wirkung auf das Schallsignal wahrend der Analyse als Folge der Strömungsgeschwindigkeit des Gases vermieden. An jedem Ende des Hohlraumes 14 strömt das Gas durch die üasöfi'nungen 30 in den die Stege 26

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tragenden vorderen Teil des Wandlers ein und von dort in den Raum 31 hinein, der sieh in jeden Steg hinter dem Wandler befindet.-^An jedem Zellenende strömt dann das Gas aua dem Raum 31 durch den im Steg befindlichen Kanal 32 in einen kreisrunden Kanal 33 hinein. Der kreisförmige Kanal 33 erstreckt sioh rund um den ganzen aus8eren Umfang der oberen Abschnitte der den Wandler tragenden Stege 26, wodurch ein Spülkanal geschaffen wird. Alle fremden Oase, die wischen den Sndplatten 15 und 16 und dem Zellenkörper i4 hinter den O-Ringen 19 und 20 eingedrungen sein könnten/werden sofort aus der Zelle herausgespült und damit aus dem Bereich entfernt, wo die Analyse stattfindet. Trots der Versohlusswlrkunf d«r «wische» den ladplatten 19 und 16 und dem Zellenkörper 11 angeordneten Dlohtung findet nach liingmr^r Zeit duroh die Dichtung hinduroh möglicherweise eine Diffusion von Oasen statt. Aufgrund der ausesrordentlich hohen Empfindlichkeit der Analysierungerorriohtung können selbst geringste Mengen an Fremdgas in der Zolls sum Abbruch einer Analyse führen.

Der Oasetrob bewegt sioh dann von den ringförmigen Kanälen 33 in den Langekanal 3k, der die von den Enden der Zelle kommenden Gaβströme wieder vereinigt und duroh die Austritts« öffnung 13 naoh aussen führt. E» wird darauf hingewiesen,

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dass bei dieser Konstruktion der Durohgangskanal 32 zu dem ringförmigen Kanal auf der Aussenseite der Zelle, gegenüber dem Längskanal 34 liegt. Somit teilt sich das durch den Durchgangskanal 32 in den kreisförmigen Kanal 33 strömende Gas in der Welse, dass es beide Hälften des kreisförmigen Kanals umströmt und dadurch sicherstellt, dass das Gas vollständig aus dem kreisförmigen Kanal ausgespült und alle Fremdgase, die durch die Dichtung hindurchdiffundieren, sofort abgeführt werden.

Der Strömungsverlauf des Gases durch die neuartige Zelle eröffnet eine einfache Möglichkeit iur Drucksteuerung in der ganzen Zeil·, beispielsweise mit Hilfe eines »gsndruokreglers auf der Gasleitune ▼·« der Austrittsöffnung, 13 her. Bei gasohromatographisehen Analysen, vo i» allgemeinen zwei AnalysierungsseIlen verwendet werden, von denen die eine ■it Tragergas und der ausströmenden Probe und die andere alt reinem Trägergaa beaufschlagt werden, nimmt der Gegendruekregler vorzugsweise beide abgegebenen Gasmengen auf, d.h. also sowohl die aus der Messzelle als auch die aus der Bezugszelle ausströmende Gasmenge, um dadurch in beiden Zellen einen gleichen Druck zu erzeugen, wie dies Im folgenden erläutert wird. Darüber hinaus ermöglicht die Zellenbauweise

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eine durch die Zelle stattfindende Sperretrömung, so dass beim Durchgang einer Spitzenstosswelle einer vorhandenen, unbekannten Probenkomponente durch die Zelle der Chromatograph geschützt wird, so dass diese Spitze in entsprechender Veise in einem anderen Gerät weiter analysiert wird.

Die Bauweise der vorliegenden Schallzelle ermöglicht den Betrieb der Zelle bei höheren Temperaturen und steigert somit die vielseitige Verwendbarkeit der Zelle. Bevorzugt wird der Zellenbetrieb bei höherem Druck, weil höhere Drücke die Kupplung zwischen den Wandlern in der Zelle verbessern und ausserdem einen besseren Wirkungsgrad des Gases hinsichtlich der Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie in Form eines akustischen Signals als auch der RUokwandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie sur Folge haben. Wenn somit ein Schallsignal la Megahertzfrequenabereloh Verwendung findet, das sogar über kurse Zellenweglängen, die weniger als 2,5 ca betragen, sehr stark gedämpft werden kann, dann kann duroh eine Druckerhöhung in der Zelle eine zur Schaffung eines angemessenen Sohallpegels in der ganzen Zelle ausreichende Kopplung ersielt werden. Normalerweise wächst die Dämpfung mit steigendem Molekulargewicht des Strömungsmittelβ in der Zelle. So würde beispielsweise der Schallpegel, der erreicht wird, wenn die

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Zelle mit einem Heliumgasdruck von z.B. 2,1 bis 2,5 kp/mm² betrieben wird, wobei die Bedingungen der Weglänge.und dea Signaleingangs vorliegen, nicht erreicht werden, falls Stickstoff oder Argon als Trägergase verwendet wurden, wenn dann der Zellenbetriebsdruck nicht auf etwa 3,5 bis 4,2 kp/mm erhöht würde.

Die Anbringung der piezoelektrischen Umwandler in der oben beschriebenen Weise hat eine wesentliche Steigerung des effektiven mechanischen Q-Wertes der Wandler zur Folge, wenn Vergleiche mit den bekannten, verwendeten Einbauarten angestellt werden. So wird beispieleweise durch den Einbau eines Quars-Wandlers alt einer Reson&nsefrequeni! von etwa 6 Megahertz in der Wandlerhalterung der erfindungsgemässen Vorrichtung für den Wandler ein effektiver me ianiacher Q-Wert erreicht, der «wischen 5 und 10.000 liegt. Sin ähnlicher Wandler, der «o eingebaut ist, das· die Sehallfläche einer Oberfläohenbelastung auegesetzt ist, oder der durch Verkitten in ·einen Sinbauzustand gehalten wird, weist einen effektiven mechanischen Q-Wert ie Bereich von 100 bis 500 auf. Natürlich rufen diese bekannten Einbaumethoden auch grosse, nicht reproduzierbare Verschiebungen in der Wandlerresonansfrequenz hervor,

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Durch rein theoretische Überlegungen lässt sich zeigen, dass bei Wandlern, die hohe Q-Faktoren in Verbindung mit üblichen Kristall-Steueroszillatoren aufweisen, deren Frequenzstabilität 10 Hz oder mehr beträgt, keine Phasenstabilität erreicht werden kann, die unter etwa einem Phasenwinkel von £ 0,1° liegt. Selbst wenn ein superstabiler Oszillator mit einer Stabilität von 1 Hz bei 6 Megahertz verwendet würde, dann würde eine Phasen*-'«tablIitat auftreten, die erheblich höher liegen würde als die bei der erfindungsgemässen Vorrichtung gewünschte Phasenstabilität von £ 0,003 . Selbstverständlich gibt es Steueroszillatoren mit Stabilitäten im Bereich von einem Teil in 10** oder sogar einem Teil in 10** , jedoch sind diese Oszillatoren ziemlich teuer. Demzufolge ist die Verwendung eines Wandlers mit hohem Q-Faktor in einem handelsüblichen Analysegerät unerwünscht.

Zu diesem ziemlich «rosten Phasenstabilität^probleu der Quarz-Wandler mit hohem Q-Faktor tritt ein weiteres Problem. Die handelsüblichen Toleranzen -von Quarz-Wandlern sind nicht besser als +. 1 £. Bei 6 Megahertz entspricht dies 00 kHz, also einem Wert, der das 50 bis 100-fache der gewöhnlichen Bandbreite beträgt. Demzufolge kann bei Wandlern, deren Resonanzfrequenzen innerhalb 1 kHz einer Betriebsfre-

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quenz im Megahertz-Bereich liegt, keine sehr hohe Ausbeute erwartet werden.

Xm Gegensatz zu Quarz und Tunnalin, den am meisten gebräuchlichen, in der Natur vorkommenden, kristallinen, piezoelektrischen Materialien, kennzeichnen sich die keramisohen piezoelektrischen Wandler durch niedrige mechanische Q-Faktor en. Ihre Aktivität ist im allgemeinen sehr viel höher als die des Naturstoffes. Die wesentlichsten künstlichen Materialien sind keramische Verbindungen von Barium-Titanat oder Verbindungen von Blei-Titanaten und Blei-Zirkonaten. Sie werden durch die üblichen Keramik-Giesstechniken und -Brennteohniken hergestellt und dann duroh Einsetzen in ein hohes elektrisches Gleichetromfeld polarisiert, wenn sie ▼on einer höheren Temperatur abgekühlt werden.

Diese keramisohen Wandler zeichnen sich durch effektive, mechanische Q-Faktoren aus, die allgemein im Bereich zwischen 50 und 100 liegen. Die Verwendung von Wandlern mit einem Q-Faktor innerhalb dieses Bereiohes ermöglicht die Verwendung eines üblichen Steueroszillators, dessen Oszillatorstabilität im Bereich swisohen 10 bis etwa 100 Schwingungen liegt, wenn er im Megahertz-Bereich betrieben wird, wobei er noch die

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gewünschte Phasenstabilität von +_ 0,003° besitzt, die für die errindungagetnäasen Analysegeräte verlangt wird.

Piezoelektrische Wandler mit niedrigem Q-Faktor zeichnen alch nicht duroh erhebliche Schwankungen in der Amplitude der Ausgangsleistung aus, wenn sie bei einer Frequenz erregt werden, die etwas von der Resonanzfrequenz des Wandlers abweicht. Jedoch fällt die Ausgangsamplitude von Wandlern mit hohen Q-Faktoren sehr rasch ab, wenn die Erregungsfrequenz von der Heaonanzfrequenz der Wandler abweicht. Somit ist es wieder erforderlich, zur Aufrechterhaltung eines adäquaten Schallpegels in der Zelle bei einem annehmbaren Leistungeniveau zur Steuerung eines Wandlers mit hohem Q-Faktor ein irequenzstabiles Signal zu verwenden.

Zur jtufrechterhaltung eines adäquaten Schallpegels in der ganzen Zelle bei Verwendung von Wandlern mit hohem Q-Faktor KusB die 1requenzκInbiJitat des Steueroerillatora ausreichend st*ldl sein, ao dnee das Steuersignal an oder in der Näh· der HtiBonnnzJ'requeue dee Wandlers liegt. Da diese Bedingungen sich inj t HiHli'ien u] β auperstabil en Oszillatoren nicht sicher erri i cliun Ifuifjen, pri'ordert der Einsatz eines üblichen Os-7,iJ]atiu's no ι wend j ,:«rweJ se ein«» Verstärkung der Wandlerein-Ι,·»ΐ];;ί;p]>tuiinwiR, um t i clierzustelleii, dass der Schallpegel trots

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Abweichung τβη der Resonanzfrequenz aufrechterhalten wird. Somit schliefst die Verwendung von Wandlern mit hohem Q-Faktor in einem handelsüblichen Gerät ein, dass dem verwendeten Wandler hohe Eingangsspannungen zugeführt werden. Diese hohen Eingangsspannungen können ungewollte, nicht vorhersagbare und nicht wiederholbare Wärmewirkungen auslosen, die die Genauigkeit der Analyse nachteilig beeinflussen. Andererseits ermöglicht die gleichmässigere Ausgangsamplitude der Wandler «it niedrigem Q-Faktor bei von der Resonanzfrequenz entfernt liegenden Frequenzen die Aufreohterhaltung eines ausreichenden Schallpegels trotz Oszillatorfrequenzänderung. Somit ergibt sich in der Praxis, dass ein Wandler mit niedrigem Q-Faktor «ine Eingangsspannung von nur 10 Volt erfordert, während «in Wandler mit hohem Q-Faktor zur Aufrechterhaltung •ines adäquaten Schallpegels über dem Oszillatorfrequenzbereioh eins Spannung von $0 Volt erfordert.

Darüber hinaus führen Temperaturschwankungen in der Zeil· su Änderungen der Wandlerresonanzfrequenz, so dass di· R·- sonansfrequens «in·· Wandlers mit hohem Q-Faktor von der £rr«gungsfrequ«ns des benutzten Oszillators verschoben wird. Diese Verschiebung kann eo gross sein, dass ale die Amplitude und den Geräuschpegel nachteilig beeinflusst. Demzufolge können im allgemeinen piezoelektrische WandLer mit hohem

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Q-Faktor nur über einen kleinen Temperaturbereich verwendet werden, ohne dass der Steueroszillator der neuen Resonanzfrequenz angepasst wird, beispielsweise durch Wechsel des Oszillatorkristalls. Die ziemlich allmähliche Abnahme der Amplituden der Wandler mit niedrigem Q-Faktor bei Frequenzen, die von der Resonanzfrequenz entfernt sind, ermöglichen bei derartigen Wandlern die Erzeugung eines adäquaten Schallpegels über weite Temperaturbereiche. Somit konnte ein keramischer Wandler mit einem Q-Faktor von etwa 50 bis 100 und einer Resonanzfrequenz von 6 Megahertz bei 12_5°C bei Zellentemperaturen verwendet werden, die von 75 C bis 175°C reichen. Ein Dereich dieser Breite lässt sich mit einem einen hohen Q-Faktor aufweisenden Wandler, beispielsweise einem Quarzkristall, nicht überdecken.

Demnach wird durch den KrfindunKSgegenetand auch eine vorteilhafte Schallzelle geschaffen, in der keramische piezoelektrische Wandler mit Q-Faktoren im Bereich von etwa 1OO oder tiefer bei neuartiger Zellenkonatruktion und Binbautechnik eingesetzt werden. Durch Anwendung dieser neuartigen Einbau- oder Anbrin/jungstechnik für den Wandler und die Verwendung von Wandlern mit niodrigem Q-Faktor kann eine Schallzelle geschaffen werden, deren Phasenstabilität im

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Bereich einee tausenustel Grades eines Phasenwinkels liegt, ohne dass dafür kostspielige, superstabile Steueroszillatormechanismen erforderlich wären.

Es wird jedoch darauf hingewiesen, dries die neuartige Wandloreinbautechnik genauso gilt bed Wandlern mit hohem wie mit dem niedrigen Q-Faktor der keramischen Wandler benutzt werden kann. I5ei Wandlern beider Arten wird dadurch erreicht, dass die neuartige Schallzellenkonstrukti on, bei der diese Anbringungetechnik Verwendung findet, die Schallübertragung durch die Zelle im wesentlichen ausschallet und deshalb eine Ganzmetallzellenbauweise ermöglicht. Gewöhnlich wird korrosionsfester, rostfreier Stahl oder dergleichen für die erfindungs gerne* ssen Zellen verwendet. Darüber hinaus wird durch die neuartige Wandlereinbautechiiik der B*trieb bei hohen Drücken in der Zelle ermöglicht, ohne does wesentliche Verschiebungen in der ausgelegten Resonanzfrequenz der verwendeten Wandler auftreten.

Zur Sicherung einer stabilen Betriebsweise dor erfindungagemäesen Zelle muss der Schal!pegel in der ganzen Zelle im allgemeinen so hoch liegen, dass eine AuegaiK'sapannun,™¹ von mindestens einem Millivolt in dem Ausgaiiiiswaiidler erzeugt

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wird. Bei einer gegebenen Betriebsfrequenz und einem bestimmten Gas in der Zelle sind die steuerbaren veränderlichen Grossen in der Schallzelle, die auf den Schallpegel Einfluss nehmen, Zellenweglänge und Zellendruck. Da die Auswahl der Steuerspannung auf die Spannungen beschränkt ist, die den Steuerwandler nicht übennässig erhitzen, so dass in der Schallzelle unkontrollierbare Wärmeeffekte und eine Instabilität auftreten, wird der adäquate Schallpegel in der ganzen Zelle im allgemeinen durch Verkürzung der Zellenweglängen und/oder durch Erhöhung des Betriebsdruckes zur Verbesserung der Kopplung erreicht. Im allgemeinen erfordern Zellenweglängen unter etwa 3 »un bei 6 Megahertz eine Herabsetzung des Zellendurchmessers oder eine Winkelverschiebung der Wandler aus der parallelen Lage, um zu starke Reflektionswell*n zu verhindern, di· zu Fehlern führen künnen. Stickstoff, Argon und Sauerstoff haben sich als wirksame Trägergas« bei Verwendung eines 6 Megahertz-Signals und Absolutdrücken von 3,5 bis k_%2 kp/esi über «ine Zellenweglang· von etwa 12,5 mn als gut brauohbar erwiesen. Hellüb überträgt adäquaten Schall über eine Verlange von 25 wm bei Drücken von 2,1 kp/na².

Es wurde gefunden, dass ein 6 Megahertz-Signal am besten in Verbindung mit Helium arbeitet, jedoch auch bei anderen Gasen

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eine gute Wirksamkeit zeigt, so dass dieae Frequenz hier oft als Beispiel angeführt wird. Wasserstoff dämpft ein 6 Megahertz-Signal sehr stark trotz seines niedrigen Molekulargewichts, wahrscheinlich wegen eines Molekularabsorptionsbandes dieses zweiatomigen Gases im Bereich von 6 Megahertz. Somit muss der Betrieb bei 6 Megahertz mit Wasserstoff über eine kürzere Weglänge von etwa 6,5 mm oder

bei höheren Absolutdrücken von etwa 5,6 bis 6,3 kp/mm durchgeführt werden, wenn die Weglänge 12,5 mm beträgt. Natürlich lässt sich der Oszillator, falls dies gewünscht wird, zur Anpassung an Wasserstoff auf eine andere Frequenz einstellen. Xn dieser Hinsicht ist verständlich, dass, weil die Dämpfung eines Schallsignals in einem Gas mit dem Quadrat der Frequenz wächst, die gewählte Betriebsfrequenz auch die anderen Zellenvariablen festlegt, wenn ein entsprechender Schallpegel erreicht werden soll.

Die obigen Betriebsbedingungen sollen nur Beispiele darstellen und den Erfindungsgegenstand hinsichtlich des Frequenzbereichs des Betriebssignals, der Trägergase oder dergleichen in keiner Weise beschränken. Schallzellen der erfindungsgemässen Bauart lassen sich tatsächlich auch bei der Flüssigkoitschromatographie anwenden, bei der die Dämpfung der Schallwelle in der Probe kein so ernsthaftes Problem dar-

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stellt und sich Signale im Bereich von 20 Megahertz vorteilhaft benutzen lassen. Aber auch Kilohertz-Signale sind zur Durchführung der Analyse erwünscht und in einem solchen Falle spielt die Dämpfung ebenfalls keine ernsthafte Rolle. Die Zellenweglänge würde im allgemeinen länger sein als oben beispielshalber erläutert wurde.

Darüber hinaus ist die erfindungsgemässe Schallzelle hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit nicht auf akustische Systeme beschränkt, bei denen eine Messung der Phasendifferenz zur Messung der Geschwindigkeit eines Schalleignale durchgeführt wird. In einem Gesamtsystem lässt sich beispielsweise die neuartige Schallzelle nach der Erfindung einsetzen, in dem

die Schallgeschwindigkeit durch die "Rimdruf"-Technik gewird

messet/. Bei diesem Verfahren wird der Eingangs- oder Steuerwandler mit einem Hochfrequenzimpula von kurzer Dauer beaufschlagt. Der Impuls wandert durch das zu analysierende Gas und wird von dem Empfangswandler aufgenommen, und der aufgenommene Impuls löst den nächsten Antriebeimpuls am Steuerwandler aus. Deshalb hängt die· Frequenz, mit der der ganze Kreis pulsiert, von der Geschwindigkeit ab, mit der sioh der Impuls durch das zu analysierende Strömungsmittel bewegt. Auf diese Weise kann eine Messung der Schallgeschwin-

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digkelt durch das in der Zelle befindliche Strömungsmittel erfolgen. Die neuartige Zelle lässt βich leicht an ein derartiges System anpassen. Natürlich lassen sich in einer
derartigen Schall zelle hochenergetische Impulse dem Steuerwandler zuführen, ohne dass eine unechte Aufheizung zu befürchten wäre, weil der Arbeitszykliis des Impulswandlers,
d.h. die Zeitspanne vom Einschalt- bis zum Ausschaltzeitpunkt, zu kurz ist und demzufolge ein entsprechender Schallpegel geschaffen werden könnte, wenn längere Weglängen benutet würden.

Somit wird trotz der präzisen Funktion, die von elektronischen Systonen auegeht, erst durch die neuartige Schallzelle ein Gerät geschaffen, das bisher unerreichbare Vorteile
bietet, die sich bei verschiedenartigen Analysen verwenden lassen, in denen die auf oin Schallsignal durch ein Strömungsmittel verursachten Wirkungen gemessen werden sollen.

In Fig. 1 ist eine analytische Kopftei1anordnung dargestellt, in der die Schallzelle und verschiedene elektronische Einzelteil· in einer temperaturkonstanten Umgebung gelagert
sind.

Der mit der Abdeckplatte 51 versehene äussere Behälter 50
ist mit einer Faserisolierung 52 gefüllt, die die analytische

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Kopfteilanordnung 80 umgibt und sie trägt. Dieae analytische Kopfteilanordnung setzt sich aus einem unteren, dickwandigen Metallbehälter 53 zusammen, der beispielsweise aus Aluminium besteht und mit einer an ihm befestigten Abdeckung 55 versehen ist. Der ganze Behälter wird mittels eines Temperaturreglers 68 auf einer gewünschten Temperatur gehalten. Dieser Temperaturregler 68 kann beispielsweise aus einer mit Widerstandsthermometer versehenen TasteinrichtuNg und einer Widerstandsheizung zur Überwachung und Aufrechterhaltung der Temperatur bestehen. Von dem Temperaturregler 68 führen Drähte 69 aus dem Behälter 50 hinaus, die zur Temperaturkontrolle dienen.

Der untere Alumlniumbehälter umschlieest eine Zone 5k ruhiger Luft, die die Schallzellen 10 und 10' umgibt, die in einem Aluminiumheizblock 56 eingeschlossen sind. Die Schallzellen 10 und 10' sind in dem Heizblock waagerecht gelagert, wie dies klarer aus Fig. k hervorgeht. In Fig. 1 ist die Schallzelle 10' nicht gezeigt, weil sie hinter der Schallzelle 10 liegt. Zur schnellen Herstellung eines Temperaturgleichgewichts könnte der die Schallzellen enthaltende Heizblock 56 auch thermostatisch gesteuert werden, obgleich dies einen kurzzeitigen Mangel an Temperaturstabilität verursachen würde. Der Einbau von zwei Schallzellen in denselben Aluminiumheiz-

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block 56 verbessert die Steuerung beider Zellen 10 und 10^f und ermöglicht dadurch ihren Betrieb bei derselben Temperatur. Der Heizblock 56 ist in der stagnierenden Luftzone 5k mit Hilfe der isolierenden Halterungen 57 und 58 angebracht. Demzufolge 1st kein wärmeleitender Pfad von dem Heieblock 56 zu einem anderen wärmeleitenden Körper vorhanden .

Die Gaseinlassleitung 82 erstreckt sich von dem GasChromatographen oder einer anderen zu überwachenden Probenquelle in die Zelleneinlassöffnung 12. Das Gas zirkuliert durch die Zelle in der oben beschriebenen Weise und verlässt sie durch die Austritt»öffnung 13 und die Leitung 81, um nach au·βen zu strömen oder zur Durchführung weiterer Analysen eimern anderen Gerät zugeführt zu werden. Selbstverständlich ist die Zelle 10', die hinter der Zelle 10 in Fig. 1 liegt, gleichfalls mit einer Gaseintrittsöffnung und Austrittsleitung versehen, die ebenso angeordnet ist, wie dies der Leitungsführung der Zelle 10 entspricht. Bei der Differenzanalyse, bei der die eine Zelle als Messzelle eingesetzt wird, während die zweite Zelle als Bezu^szelle dient, wird verlangt, den Druck in den Zellen auszugleichen, indem die beiden Ausgangsleitunken, beispielsweise die Leitungen 81 und 81' in Fig. 5 beider Zellen zusammengefasst und in die

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gemeinsame Leitung ein Gegendruckregler PR eingebaut werden. Der von dem Regler bewirkte Gegendruck gleicht die in der ßezugszelle und der Messzelle herrschenden Drücke entsprechend an.

Über dem Behälter 53 und von diesem durch Isolierungsblöck« 70, 71 und 72 getrennt, befindet sich ein zweiter dickwandiger, in zwei Kammern unterteilter Metallbehälter 61, auf dem eine dickwandige Abdeckung 62 liegt. Der Behälter 61 ist aus Aluminium oder dergleichen gebaut und wird unabhängig vom Behälter 53 »it nilfe der durch den Draht 07 gesteuerten Steuervorrichtung 66 temperatur^eregelt. Der Behälter 01 uraeohliesst verschiedene elektronische Bauelemente und hält ei· in einer temperaturkonstanten Umgebung. Obgleich die Zellen 10 und 10· über einen weiten Temperaturbereich betrieben werden können, der sich bis etwa 300 C oder höher erstreckt» wird die in den ruhenden Zonen 59 und 60 innerhalb des Behälters 61 befindliche Luftmenge auf einer Temperatur gehalten, dl· im allgemeinen gerade etwas über Umgebungstemperatur liegt, beispielsweise auf etwa 70 C oder dergleichen. Die Temperaturregelung im Behälter 61 braucht nicht so genau oder empfindlich zu sein, wie die Temperaturregelung in dem unteren Behälter, weil Temperatur-

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Schwankungen um.einige Grad keine wesentlich unterschiedliche Arbeitsweisen der elektronischen Einzelteile bewirken. Eine Temperatur, die konstant innerhalb eines Schwankungsbereichs von 5 gehalten wird, reicht zur Schaffung eines stabilen Verhaltens aus.

In der linken Kammer des üehälters öl, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein Steueroszillator 200 vorgesehen, der den Ubertragunf-swandler 20 durch das Kabel 7^ antreiben kann. Das Kabel 7^* ist vorzugsweise ein steifes Koaxialkabel und spannt sich zwischen den Behältern 53 und 61, wobei es in ausreichendem MaUe geschützt ist, um äussere Einflüsse von dem duroh das Kabel wandernden Oezillatorsignal abzuhalten.

Von dem Oszillator 200 geht aber auch ein Draht 201 aus, der direkt zu dem Auewahlschalter 205 führt und einen unmittelbaren Signalvergleich Jeder Zelle mit einem elektronischen, oszillierenden Bezugssignal ermöglicht, wie es im folgenden beschrieben wird. Der Steueroszillator 200 lässt ■ich mit einem Steuerverstärker verwenden, wie er beispielsweise bei 202 in Fig. 5 dargestellt ist. Zur Erzeugung der gewünschten maximalen, Spitze an Spitze liegenden Spannung

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und dee gewünschten Frequenzeignale entweder im Kiloherte- oder im Megahertz-Bereich läeet sich irgendein geeigneter Oscillator einsetzen.

Die rechte Kammer im Behälter 61 enthält die Trennverstärker 203 und 20U in einem ruhenden Wärmebad 6O, die von den entsprechenden Empfangewandlern der Zellen 10 und 10* da· Auegangssignal aufnehmen. Die Wand 79 zwischen den Kammern des Behälters 61 dient zum Schütze der Verstärker gegen von dem Steuerosziilator 200 auegehende Einflüsse. Die Trennverstärker 203 und 2O4 sind Vorzug. #eise mit Hilfe von steifen, in geeigneter Weise geschützten Koaxialkabeln, wie eie beispielsweise bei 75 gezeigt sind, mit den Empfangewandlern gekoppelt. Es ist wichtig, dass die Kabel 7k und 75 «wischen den Behältern 53 und 61 starr gelagert und in geeigneter Veise geschützt sind, weil bereite kleine Bewegungen dieser Kabel eine Kapazitätβveränderung bewirken können, die dann eine Phasenverschiebung im Eingangs- oder Auegangseignal hervorrufen würde, die die Analyse unbrauchbar macht. 1« allgemeinen sind die Kabel 7k und 75 im Bereich κwischen den Behältern 53 und 6i in rostfreien Stahlrohren oder dergleichen untergebracht, um sicherzustellen, dass eie eioh nicht bewegen.

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Di· Tr·ηητ·Γstärker 203 und 2Ok stehen ihreraeita alt dem Auewahl·ehalter 205 in Verbindung, wodurch ein Vergleich aller gewünsohten Signale in der im folgenden beschriebenen Weise müglioh iat. Vie bereite erwähnt wurde, weist das Signal an den Empfangewandlern im allgemeinen eine Spannung uai etwa 1 bia 2 Millivolt auf und dementaprechend üben die Trennveratärker 203 und 204 eine Impedanz~Anpaasungsfunktion aus, um das durch die Kabel 206 von dem Auswahlschalter abgehende Signal zu steuern. Falls erwlinsoht, können diese Verstärker auch zur Verstärkung der Spannung des Auβgangβ-signals verwendet werden. Die Ausgangskabel sind vorzugsweise als geschütBte Koaxialkabel ausgebildet und leiten das Ausgangesignal von dem analytischen Kopfteil zu dem Übrigen Auagangskonditionierungssystem, das von dem Kopfteil entfernt angeordnet iat.

Die Temperaturregelung der Umgebung der Verstärker und des SteueresBillators begünstigt die ständige und stabile Arbeitsweise der Verstärker. Die neuartige Kopfteilanordnung mit den getrennt steuerbaren, temperaturkenatanten Umgebungen sowohl des Steueroaslllator* als aueh der Auegangsver_ stärker, in Verbindung mit der neuartigen, oben erläuterten Zellenkenstruktion, sohafft ein ausserordentlioh phasen-

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stabiles Analysegerät, das eine Phasenstabilität von etwa ± 0,003° erreicht.

In Fig. 5 ist in Blockbildweise das ganze analytische System gezeigt, das einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes entspricht.

Der oszillierende Signalausgang des Steueroszillators 2OO wird, falls dies erwünscht ist, durch einen Eingangsverstärker 202 geleitet und dann durch die Leitungen 211 und 212 den Schallzellen zugeführt, die echematisch als Zelle A und Zelle B in Fig. 5 dargestellt sind. Vie oben bereits ausgeführt wurde, lässt sich die eine Zelle als Messzelle benutzen, wobei das Trägergas und die Probenkomponenten durch sie hindurchströmen, während die zweite Zelle als Bezugszelle dient, die nur von dem Trägergas beaufschlagt wird, um dadurch alle Abweichungen, die aufgrund kleiner Verunreinigungen im Trägergas auftreten, auszuschalten und kleinere Temperaturechwankungen der Zellenkammer 53 zu kompensieren. Das von Jeder Zelle A und B gelieferte Ausgangssignal wird durch die Trennverstärker 203 und 20% dem Auswahlschalter 205 zugeführt. Dazu kommt, dass das Bezugesig» Mti, das von dem Eingangsverstärker 202 geliefert wird, durch die Leitung 201 ebenfalls dem Auewahlschalter 205 ■«-

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geleitet wird. Der Auswähleehalter 205 ermöglicht dem nachfolgenden Schaltkreis entweder einen Vergleich des Ausgangssignale von der Zelle A mit dem Ausgangssignal der Zelle B als Bezugswert oder einen Vergleich des Ausgangssignals der Zelle A oder der Zelle B mit dem direkt von dem Oszillator in der Leitung 201 gelieferten Bezugssignal. Alle Einzelteile bis zu dem Auswahlschalter sind in der analytischen Kopfteilanordnung 80 eingeschlossen, die in Fig. 5 durch den gestrichelten Linienzug gekennzeichnet ist.

Die von dem Auswahlschalter 205 führenden Koaxialkabel übertragen die beiden hinsichtlich der Phasendifferenz zu vergleichenden Signale auf die Verstärker 207 und 208. In Fig. 5 ist der Ausgang des Verstärkers 207 als Kanal 1-Ausgang und der Ausgang des Verstärkers 208 als Kanal 2-Ausgang bezeichnet. Unmittelbar auf die Verstärkung der Signale in den beiden Kanälen 1 und 2 folgend lässt sich, falls dies gewünscht wird, in das System der Differentialrerstärker 209 einfügen, der die Amplitude der Signale in den Kanälen 1 und 2 vergleicht und die Amplitudendifferenz dem Schreiber 210, beispielsweise einem Streifenbandschreiber, zuführt, der diese Amplitudendifferenz ständig aufschreibt. Da die verschiedenartigen Gase in den Zellen verschiedene Dämpfungen der durch die Zelle laufenden akustischen Signale ver-

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Ursachen können, wird durch die Verwendung eine« Differential· verstärker·.an dieser Stelle eine zweite Bedingung zutätzlieh su der Phasenverschiebung ermittelt» die rom der Zusammensetzung dee in der Zelle befindlichen Crates abhängt* Demzufolge lässt sich durch Verwendung des Differentialverstärkers an dieser Stelle die Zerlegung eine* in der Zelle befindlichen, aus mehr als nur einer unbekannten Komponente bestehenden Gemisches durchführen und dadurch eine neuartige Analysentechnik schaffen.

Gemäas einer bevorzugten Betriebsweise des neuartigen Geräte* wird in den Schallzellen ein Megahertz-Signal benutzt. Et ist jedoch ausβerst schwierig, einen Schaltkreis zu entwiokeln, mit dem eine Phasenverschiebung »wischen zwei Signalen, deren Frequenz in Megahertz-Bereioh liegt, festgestellt werden kann. Deshalb wird in den Fällen, in denen dl· Verstärker 2O7 und 208 ein Megahertz-Signal liefern, ein Taktfrequenz:- oder Schwebungsoszillator 211 benutzt. Dieser Schwebungsoszillator dient dazu, die Frequenz in dall Kanälen 1 und 2 auf Kilohertz-Bereioh Bu senken. So wird beispielsweise ein von den Verstärkern 207 und 208 abgegeben·« Autgange signal von 6 MHz auf eine Frequenz im KHt-Bereich, beispielsweise auf 1 oder 2 KHb mit Hilf· des Sohwebungeostlllators 211 gesenkt. Die den Sohwebungsotzillator Steuernde

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Grobverzögerung 213 und Feinverzögerung 212 ermöglichen, dass die Signale in den Kanälen 1 und 2 um einen bestimmten j Wert ausser Phase gesetzt werden, um zwischen den Kanälen eine Phasenverschiebung zu erzeugen. Wenn nämlich die in den Kanälen 1 und 2 vorhandenen Signale tatsächlich genau in Phase wären, dann würde die geringste Veränderung in jedem der beiden Signale zur Folge haben, dass der nachfolgende Schaltkreis im wesentlichen Phasenverschiebungen von 0° und 36O ermittelt und sehr stark oszillierende Ausgangswerte liefert. Deshalb sind die Signale in den Kanälen 1 und 2 gegeneinander etwas ausser Phase gesetzt, d.h. also etwa üb 5°, bevor sie durch irgendwelche Probenkompdnenten in den Schallwellen hindurohlaufen. Jede weitere Phasenverschiebung, die durch «in« unbekannte Probe in der Zelle verursacht wird, kann dann von dieser anfänglichen Phasenverschiebung aus gemessen werden.

Das Ausgangssignal von der Felnverxugerung 212 wird dem Polarltäljsspannungskreis 2^k zugeführt, der die die Analyse durohführtende Person in die Lage versetzt, das Ausgangesig-

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n«l der Schaltung zu steuern, um ständig ein ansteigendes Spannung*;signal im Kreis zu erzeugen, so dass die positiven Spannung»spitζen immer auf dem Schreiber aufgezeichnet werden, falj.· dies erwünscnt ist. Dieser Schaltkreis wird noch ausführlich erläutert.

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Die von dem Schwebungeoszillator 211 gelieferte Taktfrequenz wird, nachdem sie in der gewünschten Weise duroh die Feinverzögerung 212 und die Grobverzögerung 213 zur Schaffung der gewünschten Phasenverschiebung zwischen aen Kanülen 1 und 2 verzögert wurde, den Mischern 220 und 221 aufgegeben, in der sie den MHz-Ein_frang in die Mischer so herabsetzt, dass in den Leitungen 222 und 223 ein lcMz-Ausgan^ssijnal erzeugt wird. Es wird hier botont, dass in einem Analysegerät, bei dem in den Zellen ein kHz-Signal Verwendung findet, natürlich die Kanalausgänge 1 und 2 der Verstärker 207 und 2.08 keiner Frequenz Senkung bedürfen.

Die Ausgangesignale der Kanäle 1 und 2 werden von den Mischern dem Phaserunesser 225 zugeführt. Vie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich ist, sind die Komponenten des Phasenmessers 225 in Blockdiagrammform innerhalb der gestrichelten Linie ge zeigt. Der erfindungsgemässe Phasenmesser ist eine super stabile Vorrichtung, die in Übereinstimmung mit der Phasen- stabilitätskonstruktionsvorschrift des Gerätes eine einfache und wirkungsvolle Methode zur Durchführung der Phasendifferensmeesung zwischen den Mischerausgängen bietet. Der Phasenmesser stellt eine Kombination aus zwei Schaltkreistypen dar» die im allgemeinen als Schmidt-Trigger-Schaltung und Flip- Flop- Schaltung bekannt sind. Das Eingangssignal Ton de* einen

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Mi»char wird in dan einen Schmidt-Trigger 226 eingeführt, während dar Mi β ehe raue gang von Kanal 2 auf den Schmidt-» Trigger 227 geschaltet ist,

Die beiden Schmidt-Trigger kind bistabile Vorrichtungen, daran Einschalt- odar Ausschalteteilung davon abhängt, ob ihrem Eingang eine positive oder eine negative Spannung aufgegeben wird. Die Hysterese ist bei diesen besonderen Kreisen sehr niedrig, so dass eine Eingangesignaländerung von nur ein paar Millivolt eine Zustandsänderung des Ausgangssignals hervorruft· Wann somit die beiden von den Kanälen und 2 dar Mischer gelieferten Sinuswellen mit den Eingängen dieser Schmidt-Trigger verbunden werden, so werden Rechteckwellen erzeugt, dia an den Ausgängen der Schalter an den Null-Schnittpunkten der Sinuswallen erscheinen.

Diese Rechteckwellen werden nun mit Hilfe der Kapazitäten 231 und 232 wirkungsvoll differenziert, so dass schmale Impulsspitken wechselnder Polarität entstehen, die in jedem Kanal bei den 180°-Sprüngen auftreten. Die negativen Impulse jade· Kanals werden der Klip-Flop-Schaltung in der Weise zugeführt, dass die Impulse von dem einen Kanal die Flip-Flop-Schaltung einschalten, wtttrend die Impulse von dem anderen

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Kanal sie ausschalten. Deshalb ist der Leistungssyklus der Flip-Flop-Schaltuns, d.h. also das Verhältnis von Kinsehalt* zeit zu Ausschaltzeit gleich der Phasendifferena «wischen der positiven Null-Kreuzung der beiden Sinuswellen· Dieses Ein-Aue-Signal kann dann mit Hilfe eines Filters in der FlIp-Flop-Schaltung 228 auf einen Mittelwert gebracht werden, um ein Gleichstromsignal zu erzeugen, das proportional der Phasendifferenz an den Ausgängen 229 und 230 des Phasenmessers 223

Der Gleichstromauegang des Phaaenmessers 225 ist eine lineare Funktion der Phasendifferenz, wenn die Phasenverschiebung von O bis 36O⁰ führt. Offensichtlich variiert der Arbeitszyklus der Flip-Flop-Schaltung Über diesen Bereich von O bis 100 %. Der Phaseiuneseerausgang ist aber bei einer Phasenverschiebung von 360° diskontinuierlich. Jede ZunahtH» der Phasenverschiebung über 36O⁰ hinaus hat deshalb zur folge, da·· das Auegangssignal des Phasenaessers auf 0 zurUttkepringt, während die weitere Zunahae der Phasenverschiebung über 360° hinaus eine Wiederholung der Werte des vorh«rl£«H 36Q°-Absohnitts ergibt. In die··« Zusammenhang wird auf fig* 7 vorwiesen. Die Linie a ist «in· graphisohe Darstellung d·· Qleiohstromausgangs an der Kl«ame a de· Phaaotui4lii*r·· Weil die Klemme a den Ausgang der «in«n Hälfte dor

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Sohaltung darstellt, ist das von der Klemme b, die dem Ausgang der anderen Hälfte der Flip-Flop-Schaltung entspricht, gelieferte Ausgangssignal genau komplementär zu dem Ausgangssignal der Klemme a, wie dies durch die Linie b in Fig. 7 dargestellt ist.

Aus der Zeichnung geht ferner hervor, dass der Auegang dee Phasennessers linear mit grosser werdender Phasenverschiebung ansteigt, bie eine Phasenverschiebung von 360° erreicht let, wo dann der Gleichetromausgang dee Phasenmeseers auf O zurückspringt. Venn die Phasenverschiebung noch weiter ansteigt, so wird für Jede 36O⁰ Phasenverschiebung eine Wiederholung dos Ausgangssignals erreicht. Die Abnahme der Phasenverschiebung liest sieh, dea Phaeenaeseerauegang folgend, in der graphischen Darstellung von rechts nach links«

Katurlioh ist die oben beschriebene Betriebsweise des Phasenaossers 225 nur dann voll gültig, wenn die Schaltveiten der Trigger 226 und 227 und der Flip-Flop-Schaltung 228 momentan sind. Xs bedarf wohl keiner Betonung» dass, jede endliche Schaltseit in irgendeinem Teil der Schaltung Fehler verursacht. Darüber hinaus wird, falls diese Sohaltseiten seitveränderlich sind, mit dem Ausgangssignal Lärm verursacht. Es ist daher

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also außerordentlich erwünscht, dass alle Schaltzeiten auf ein Minimum beschränkt sind und einen prozentualen Anteil der gesamten Arbeitszeit beanspruchen, der so klein wie möglioh ist. Die üblichen beschriebenen Einzelteile führen den Schaltvorgang so schnell genug aus, dass die Empfindlichkeit und Genauigkeit des Systems gewährt bleibt.

Der Ausgang des Phasenmessers wird dann einen Polaritataschalter 235 zugeführt, der die Wahl des gewünschten Ausgangs signal β ermöglicht, d.h. also des Ausgangssignal· von der Klemme a eder Ten der Klernste b. Vie gewöhnlich bei analytisohen Verfahren wird verlangt, da·· immer ein wachsende· Ausgangssignal erzeugt wird, so da·· nur positive Spitzen aufgezeichnet werden. Zu diesem Zweck ist der Pelmritätsschalter 235 duroh einen geeigneten Schaltkreis an den Polarita te spannung skr ei· 21% gekettet. Um auf Fig. 7 surttokzukemmen, soll angenommen werden, da·· die Kanäle 1 und 2 der Mischer zu Beginn einer Analyse ein Auegangssignal mit einer Phasenverschiebung von 0* erzeugen, wie die· in Fig. 7 gezeigt ist. Der Ausgang an Jeder Klemmt· a oder b des fhasenmessers würde dem Punkt X oder X' auf den Linien a und b in Fig. 7 entsprechen.

Bei der Qaaohromatographie werden oft leiohte Trägergase, beispielsweise Helium, verwendet. Somit wUrde normalerweif·

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.it Ί "*'-■■' ■'

•in· Analyse so vor sich gehen, dass das Ausgangssignal von d*r KlMSMi a benutzt wird, weil dieses Ausgangs signal mit wachsender Phasenverschiebung ansteigt, die gewöhnlich durch die Slution der schwereren Komponenten in einem leichteren Tragergas hervorgerufen wird. Wenn jedoch während der Analyse eine negative Spitze oder eine abnehmende Phasenverschiebung erwartet wird, wie dies beispielsweise durch Elution einer WasβerStoffkomponente einer Probe verursacht würde, wenn HsliuBi als Trägergas verwendet würde, dann würde die abnehmende Phasendifferenz eine sich verkleinernde Phasenmesseraus-

an gangsspanthing/der Klemme a erzeugen (auf der Linie a nach links abwärts fahrend), und nachdem «in Sprung eu einer Spannung·steigeranc bei einer Phasendifferens ν·η Ο geführt hat« würde dl· Spannung ausssrhalb der Klemme a weiter abnehmen. Di· von der Klemme b gelieferte Ausgangqepannung steigt jedoch mit abnehmender Phasenverschiebung an. Oa dies In den meisten Fallen mehr erwünscht ist, würde di· die Analy·· durchführend· Betriebsperson vorzugsweise den Klemmenausgang b tür Aufzeichnung einer negativen Spitze (peak) benutzen· Zur Vermeidung der Basislinienverschiebung, die ▼en dem Polaritätsschaltsr 235 gegenüber der Klemme b verursacht würde und einen sofortigen Anstieg der Phasenmeseerausgangslelstung zu dem Punkt X¹ in dem Schaubild zur Folg· hätte, würde dar Polar!tätsspannungsschaltkreis verwendet.

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Dieser Schaltkreis 21k verursacht in dem System eine Phasenverschiebung von 24 0, Der Polaritätsspannungsschaltkreis ist mechanisch mit dem Polaritätsschalter 235 verbunden, wie dies bei 236 angezeigt ist, um die Ausgangssignale der Kanäle automatisch um diesen Detrag zu verschieben, d.h. also um 2d 0, und zwar gleichseitig mit der Umschaltung des Polaritätaechalters 235 von der Klemme a auf die Klemme b. Daraus folgt, dass der in dem Schaubild in Yig. 7 gezeigte stationäre Zustand von dem Punkt χ zum Punkt J versohoben wird, und dementsprechend hat ein weiterer Anstieg der Phasen verschiebung eine Vergrttsserung der Ausgangespannung des Phasenmessers eur Folge, ohne dass eine Basislinienverschiebung eintritt.

Die Verwendung des 36O°-Phaeenmessers in der oben beschriebenen Weise schafft eine einseitig gerichtete Reaktion auf Diskontinuitäten an kritischen Stellen der 36O°~Phasenversohiebung. Dies wirkt sieh in einem "Uberfaltunes"-Effekt in der Ausgangsleistung aus. Im allgemeinen wird für analytische Zwecke die Erzeugung einheitlicher Spitsen Ohne Diskontinuitäten verlangt, damit eine Integration Odor dergleichen möglich ist. Deshalb wird der diskontinuierliche Ausgang des Phasenmessers 225 duroh den Phesenbereioherweitoror l40 gedehnt. Der Ausgang von dom Phaoenpolaritätsselulltor 103

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BAO ORIGINAL

läuft durch dl· Leitung 238 su zwei Umkehrverstarkem 241 und 242. Da« Ausgangssignal dieser beiden Verstärker wird, nachdem es duroh die Tiefdurchgangsfilter 243 und 244 gewandert ist, schematisch bei 290 in Fig. 6 dargestellt. Die scheaatisohe Darstellung 290 zeigt eine zweifach gefaltete Spitse, die eine Phasenverschiebung von etwas über 720° darstellt. Hier wird deutlich, dass das Ausgangssignal dee Phasenmeesers während der Phasenzunahme Sd₁Ch zweimal "überfaltet" oder auf Null zurückspringt und darauf sich zweimal faltet, wenn die Phasenverschiebung während des Durchganges einer Probenkomponente durch eine Schallzelle auf Null zurückkehrt. Die schematische Darstellung in durchgezogenen Linien im oberen Teil von 290 seigt das Signal, wie es im Ausgang eines der beiden Tiefdurchgangfilter 243 oder 244 erscheint. Der gestrichelte Liniensug der graphischen Darstellung Würde dann das Au·gangssignal in der von dem anderen Tiefdurohgangsfilter kommenden Leitung darstellen· Die·· beiden Signal« werden dann sur Erzeugung von Spitsenausschiä-

gen an de£ Uberfaltungspunkten differenziert· Wenn beispielsweise die In ausgesogenen Linien gezeigte graphische Dar β telluric den Ausgang des Tief durchgangsf liters 243 verkörpert, jdann würde der Ausgang des Differenzieren 245

f swei negative, den ersten beiden Uberfaltungen entsprechende fpitsen

swei positive Spit«en enthalten« die den sweiten

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beiden Überfaltungen entsprechen. Von dem Differenzierer 246, der die bei 290 in gestrichelter Linie gezeigten Signale differenziert, würde ein entgegengesetzte« Spitzensignal erhalten werden. Diese differenzierten Signale werden dann dam zweiseitig gerichteten, binären Zähler 247 zugeführt, der nur positive Impulse zählen kann. Somit wird, falls der Zähler bei 292 auf die von dem Differenzierer kommenden positiven Impulse reagiert, indem er aufwärts zählt, und bei 291 auf die von dem Differenzierer 245 kommenden positiven Impulse reagiert, indem er abwärts zählt, eine digitale, aufwärts erfolgende Zählung der Überfaltungen während des Phasenanstiege und eine abwärts erfolgend· Zählung währand der Phasenabnahme durchgeführt werden. Das Ausgangssignal des zweiseitig geriohteten Zählers 247 wird einem Digital-In-Analog-Umwandler 2kB zugeführt» dar «in· Anzahl Summierwiderstände enthält, die ein analog·· Signal erzeugen, das in jedem Fall der Anzahl der Überfaltungen entspricht, die am Phasenmeeserausgang in Rra«h«lnung traten. Demzufolge zählt der zweiseitig gerichtet· Zähler in dem Digital-Analeg-Umwandler nur die Überfaltungen und erzeugt ein Signal, da· der Anzahl dieser Überfaltungen entsprieht· Die fünf von dem zweia&tigen, binären Zähler 247 auegehenden Verbindungen 295 zeigen die Mügliohkeit an, bi· au 25 «der 32 Überfaltungen bei der dargestellten Ausführungsform zu

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zählen. Fall· gewünscht, läset eich auch eine pro»βere oder geringere Zählkapazität einbauen.

Die von de« Polaritätsachalter 235 gelieferte Auegangeleistung wird ebenfalle durch die Leitung 237 der Stelle 239 zugeführt, wo eie der Ausgangsapannung des Digital-Analog-Umrandlera 248 hinzuaddiert wird. Die summierten Spannungen werden von Punkt 239 in einen Verstärker 250 geführt, deeeen Spannungeverstärkung sich durch die Rückkopplungswiderstände in der Schaltbatterie 252 bestimmt, die alt de« Schalter 251 eingeschaltet werden. Die Widerstände In der Batterie 252 arbeiten so, dass nit ihnen die Verstärkung des Verstärkers 250 ausgewählt werden kann« der als Betriobereretärker dient, ta den dynamischen Bereich der Ausgangsleistung zu erweitern und ihm dadurch an einen Phasenweohsel von bis ku 32 Überfaltungen in einer einzelnen Spits· anzupassen, der der Zählkapazität des Zählers 247 entspricht. Durch geeignete VergrtS β sorting der Batterie lässt •ich eine noch grössere Zahl τοη überfaltvjtgen unterbringen, fall· die· gewünscht wird und notwendig let, und eine ent-•preohende Änderung in dea Zähler 247 vorgenoaeen werden ■oll. Iai Betrieb konnte der über die Leitung 237 abgegriffene Ausgang des Phaaenaeaaera 225 beispielsweise von O bis 10 Volt über einen Phasenversohiebungebereich τοη 0 bi·

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variieren. Der Schalter 251 dient eueuonen mit dem Verstärker 25O zur Erweiterung des dynamischen Bereichs, so dass, wenn der Widerstand Xk bei Punkt 259 nach dem Verstärker 250 in den Ausgang geschaltet würde, der dynamische bereich ven O bis 10 Volt über einen Phasenverschiebungsbereich von O bis 1.*IO^O (k X 360°) variieren würde.

Über den Verstärker 250 ist die Kapazität 253 geschaltet, um ein mittleres Eingangssignal eu erzeugen. Die Kapazität 253 dient mr Filterung der Impulse und verhindert die Sättigung des Verstärkers bei Spitzenspannung.

Die Ausgangsspannung 2^9 dient nur dazu, da· AusgangsAgnal in irgendeiner gewünschten Weise verzuspannen, um es dem Schreiber anzupassen und/oder bis auf den Gleiehatromausgang zu spannen, falls dies gewünscht wird. Der Ausgang von dem Verstärker 250 wird dann durch den Widerstand 266 geleitet, der sttsasmien «it dea Widerstand 267 als Spannungsteiler dient, «it dem sieh die Ausgangsspannung de« Verstärkers 259 so teilen lässt, dass über den Punkten 26f eine geringere Spannung herrsoht. Als Schreiber 280 hat sieh ein pet ent! «metrischer Schreiber mit einem Millivelt-Endcuaschlag als geeignet erwiesen und dementsprechend wird

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der Spannlingseingang über die Punkt· 26<? in das Dämpfungsglied 261 des Schreiber» in der üblichen Weise bis auf etwa 1 Volt heruntergesetzt.

Der Ausgang des DämpfungswiderStandes 261 ist ein veränderlicher Widerstand oder eine Gruppe von Widerständen, die den Vollausschlag des Schreibers bei einer gewählten Ein^angespannung bewirken. Somit wird der Dämpfungswiderstand I61, wenn die Spannung über den Punkten 269 von O bis t Volt variieren kann, auf einem Millivoltschreiber eine Dämpfung bis BU etwa 1.OOO hervorrufen, so dass der 1 Volt-Einfang des Schreibers als Vollaussohlag auf der Schreiberekala in Erscheinung tritt. Andererseits lässt sich der Dämpfungswiderstand 261, sobald die Spannungsspitzen in den Schalleellen Über den Punkten 269 Millivoltpotentiale verursachen, verstellen, se dass sich bei einer Eingangsspannung von t Millivolt wieder ein voller Skalenausschlag ergibt.

Das Ausgangsfilter 263 setzt das llochfrequenzgeräusoh, das sich unter den empfindlichsten Messbedingungen einstellt, auf ein Mindestmaß herab. Das gezeigte Filter weist drei Verbindungsstellwngen zu drei Kapazitäten auf, wodurch sich verschiedene rilterstärken erreichen lassen.

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Die oben beschrieben· und in der Zeichnung dargestellt· Schaltung stellt nur eine Ausführung·for« des neuartigen Phasenmess- und Phasenkonditionierungssystems dar. Es versteht sich, dass den Aufgaben des neuartigen Konditionierung»· systems äquivalente Aufgaben durchgeführt werden können, wenn andere Schaltkreiskomponenten benutzt werden. So lässt sich beispielsweise die Phasenbereichausdehnunfr dadurch bewerkstelligen, dass das Auegangesignal des Phasenmessers an ein Gitter abgegeben wird, das die Zunahme und Abnahm· der Phasendifferenit feststellt. Das Gitter kann so geartet sein,· dass es einen zweiseitigen, binären Zähler schaltet, der während der ansteigenden Phasendifferenz nach oben zählt, und das dann auf eiaen zweiten zweiseitigen, binären Zähler schaLtot, der bei abnehmender Phasendifferenz abwärts zählt. Die Ausgänge beider Zähler können verschiedenen Digital-Analog-Umwandlorn zugeführt werden, deren Ausgangssignale in einem Summlerverstärker, wie er oben beschrieben wurde, kombiniert werden. Es lassen sich aber auch ander· Verfahren BUr Durchfuhrung der Phasenbereiohausdehnung in Überein-Stimmung mit dem Erfindungsgegenstand verwenden.

Gamäsa den dargestellten und beschriebenen AusfuhrunfsbeiepieLun der Erfindung werden also eine neuartige Schallzelle,

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«ine neuartig· Köpft ei lajierdmmg und »in neuartiger Auegan^akonditioniarungaechaltkreia geaehaffen, die zusammen •In neuartig·· akuatiach·· Analyeeeyatein «rgeben.

Claims (1)

1. Patentanmeldung: Schallanalysator

   Patentansprüche

   1. Sehallzelle zur Analyse von Strömungsmitteln durch Messung der von dem Strömungsmittel ausgehenden Wirkung auf Schallsignale mittels in einem gegen die Umgebung abgedichteten, mit ri Iröiiiungsmi ttel zuf lufl- und Abflußöffnungen versehenen Hohl raum in Sende- und Krnpfangssteilung zueinander angeordneter, j)i czoel ek t ri scher Wandler, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung jedes Wandlers (20, 21) radialschubfrei ist und einen Mo/: (20) mi i scharfkantiger Lippe (42) aufweist, die mit der Schal 1ilache des Wandlers (20, 21) nahe seinem Umfang in Linienberührung .steht, und daß das in den Hohlraum (lA) geleitete ί:·'11 iiiuuiifjsnu U el die Wandler (20, 21) auf beiden Seiten mit ; I < !«hin ]>> \i ! HHU pul t .

   I ': · I I ■- Γ .1 h tlii,

   U¹ <

   An:\) \\( Ii j. dadurch gekennzeichnet, ν ' j < > <·■ \ \ r ii < / % 1 ο i t e η d c η Fe d e rη (35)

   ιί«!ι !ι·,'; / -»;i H-■■■■■■.<n:t >ni. Dipl.-Fhys. Sclsuslicm Herrmann

   ·■·■·■' ^;· !'■.'■■ :· ■ < ^m^-v·■ '.».r.la: MOrithen Nr. 1633»?

   ■ Ι·'¹·. ^λ i ' I !. mr-':·;>! Γ- UHMII)I

   BADOFHQINAL

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   gegen die scharfkantigen Lippen (42) der Stege (26) gedruckt werden.

   3. Schallzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (26) mit das Strömungsmittel aus dem Hohlraum (14) auf die Rückseite der Wandler (20, 21) führenden Eintrittsöffnungen (30) versehen sind.

   4. Schallzelle nach einem der Ansprüche 1 — 3> dadurch gekennzeichnet, daß sich an jedem Ende der Zelle (lO) ein ßingkanal (33) befindet, der das die Rückseite des Wandlers (20, 21) umspülende, durch eine Austrittsöffnung (32) den Steg (26) verlassende Strömungsmittel aufnimmt, gegen die zwischen dem Zellenkörper (iO) und den stirnseitigen Zellenverschlußdeckeln (15, i6) befindlichen Dichtungen (19) lenkt und durch einen Sammelkanal (3^) zur Strömungsmittelaustrittsöffnung (13) ableitet.

   5. Schallzelle nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsverlauf von der Eintrittsöffnung (12) des Hohlraums (14) an in bezug auf die einander gegenüberliegenden piezoelektrischen Wandler (20, 21) spiegelbildlich ist,

   6. Schallzelle nach einem der Ansprüche 1 — 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Hohlraum (14) befindliche Strömungs-

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   mittel unter Überdruck steht.

   7. Schallzelle nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zellenkörper (lO), die stirnseitigen Zellenverschlußdeckei (l5. l6) und die Lagerung der Wandler (20, 21) aus Metall bestehen.

   S. Schallzelle nach einem der Ansprüche 1- 71 dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Wandler (20, 21) keramische Wandler sind.

   9. Schallzelle nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler einen mechanischen ψ-Wert von weniger als etwa 100 aufweisen.

   10. Schallzelle nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Wandler (20, 21) aus natürlich vorkommendem Kristall bestehen.

   11. Vorrichtung zur Analysierung von Strömungsmitteln durch Messung der von dem Strömungsmittel auf ein Schallsignal ausgehenden Wirkungen mittels sich in Sende- und Empfangsstellung einander gegenüberliegender piezoelektrischer Wandler zur Übertragung eines Schallsignals durch das Strömungsmittel, gekennzeichnet durch einen ersten temperaturkonstanten Raum (53) mit wenigstens einer piezoelektrische Wandler (20,2l) enthaltenden SchalLzelle (lO, iO¹), einem zweiten temperatur-

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   konstanten Kaum (61), der von dem ersten Raum (53) temperatur— unabhängig und getrennt und bezüglich diesem starr gelagert ist, einem in dem zweiten Kaum (6l) angeordneten Steueroszillator (2Oü) zur Steuerung des sendenden piezoelektrischen Wandlers (20) und durch in dem zweiten Raum (6l) befindliche Verstärker (205, 204) zur Verstärkung des Ausgangs des Empfangswandlers (21).

   12. Vorrichtung nach Anspruch Ii, dadurch gekennzeichnet, daß der erste temperaturkonstante Raum (53) von einem ersten mit Teraperaturreglung versehenen Metallbehälter gebildet wird und daß der zweite temperaturkonstante Raum (61) von einem zweiten mit Temperaturreglung versehenen Metallbehälter gebildet wird.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem ersten Metallbehälter (53) zwei identische Schallzellen (10, 10¹) befinden, daß der zweite "letal!behälter (6l) in zwei Kammern (59|6O) unterteilt ist, in deren einer sich der Steueroszillator (200) befindet und in deren anderer zwei Verstärker (203, 204) angeordnet sind und daß der Steueroszillator (200) mit den Sendewandlern (20) und die Verstärker (203, 204) mit den Empfangswandlern (21) in leitender Verbindung stehen.

   lh. Vorrichtung neeli Anspruch 13» dadurch pekcnuzei cAinv 1 , daß die leitenden Verbindungen zwischen drin St euere sz j 1J atoi (200) und de tr: Sendeiiamll < 1 (20) sowi<; /,visrlufii (ten Versi rirl π ti (203, 20Ί ) immI dU:m Γ mpf '-ⁱnf^v;- > :ιιι«Π « ) ( U i ' aS'j· r· ■.« ]i j 1 jm «■ , ;;j;tin Lei t iMiaoii (7':. 75} si ηύ ,

   15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (74, 75) Koaxialkabel sind, die zwischen dem ersten und dem zweiten Behälter (53, 6l) starr gehaltert sind.

   16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche ii - 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker (203,' 204) gegen den Steueroszillator (200) abgeschirmt sind.

   17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 - l6, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturkonstanten Räume (53t 6l) eine ruhende Luftfüllung aufweisen.

   18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 - 17 mit einem Gaschromatographen, in dem Protmkomponenten aus einer chromatographischen Säule mit einem Trägergas herausführbar sind, gekennzeichnet durch eine erste Gaseintrittsöffnung (82), durch die der Ausfluß der gaschromatischen Säule in die erste der beiden in dem ersten temperaturkonstanten Raum (53) angeordneten Schallzellen (lO, 10·) lieferbar ist; eine erste Gasaustrittsöffnung (Sl) zur Ableitung des Ausflusses aus der ersten Schallzelle (l0); eine zweite Gaseintrittsöffnung zur Einleitung des zur Ausspülung des Chromatographen benutzten Trägergases in die zweite der beiden Schallzellen (lO, 10'); eine zweite Gasauslaßöffnung zur Ableitung des Trägergases auB der zweiten SchullzelIe (10*) und eine Vorrichtung, mit der dei' Ausllull aus der ersten Gasaustrittsöffnung mit demjenigen

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   der zweiten Gasaustrittsöffnung vereinigbar ist.

   19. Vorrichtung nach Anspruch 18,dadurch gekennzeichnet, daß die vereinigten Ausflüsse einem Druckregler zuführbar sind, der den Gesamtausfluß mit einem Gegendruck und die beiden Schallzellen (lO, 10») mit Gleichdruck beaufschlägt.

   20. Vorrichtung zur Analysierung von Strömungsmitteln duroh Messung der von dem Strömungsmittel auf ein Schallsignal ausgehenden Wirkungen mit Hilfe von piezoelektrische Wandler enthaltenden Schallzellen und zur Erzeugung eines den Wirkungen entsprechenden Ausgangssignals, gekennzeichnet durch einen Oszillator (200) zur Erzeugung eines elektrischen Schwingungssignals, das durch eine Schallzelle (lO) als akustisches Signal durch ein zu analysierendes Strömungsmittel sendbar und wieder empfangbar ist, um ein Ausgangsschwingungsignal hervorzurufen; einen zwischen dem Ausgangssignal und einem Bezugssignal angeordneten Phasenmesser (225) zur Erzeugung eines linearen Ausgangsdiskontinuums an bestimmten Stellen der Phasenverschiebung; •in Zählwerk (247) zur Zählung der Diskontinuitäten des Aussignale des Phasenmessers (225) und zur Erzeugung eines entsprechenden analagen Signals (243) und einer Einrichtung (239« 250) zur Summierung des analogen Ausgangssignals und des linearen Ausgangssignals, um ein funktionell von der Phasendifferenz

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   abhängiges Signal zu erzeugen.

   21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal ein direkt von de· Oszillator (200) abgezogenes Schwingungssignal ist.

   22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal das Ausgangssignal einer zweiten Schallzelle ist, in der das Schwingungssignal durch ein Strömungsmittel bekannter Zusammensetzung als akustisches Signal übertragen wird.

   23. Vorrichtung nach Anspruch 22,dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schallzelle (lO) in eines ersten temperaturkonstanten Raum (53) befindet, und daß sich der das Schwingungssignal liefernde Oszillator (200) in einem zweiten, getrennt steuerbaren, temperaturkonstanten Haue (6l) befindet.

   2h, Vorrichtung nach einem der Ansprüche ²⁰ ~ ²3. dadurch gekennzeichnet, daß die Schallzelle (lO) mit piezoelektrischen Wandlern (20, 21) versehen ist, deren y-Wert unter etwa 100 liegt, und die in dem Hohlraum (14) für das zu analysierende Strömungsmittel in schallübertragender Beziehung zueinander angeordnet sind.

   25. Vorrichtung nach Anspruch 24,dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Wandler (20, 21) gegen eine scharf-

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   kantige Lippe (42) drückbar sind, die mit der Schallfläche der Wandler im wesentlichen in Linienberührung steht.

   26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 - 25, dadurch gekennzeichnet, daß das erste erzeugte elektrische Schwingungssignal eine MHz-Frequenz besitzt und am Ausgang des Empfüngerwandlers der Schallzelle (iO) ein MHz-Ausgangssignal liefert,, daß eine zweite Schallzelle zur Erzeugung eines zweiten elektrischen Schwingungssignals eingebaut ist, daß Mischer (220, 22i) zur Mischung des zweiten Schwingungssignals mit dem MHz-Ausgangssignal vorhanden sind, üb ein Taktfrequenzsignal im kHz-Bereich zu erzeugen, daß eine Einrichtung zur Schaffung eines elektrischen Bezugssignals mit MHz-Frequenz vorhanden ist, und daß das zweite Schwingungssignal und das elektrische Bezugssignal zur Erzeugung eines Taktfrequenzsignals im kHz-Bereich mischbar sind.

   27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sdallzelle zur Erzeugung eines elektrischen Schwingungssignals auch zur Erzeugung des Bezugssignals verwendbar ist, wobei das Bezugssignal dem ersten Schwingungssignal entspricht.

   28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Bezugssignals eine zweite Schallwelle ist, die das erste Schwingungssignal als akustischen i.ipnal durch ein Strömungsmittel bekannter Zusammensetzung «pud«, t und ho ein aJ« Berußssignnl dienendo« Aus Bchvingunp»»Ι /nnl 1infert.

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   29. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungseinrichtung (212, 213) zur Erzeugung einer gewünschten Phasendifferenz zwischen dem Taktfrequenzsignal und dem Bezugsfrequenzsignal vorhanden ist.

   30. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schreiher (280) für das phasendifferenzabhängige Signal eingebaut ist.

   31. Vorrichtung nach den Ansprüchen 20 - 30 gekennzeichnet durcli einen Gaschromatographen, bei dem Probenkomponenten aus einer chromatographischen Säule mit einem Trägergas abtrennbar sind, und der Gasausfluß aus dieser Säule in die erste Schallzelle (lo) zur Erzeugung des ersten Ausgangs einleitbar ist, während das reine Trägergas in die zweite Schollzolle (IG¹) zur Erzeugung des zweiten Ausgangssignals eini'uhrlMr ist.

   12. Vorrichtung zur Messung der Phasendifferenz zwischen zwei elektrischen Schwingungssignalen und zur Erzeugung eines analogen Ausganpssignals bei Phasenverschiebungen über 36O , gekennzeiehnei durch einen Phasenmesser (225) zur Aufnahme der beiden elektrischen Schwingungssignale und zur Erzeugung eine: linearen Auspnngssignals, das der Phasendifferenz ent— M"'¹'¹* ^ll!<i i). ' h jeweils 31>0 Phasenverschiebung eine Dis— I ' ttf i im i < ;i1 ;»i?f iirl. einen zweiseitig gerichteten Zähler (247)zur

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   Zählung der Diskontinuitäten in dem linearen Ausgangssignal und zur Erzeugung eines entsprechenden analogen Signals; und eine Summiereinrichtung (239) für das analoge Signal und das lineare Ausgangssignal zur Erzeugung eines der phasendifferenz entsprechenden Signals.

   33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmesser (225) mit zwei Schmidt-Triggern zur Modulierung der beiden Schwingungssignale versehen ist, um Rechteckwellensignale zu erzeugen, daß jedes Rechteckwellensignal differenzierbar ist, um zwei Spitzensignale zu erzeugen, in denen die Spitzen den 180°-Schnittpunkten der Rechteckwellen entsprechen, und daß eine Flip-Flop-Schaltung (228) zur Aufnahme der Spitzensignale und zur Erzeugung eines Ausgangs— signals eingebaut ist, dessen Arbeitszyklus der Phasendifferenz zwischen den beiden Schwingungssignalen entpricht.

   3%. Verfahren zur Analysierung von Strömungsmitteln durch Messung der Wirkungen des Strömungsmittels auf die Geschwindigkeit und die Dämpfung eines aus einem elektrischen Schwingungssignal erzeugten Schallsignals, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Schwingungssignal in einer Schallzelle durch das zu analysierende Strömungsmittel geschickt wird und ein Ausgangsschwingungssignal erzeugt, daß die Geschwindigkeit des Schallsignals in dem Strömungsmittel zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals gemessen wird, und daß gleichzeitig die Ampäitudendifferenz zwischen dem Ausgangssignal und dem Bezugssignal zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals gemessen wird.

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   35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die der Phasendifferenz und der Amplitudendifferenz zwischen den Signalen entsprechenden Ausgangssignale aufgeschrieben werden.

   36. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, .daß die Messung der Geschwindigkeit des SchaBeiguals in dem Strömungsmittel durch Ermittlung der Phasendifferenz zwischen dem Ausgangsschwingungssignal und einem Bezugssignal erfolgt.

   37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß als Bezugssignal das Ausgangssignal einer zweiten Schallzelle genommen wird, die eine Strömungsmittel bekannter Zusammensetzung enthält.

   38. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 - 37, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden, durch das Strömungsmittel gesendeten Schallimpulsesignale mit dem Ausgangsimpuls-Signal getriggert werden, um ein pulsierendes Signal zu erzeugen, dessen Frequenz der Geschwindigkeit des Schallsignals in dem Strömungsmittel entspricht.

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