DE2533317C2 - Vorrichtung zur Regelung der Tropfgeschwindigkeit einer parenteral zu verabreichenden Flüssigkeit in einer Leitung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung der Tropfgeschwindigkeit einer parenteral zu verabreichenden Flüssigkeit in einer Leitung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bislang wird zur allmählichen parenteralen Zuführung von Flüssigkeiten an den menschlichen Körper, beispielsweise von Nährlösungen, Blut oder Blutplasma, gewöhnlich ein Infusionsgerät verwendet. Dieses besteht normalerweise aus einer umgekehrt aufgehängten Flasche mit der zu verabreichenden Flüssigkeit, einer gewöhnlich aus durchsichtigem Kunststoff hergestellten Zuführungsleitung und einer geeigneten Ventileinrichtung, beispielsweise einer Quetschklemme, mit der das Austropfen der Flüssigkeit aus der Flasche in eine unter ihr angeordnete durchsichtige Tropfkammer eingestellt werden kann. Zweck der Tropfkammer ist es einerseits, der Schwester oder Pflegeperson die Beobachtung der Austropfgeschwindigkeit zu ermöglichen, und andererseits, einen Vorratsbehälter für die Flüssigkeit am unteren Ende der Anordnung zu schaffen, um damit zu verhindern, daß Luft in die zum Patienten führende Leitung eintritt.

Die Beobachtung der Austropfgeschwindigkeit mit Hilfe einer Tropfkammer ist zwar ein einfaches Verfahren zur Regelung der einem Patienten während einer bestimmten Zeit zugeführten Flüssigkeitsmenge, doch erfordert es eine verhältnismäßig beständige Überwachung des Tropfenflusses, damit dieser nicht aufhört, wenn keine Flüssigkeit mehr vorhanden ist, oder zu einem kontinuierlichen Fluß wird, wodurch die Flüssigkeitszufuhr zum Patienten gefährliche Werte annehmen kann.

to Es ist beispielsweise in Krankenhäusern üblich, daß Schwestern periodisch die Austropfgeschwindigkeit jeder intravenösen Zuführung oder parenteralen Infusion kontrollieren. Diese Überwachungsart ist langwierig und zeitraubend, es werden Fehler mit möglicherweise schwerwiegenden Folgen gemacht, und die Zeit, während der qualifiziertes Pflegepersonal für wichtige Aufgaben zur Verfugung stehen könnte, wird reduziert. Die die Durchflußgeschwindigkeit kontrollierende Schwester verwendet üblicherweise eine Uhr, um die Zahl der während einer oder mehrerer Minuten ausfließenden Tropfen zu messen, und berechnet dann im Kopf aus den beobachteten Werten die richtige Durchflußgeschwindigkeit, die beispielsweise in Kubikzentimeter pro Stunde oder Tropfen pro Minute ausgedrückt wird. Wenn die berechnete Durchflußgeschwindigkeit beträchtlich von der vorgeschriebenen abweicht, muß die Schwester von Hand die Quetschklemme auf eine neue Durchflußge-

schwindigkeit einstellen, wieder die Tropfen zählen und die neue Durchflußgeschwindigkeit berechnen.

Jede der oben beschriebenen Messungen, Berechnungen und Einstellungen dauert einige Minuten. Bei der Zahl der zu überwachenden Betten und der Anzahl der pro Tag durchzuführenden Überwachungen kann es sich ergeben, daß das Pflegepersonal einen beträchtlichen Teil seiner Arbeitszeit auf diese Tätigkeit verwenden muß. Bei starker Arbeitsbelastung sind außerdem die von einer Schwester zur Messung und Einstellung der Durch- ·; fiußgeschwindigkcil durchzuführenden Beobachtungen und Berechnungen nicht immer sehr zuverlässig, und es ergeben sich Fehler mit nachfolgenden falschen, möglicherweise gefährlichen Infusionsgeschwindigkeiten.

Neben diesen Schwierigkeiten hängt die parenterale Verabreichung von medizinischen Flüssigkeiten durch hydrostatische Druckinfusion unter dem Einfluß der Schwerkraft von einer über dem Patienten aufgehängten Flasche noch stark von Durchflußänderungen ab, die sich aus der Veränderung des Flüssigkeitsspiegel in der Flasche, Temperaturänderungen, Änderungen des venösen oder arteriellen Drucks im Patienten und der Bewegung des Patienten ergeben. Außerdem gibt es verschiedene Fälle, so beispielsweise Patienten in Intensivstationen, pädiatrische Patienten oder Patienten mit Herzschwäche, oder die Verabreichung sehr starker Drogen, bei denen die gewünschte Tropfgeschwindigkeit genau eingestellt werden muß und sich nicht über einen bestimmten Wert hinaus verändern darf. Es ist in diesem Fall für das Pflegepersonal von größter Bedeutung, daß es sofort von unzulässigen Veränderungen der Durchflußgeschwindigkcrt, einem eventuellen Versagen des die Flüssig- I

keit abgebenden Systems oder dem Leerwerden der Flasche erfährt. Ϊ

Einige der wichtigsten Probleme für überlastetes Krankenhauspersonal ergeben sich aus der raschen, leichten, |

zuverlässigen und genauen Überwachung und Einstellung der Durchflußgeschwindigkeit bei der parenteralen Verabreichung medizinischer Flüssigkeiten.

Aus der DE-OS 19 62 191 ist ein Infusionsgerät bekannt, bei dem eine analog arbeitende Steuervorrichtung den Abstand aufeinanderfoigender Impulse gleicher Breite, die durch einen Taktgeber erzeugt werden, in Übereinstimmung mit der durch einen Tropfendetektor gemessenen Tropfenfolge verändert.

Aus der DE-OS 20 37 946 ist eine Durchfluß-Regelvorrichtung bekannt, bei der ebenfalls die Folgefrequenz der von einem spannungsgesteuerten Oszillator einer Pumpe zugeführten Impulse geändert wird. Genauer gesagt wird die Frequenz der tatsächlichen Tropfenfolge von einem Tropfendetektor erfaßt und einem Vergleicher zugeführt Diesem wird auch ein die gewünschte Tropfenfolge anzeigendes Signal zugeführt. Das vom Vergleicher erzeugte Differenzsignal dient zur Steuerung des spannungsgesteuerten Oszillators. Aus der DE-PS 21 45 421 ist eine weitere Vorrichtung zur Regelung eines Flüssigkeitsflusses bekannt, bei dem ebenfalls ein Vergleicher vorgesehen ist, der die Impulse eines Sollwert-Generators mit denjenigen eines Istwert-Generators vergleicht In Abhängigkeit von dem von dem \ ergleicher erzeugten Differenzsignal wird die Breite der Ausgangsimpulse zu einem die Durchflußleitung abklemmenden Ventil gesteuert. Bei den voranstehend bezeichneten bekannten Vorrichtungen erfolgt der Vergleich zwischen der gemessenen Austropfgeschwindigkeit und der gewünschten Austropfgeschwindigkeit jeweils dadurch, daß Impulse der einen Polarität, die der gemessenen Austropf geschwindigkeit entsprechen, mit Impulsen der anderen Polarität, die der gewünschten Austropfgeschwindigkeit entsprechen, im Vergleicher analog miteinander verglichen werden. Dabei besteht ein Nachteil eines derartigen analog arbeitenden Vergleichers darin, daß ein genauer und stabiler Flüssigkeitsfluß beispielsweise bei Temperaturschwankungen nicht aufrechterhalten werden kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Regelung des Durchflusses einer Flüssigkeit durch eine Leitung dahingehend zu verbessern, daß sie genau, stabil und zuverlässig arbeitet und außerdem an unterschiedliche mechanische Antriebseinrichtungen anpaßbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sich mit ihr im Zusammenhang mit bestimmten elektromechanischen Einrichtungen zur Regelung des Tropfenflusses, wie z. B. mit sich hin- und herbewegenden Quetschklemmen, eine vergleichsweise verminderte Tropfenverformung und eine gute reproduzierbare Tropfengröße erzielen läßt.

Die erfindunfesgemäße Vorrichtung arbeitet vorteilhafterweise äußerst genau und zuverlässig, und ist einfach in ihrer Anwendung. Sie ergibt vorteilhafterweise eine erhöhte digitale Genauigkeit bei der Auswahl und Aufrechterhaltung der Durchflußraten in einem weiten Regelbereich. Die vorliegende Vorrichtung kann außerdem das Pflegepersonal sofort auf Bedingungen hinweisen, die für den Patienten gefährlich sein können. Sie reduziert zudem zeitraubende, oft mit Fehlern behaftete menschliche Überwachungs- und Einstellschritte für die Durchflußgeschwindigkeit und verbessert dis Anpassung an verschiedene mechanische Ausgangsregelvorrichtungen, was die Wirtschaftlichkeit, die Zuverlässigkeit, die Stabilität und die Genauigkeit im Vergleich zu bekannten automatischen Steuersystem angeht.

Vorteilhafterweise kann bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bei der Inbetriebnahme der vorliegenden Vorrichtung die vorgegebene Anzahl der Zählschritte beschleunigt werden, so daß schneller normale Betriebsbedingungen erreicht werden.

Vorteilhafterweise können im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zwei Arten von Ausgangssteuereinrichtungen verwendet werden. Dabei betrifft die eine Art mit Überdruck arbeitende Infusionsvorrichtungen, wie beispielsweise Pumpen. Die andere Art betrifft Vorrichtungen, die eine Zuführleistung einfach öffnen und verschließen. Hierzu gehören Vorrichtungen mit Abquetschklemmen für die Zuführungsleitung.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren einer beispielhaften Ausführungsform näher erläutert.

F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchflußregelung;

F i g. 2 zeigt eine graphische Darstellung der typischen Tropfengröße als Funktion der Ausgangsimpulsfolgefrequenz;

F i g. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Ausgangsimpulsbreite als Funktion der Zeit;

F i g. 4a, 4b und 4c zeigen Blockschaltbilder e«ser Ausführungsform einer Vorrichtung, wobei F i g. 4a das Eingangsuntersystem, das Untersystem zur Taktgabe, und das Ausgangsuntersystem zeigt, F i g. 4b die Speicherund Regel-Untersysteme zeigt und Fig.4c die Untersysteme zur optischen Anzeige der Impulsbreite und zur Alarmgabe darstellt;

Fig.5a—5h sind graphische Darstellungen verschiedener Zustände des in Fig.4a, 4b und 4c dargestellten Regeisystems bei verschiedenen Betriebsbedingungen, um das Funktionieren des den Arbeitszyklus begrenzenden Untersyslems zu erläutern;

Fig.6a—6g zeigen Tabellen zur Erläuterung der Zustände der Register und der Flip-Flop-Stufen in der in F i g. 4a—4c gezeigten Vorrichtung bei verschiedenen Bedingungen des Tropfennachweises;

ίο Fig. 7a und 7b und Fig. 8a—8d zeigen in verschiedenen Teilen der in Fig.4a—4c gezeigten Vorrichtung auftretende Impulsformen, wenn die Vorrichtung für den Pumpbetrieb verwendet wird;

F i g. 9a, 9b, 1 Oa und 1 Ob zeigen schließlich Impulse an verschiedenen Abschnitten der in F i g. 4a—4c gezeigten Vorrichtung, wenn dieses im Regelbetrieb arbeitet.

In der folgenden Beschreibung wird im allgemeinen auf die intravenöse Verabreichung Bezug genommen. Die beschriebene Vorrichtung kann jedoch ebensogut auch für andere Arten der parenteralen Verabreichung verwendet werden.

Zur Steuerung der Tropfgeschwindigkeit muß ständig die tatsächliche Tropfgeschwindigkeil, wie sie bei in intravenösen Einleitungsgeräten auftritt, überwacht werden. In der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird dazu ein Tropfdetektor 11 zum Tropfennachweis verwendet, der einen an sich bekannten Tropfendetektor 11a und einen Impulsgenerator 11 b umfaßt. Der Tropfdetektor 11 ermittelt jeden in einer Tropfenkammer herunterfallenden Tropfen und erzeugt elektrische Impulse, wobei die Impulsfolgefrequenz dann gleich der Austropfrate ist.

Der Tropfendetektor 11a überwacht den Tropfenfluß in einer nicht dargestellten Tropfenkammer des intravenösen Einleitungsgeräts und besteht typischerweise aus einem nicht dargestellten Gehäuse mit einer in einem festen Abstand von einer Photozelle angebrachten Lichtquelle, deren Lichtstrahl normalerweise auf die Photozelle fällt. Das Gehäuse wird an die Tropfkammer so angekäemmt, daß die durchsichtige Tropfkammer sich in dem Spalt zwischen der Lichtquelle und der Photozelle befindet. Ein in der Tropfkammer herunterfallender Tropfen unterbricht den Lichtstrahl und das entsprechende Signal der Photozelle wird an geeignete elektrische Schaltungen angelegt, die dann das Vorhandensein eines Tropfens nachweisen. Eine Einrichtung mit einer Photozelle ist als Tropfdetektor 11a äußerst zweckmäßig, doch können auch andere Einrichtungen verwendet werden, die bei Anwesenheit eines Tropfens ein elektrisches Signal erzeugen.

Bei dem Impulsgenerator 11 b handelt es sich typischerweise um eine monostabile Kippschaltung, die jedesmal einen Ausgangsimpuls liefert, wenn der Tropfendetektor Ua einen Tropfen ermittelt. Die Impulsbreite und die '■ j Amplitude des Ausgangsimpulses sind auf die Eingangsschaltung des jeweils verwendeten Überwachungs- und

Steuersystems abgestimmt. Die vom Impulsgenerator 116 angegebenen Ausgangsimpulse stellen die ermittelte Tropfgeschwindigkeit dar und werden als Eingangssignal an eine Speichersteuerung 13 und ein System 14 zur Alarmgabe angelegt.

Der Flüssigkeitsfluß in der intravenösen Zuführungsleitung wird mit der Hilfe einer elektromechanischen Ausgangssteuereinrichtung 15, die ihrerseits periodisch durch über die Leitung 17 ankommende Eingangsimpulse erregt wird, bei denen es sich um die Ausgangsimpulse der Einrichtung 16 zur Ausgangsimpulssteuerung handelt, eingeregelt

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Vorrichtung können verschiedene elektromechanische Ausgangssteuereinrichtungen 15, wie beispielsweise Überdruck-Infusionspumpen, die von einem Gleichstrom-Schrittmotor oder anderen Wechselstrom- oder Gleichstrommotoren betrieben werden, oder Vorrichtungen, die einfach die Zuführungsleitung öffnen und schließen und mit hydrostatischem Druck arbeiten, (d. h. eine Tropfenflußvorrichtung statt einer Pumpe), verwendet werden. Zur Erläuterung wird die vorliegende Vorrichtung für den Betrieb mit zwei verschiedenen Ausgangssteuervorrichtungen der beiden oben erwähnten Kategorien beschrieben.

Im Falle von Infusionspumpen wird ein Gleichstrom-Schrittschaltmotor zum Antrieb der Infusionspumpe verwendet der eine Nockenanordnung oder dergleichen (nicht dargestellt) schrittweise bewegt Die Nockenanordnung streicht über die intravenöse Zuführungsleitung und ergibt eine peristaltische Pumpwirkung mit entsprechendem Oberdruck in der Zuführungsleitung.

Bei den Vorrichtungen zur Regelung der Tropfgeschwindigkeit wird eine Quetschklemme für die intravenöse Leitung verwendet wobei die Quetschklemme normalerweise die Leitung zugedrückt hält und durch entsprechende elektromagnetische Antriebsmittel periodisch in die Öffnungsstellung überführt wird. Die Antriebsmittel werden ihrerseits über die Leitung 17 von Impulsen der Ausgangsimpulssteuerung 16 erregt Jeder an der Ausgangssteuerungsvorrichtung 15 angelegte Impuls bewirkt ein Öffnen der Quetschklemmen, damit die Zuführungsleitung für die Dauer des Erregungsimpulses geöffnet wird. Die intravenöse Ausgangssteuervorrichtung 15 kann beispielsweise von der in der US-PS 37 56 556 beschriebenen Art sein.

Im Falle einer mit einem Schrittmotor arbeitenden Infusionspumpe löst jeder von der Ausgangsimpulssteuerung 16 über die Leitung 17 ankommende Ausgangsimpuls Antriebsimpulse für den Schrittmotor aus. Die Länge der Impulsgruppe der Antriebsimpulse entspricht im wesentlichen der Breite des auslösenden Impulses. Jeder Antriebsimpuls schaltet den Motor um einen bestimmten Drehwinkel weiter und ergibt damit eine peristaltische Flüssigkeitsbewegung in der Zuführungsleitung, da eine zwischen Nocken eingeschlossene Flüssigkeitsmenge fortbewegt wird.

Die vorliegende Vorrichtung zur Regelung der Tropfgeschwindigkeit wird im einzelnen unter Bezugnahme auf eine Infusionspumpe mit einem Schrittmotor und einer intravenösen Steuervorrichtung als Ausgangssteuervorrichtung 15 beschrieben, doch können auch andere Ausgangssteuervorrichtungen bei der vorliegenden

Vorrichtung verwendet werden.

Ein System 18 zur Impulserzeugung und Geschwindigkeitswahl, bei dem es sich um ein rückführungsloses digitales Steuersystem handelt, legt die Folgefrequenz der Ausgangsimpulse fest, die von der "Vorrichtung erzeugt und über die Leitung 17 an die Ausgangssteuerungsvorrichtung 15 angelegt werden.

Das System 18 ist ein digital arbeitendes Impulserzeugungssystem, das über die Leitung 19 Ausgangsimpulse einer bestimmten Impulsfolgefrequenz an die Ausgangsimpulssteuerung 16 anlegt und gleichzeitig die Ausgangsimpulse über die Leitung 20 an den digitalen Speicher 21 liefert.

Die Bedienungsperson stellt die gewünschte Austropfgeschwindigkeit durch das System 18 zur Impulserzeugung und Geschwindigkeitswahl ein. Die vom System 18 abgegebene Ausgangsimpulsfolgefrequenz ist nicht gleich der tatsächlichen Tropfgeschwindigkeit, sondern beträgt vielmehr ein verhältnismäßig hohes, beispielsweise nichtganzzahliges Vielfaches der tatsächlichen Tropffrequenz.

Beispielsweise besteht ein Verhältnis von 10,5. Bei bestimmten elektromechanischen Ausgangssteuervoirichtungen 15, beispielsweise bei sich hin- und herbewegenden Quetschklemmen für intravenöse Leitungen, ergibt diese Beziehung zwischen der Ausgangsimpulsfolgefrequenz und der erwünschten Tropfenflußfrequenz eine verringerte Verzerrung der Tropfen und eine von Tropfen zu Tropfen fast unveränderte Tropfengröße. Dies ist aus FTg. 2 ersichtlich, die die typische Tropfengröße als Funktion der Ausgangsimpulsfolgefrequenz bei Verwendung einer Steuervorrichtung an der intravenösen Leitung darstellt.

Die über die Leitung 19 der Ausgangsimpulssteuerung 16 zugeführten Befehlsimpulse bestimmen den Einsatz jedes über die Leitung 17 an die Ausgangssteuerungsvorrichtung 15 geführten Ausgangsimpulses, wohingegen das Ende jedes Ausgangsimpulses vom digitalen Speicher 21 bestimmt wird. Der digitale Speicher 21 ist über die Eingangsleitung 22 mit der Ausgangsimpulssteuerung 16 verbunden. Das System 18 zur Impulserzeugung und Geschwindigkeitswahl steuert damit die Folgefrequenz der Ausgangsimpulse und ergibt eine Steuerung der Austropfgeschwindigkeit durch Veränderung der Impulsbreite der an die Ausgangssteuervorrichtung 15 abgegebenen Impulse, d. h. es wird die Zeitdauer verändert, während der die Ausgangsvorrichtung und die Leitung 17 durch Impulse in Betrieb genommen wird. Die Ausgangsimpulsbreite ist dabei gegeben durch ein in sich geschlossenes digitales System, das den digitalen Speicher 21 enthält und die Impulsbreite durch ein digitales Servosystem verändert, und damit einerseits die gewünschte Austropfphase einzustellen und um andererseits die oben beschriebene Beziehung zwischen der verlangten Folgefrequenz der Ausgangsimpulse und der gewünschten Austropfgeschwindigkeit aufrecht zu erhalten.

Die Breite der der Ausgangsvorrichtung 15 zugeführten Impulse wird bei der vorliegenden Vorrichtung vollkommen bestimmt durch den digitalen Speicher 21, der mit der Speichersteuerung zusammenarbeitet. Diese erhält Information nicht nur vom digitalen Speicher 21 sondern auch vom Tropfdetektor 11. Der digitale Speicher 21 umfaßt zwei digitale Zähler, nämlich ein Abtaststeuerregister und ein Impulsbreitenregister. Der Zählerzyklus dieser Register beginnt jeweils, wenn vom System 18 zur Impulserzeugung und Geschwindigkeitszahl ein Impuls erzeugt wird und über die Leitung 20 ankommt. Jeder Zählzyklus muß beendet sein, ehe der nächste Impuls an der Leitung 20 erscheint. Das Abtaststeuerregister bestimmt die Länge jedes Zählzyklus für sich und für das Impulsbreitenregister durch Auslösung und Beendigung des Zählzyklus für die beiden Register. Der normale Ruhezustand für das Abtaststeuerregister ist der Nullzustand zwischen Zählzyklen (d. h. der Anfangs-und Endzustand für jeden Zählzyklus). |

Wie oben erwähnt, ist nicht nur der Beginn jedes Zähizyklus festgelegt, sondern auch jeder elektrische 40 |

Ausgangsimpuls wird über die Leitung 17 ausgelöst, wobei die Impulserzeugung jeweils in dem System 18 zur Impulserzeugung und Geschwindigkeitswahl stattfindet Jeder über die Leitung 17 an die Ausgangssteuervorrichtung 15 angelegte Ausgangsimpuls wird beendet, wenn das Impulsbreitenregister des Speichers 21 zum Zustand »Null« durchgezählt worden ist.

Der Zählerzustand des Impulsbreitenregisters am Ende jedes Zähizyklus ist ein Maß für die Impulsbreite des nächsten Ausgangsimpulses, der von der Vorrichtung für den nächstfolgenden Zählzyklus erzeugt werden muß. Die Breite des über die Leitung 17 an die Ausgangssteuervorrichtung 15 angelegten Ausgangsimpulses als Funktion des Zählerstandes des Impulsbreitenregisters ist gegeben durch die Anzahl der Zählungen, die durchgeführt werden müssen, um das Impulsbreitenregister vom anfänglichen Zählerstand (der der abschließende Zählerstand im vorhergehenden Zählzyklus war) zum Zählerstand »Null« durchzuzählen. Der die Ausgangssteuervorrichtung 15 auslösende Impuls endet, wenn das Impulsbreitenregister durch Null zählt. Dieser Zustand wird der Ausgangsimpulssteuerung 16 über die Leitung 22 mitgeteilt

In jedem Zählzyklus kommt das Impulsbreitenregister bei einem endgültigen Zählerstand zur Ruhe, der die Impulsbreite für den nächsten an der Leitung 17 zu erzeugenden Ausgangsimpuls bestimmt. Jeder Zählzyklus wird abgeschlossen, wenn das Abtaststeuerregister durch seinen Zählerstand »Null« gezählt hat

Das Impulsbreitenregister im digitalen Speicher 21 wird gleichmäßig um eine vorgegebene Anzahl von Zählungen in jedem Zählzyklus gegenüber dem Abtaststeuerregister zurückgezählt, um damit Ausgangsimpulse mit allmählich zunehmender Impulsbreite zu erzeugen. Das Impulsbreitenregister wird außerdem bei jeder Ermittlung eines Tropfens durch den Tropfendetektor 11 um eine bestimmte Anzahl von Zählungen gegen das Abtaststeuerregister weitergezählt, wodurch die Impulsbreite bei jeder Ermittlung eines Tropfens verringert wird. Erreicht wird dies mit Hilfe des Systems 13 zur Speichersteuerung.

Das Verhältnis der Anzahl von Zählungen, um die das Impulsbreitenregister bei jedem Nachweis eines Tropfens weitergezählt wird, zur Anzahl der Zählungen, um die das Impulsbreitenregister in jedem Zählzyklus zurückzählt, ist gleich dem oben beschriebenen Verhältnis von der verlangten Ausgangsimpulsfolgefrequenz zu der erwünschten Tropfenflußfrequenz. In einer Ausführungsform wird beispielsweise das Impulsbreitenregister in jedem Zählzyklus um zwei Zählungen zurückgeschaltet und bei jedem Nachweis eines Tropfens mit dem Tropfendetektor lia um 21 Zählungen weitergeschaltet. Das erwünschte Verhältnis von der Eingangsfrequenz zur Ausgangsfrequenz von 10,5 wird damit genau im digitalen Speicher 21 eingestellt.

Fig.3 dient zur Erläuterung der Veränderung der Breite der an der Leitung 17 auftretenden Impulse (angegeben als Zählerstand des Impulsbreitenregisters im Speicher 21) als Funktion der Zeit. Aus Fig.3 ist ersichtlich, daß die Impulsbreite in Form einer Treppenfunktion verändert wird. Bei jeder Vergrößerung der Impulsbreite wird der Zählerstand des Impulsbreitenregisters um zwei Zählungen zurückgestellt, während jede Verringerung der Impulsbreite beim Nachweis eines Tropfens den Zählerstand des Impulsbreitenregisters um 21 Zählungen erhöht.

Die Breite jeder Stufe in der Treppenfunktion entspricht einer Zeit, die reziprok ist zur Ausgangsimpulsfrequenz an der Leitung 17 oder gleich ist 1/10,5 χ der Tropfenrate. Jeder Treppenfunktionsabschnitt zwischen aufeinanderfolgenden Tropfennachweisvorgängen hat eine andere Zahl von Impulsperioden oder Stufen. Gruppen von 10 und 11 Impulsperioden wechseln ab, um einen Durchschnittsabstand von 10,5 Impulsperioden zwischen aufeinanderfolgenden Tropfennachweisvorgängen zu erhalten, d. h. um das gewünschte Verhältnis einzustellen.

Ein System 12 zum Einschalten ist wirksam bei der Inbetriebnahme der Vorichtung und arbeitet auch jedesmal, wenn die Vorrichtung nach einem Alarmzustand wieder eingeschaltet v, .rJ. Die Vorrichtung beginnt mit beiden Registern des digitalen Speichers 21 in der Nullstellung zu arbeiten, so daß ein normaler Betrieb der Vorrichtung sehr enge Ausgangsirnpulse in Leitung 17 arn Anfang ergeben würde.

Das System 12 verändert den normalen Betrieb des Systems 13 zur Speichersteuerung, in dem die anfängliche Einstellung der Impulsbreite durch den Speicher 21 beschleunigt wird. Dabei ergibt sich dann sehr rasch die günstigste Betriebsweise, da nämlich die Breite der an der Leitung 17 auftretenden Impulse schnell auf den Bereich des günstigen Betriebs eingestellt wird. Erreicht wird dies durch die Rückstellung des Impulsbreitenregisters bei jedem Zählzyklus um eine erhöhte Anzahl von Zählungen bei der Inbetriebnahme, wodurch die Breite der Ausgangsimpulse rascher zunimmt. Statt die Impulsbreite um zwei Zählungen im Impulsbreitenregister bei jedem Zählzyklus zu erhöhen, wie dies beim normalen Betrieb der Fall ist, wird die Impulsbreite um 9 Zählungen in jedem Zählzyklus erhöht. Dadurch witü die Breite der Ausgangsimpulse viel schneller erhöht als wenn der Bereich der günstigsten Impulsbreite dadurch angenähert würde, daß die Impulsbreite entsprechend zwei Zählungen pro Zählzyklus erhöht wird.

Nur im Zeitabschnitt der Inbetriebnahme wird das System 18 zur Impulserzeugung vorübergehend vom

f System 12 zum Einschalten auf eine vorgegebene Ausgangsimpulsrate eingestellt, die besonders günstig ist zur

anfänglichen Einstellung der Impulsbreite.

Der Einschaltbetrieb hält an, bis eine bestimmte Anzahl von Tropfen, typischerweise zwei Tropfen, vom Tropfendetektor 11a nachgewiesen worden sind. Zu diesem Zeitpunkt hört die Steuerung durch das System 12 zum Einschalten auf, und die normale Einstellung der Ausgangsimpulsbreite findet für den gesamten folgenden Tropfenfluß statt, d. h. die Erhöhung entspricht zwei Zählungen des Impulsbreitenregisters pro Zählzyklus.
Ein System 23 zur Begrenzung des Arbeitszyklus macht die Bestimmung der Impulsbreite durch den digitalen Speicher 21 unwirksam, falls die von diesem Speicher vorgeschriebene Impulsbreite eine maximale, für die jeweilige Ausgangssteuerungsvorrichtung 15 vorgeschriebene Arbeitsdauer überschreitet, so daß ein völlig ungehinderter Durchfluß nicht auftreten kann. Ein derartig ungehinderter Durchfluß kann infolge einer mechanischen Trägheit der Ausgangssteuervorrichtung 15 und dem sich daraus ergebenden Verlust der Steuerfunktion für den Durchfluß durch die Zuführungsleitung auftreten. Der Arbeitszyklus der Ausgangssteuervorrich-

tung 15 ist definiert als das Verhältnis der Zeit, während der die Ausgangssteuervorrichtung erregt ist, zum gesamten Zeitabschnitt zwischen aufeinanderfolgenden, an der Leitung 17 auftretenden Ausgangsimpulsen zur Auslösung der Ausgangssteuervorrichtung.

Das System 23 zur Begrenzung des Arbeitszyklus erhält über die Leitung 24 Eingangssignale vom System 18 zur Impulserzeugung und Geschwindigkeitswahl, wodurch das System 23 den verlangten Zeitabschnitt zwischen

der Auslösung aufeinanderfolgender Ausgangsimpulse überwachen kann, wie dies vom System 18 vorgegeben wird. Am gewünschten Endpunkt des Arbeitszyklus für die jeweils verwendete Ausgangssteuervorrichtung 15 beendet das System 23 den an der Leitung 17 auftretenden Ausgangsimpuls (vorausgesetzt, daß dieuer Ausgangsimpuls nicht vom digitalen Speichersystem 21 abgebrochen wurde). Dazu wird ein den Abbruch des Impulses herbeiführendes Eingangssignal über die Leitung 25 an das System 16 zur Ausgangsimpulssteuerung

so angelegt. Dies beendet sofort den an das mechanische System angelegten Ausgangsimpuls. Gleichzeitig beschleunigt das System 23 die Zählrate für den Speicher 21, so daß der Zählzyklus rascher durchgeführt wird. Diese Eigenschaft ist schematisch durch ein Eingangssignal angedeutet, das über die Leitung 26 vorn System 23 dem Speicher 21 zugeführt wird, um damit die Zählrate zu ändern, die normalerweise über die Leitung 28 vom Taktgeber 27 als Eingangssignal dem Speicher 21 zugeführt wird.

Der Taktgeber 27 betreibt ferner das System 18 zur Impulserzeugung und Geschwindigkeitswahl. Gemäß der Darstellung der F i g. 1 liefert der Taktgeber 27 Eingangssignale nur an das System 18 und den digitalen Speicher 21, während er tatsächlich Taktimpulse an alle Systeme liefert, um jeweils die notwendigen synchronen Betriebsbedingungen aufrecht zu erhalten.

Das System 23 zur Begrenzung des Arbeitszyklus erhöht die Zählrate durch Umschaltung am Ende des

Arbeitszyklus von einer Zählrate, die normalerweise 1/10 der vollen Taktgeschwindigkeit beträgt, auf die der vollen Taktgeschwindigkeit entsprechende Zählrate, wodurch der Abschluß des Zählzyklus beschleunigt wird. Außerdem wird dadurch erreicht, daß das digitale Speichersystem 21 seinen letzten Zählzyklus immer beendet hat, ehe der nächste Zählzyklus von einem über die Leitung 20 vom System 18 ankommenden, auslösenden Impuls eingeleitet wird. Falls das System 18 eine hohe Impulsfrequenz verlangt kann der zwischen dem Beginn von über die Leitung 20 kommenden Impulsen verstreichende Zeitabschnitt bedeutend kurzer sein als der Zeitabschnitt, der für den Zählzyklus des Speichers 21 bei der normalen Zählgeschwindigkeit benötigt wird. Die vom System 23 herbeigeführte Beschleunigung der Zählrate gewährleistet den Abschluß jedes Zählzyklus durch das digitale Untersystem 21 selbst bei den höchsten gewählten Ausgangsimpulsraten, die das System erzeugen

Die Erfahrung hat gezeigt, daß der Arbeitszyklus, der für eine typische intravenöse Steuervorrichtung mit einer elektromagnetischen Abquetschklemme für die intravenöse Zuführungsleitung geeignet ist, bedeutend kürzer ist als der maximale Arbeitszyklus, der bei Verwendung einer Infusionspumpe mit einem Schrittmotor zulässig ist. Der Grund hierfür ist, daß die mechanische Trägheit einer mit einer Feder vorgespannten Ab- s quetschklemme für die Zuführungsleitung gewöhnlich groß genug ist, um zu verhindern, daß bei einem zu langen Arbeitszyklus die Abquetschklemme die Leitung noch völlig abklemmen kann, ehe der nächste über die Leitung 17 ankommende Ausgangsimpuls das erneute öffnen der Leitung verlangt. Es können sich damit Durchflußverhältnisse ergeben, bei denen die Zuführungsleitung nicht völlig abgequetscht wird und ein freier Durchfluß stattfindet. Sobald dies eintritt, kann der Durchfluß nicht mehr in Tropfen unterteilt werden. Wenn vom System keine Tropfen mehr ermittelt werden, wird die Impulsbreite noch zusätzlich erhöht und damit verschlechtern sich die Betriebsverhältnisse noch weiter.

Es wurde empirisch festgestellt, daß bei der Verwendung von Steuervorrichtungen mit elektromagnetisch betätigten Abquetschklemmen eine 40%ige Einschränkung des Arbeitszyklus zweckmäßig ist. Dagegen erwies sich eine 75%ige Einschränkung als geeignet im Falle von mit Überdruck arbeitenden Infusionspumpen, die von einem Gleichstrom-Schrittmotor betrieben werden. Wenn andere elektrornechanischc Ausgangssteuervorrichtungen 15 verwendet werden, müssen andere Einschränkungen für den Arbeitszyklus gewählt werden.

In den Fig.4a, 4b und 4c sind Blockschaltbilder der Vorrichtung zur Durchflußregelung dargestellt. Die Eingangs- und Ausgangsverbindungen sind so aufeinander ausgerichtet, daß die drei Figuren als zusammenhängendes Blockschaltbild für die gesamte vorliegende Vorrichtung verwendet werden können. Die Anschlüsse der einzelnen Systeme überlappen sich so miteinander, daß in der Beschreibung am zweckmäßigsten auf die drei nebeneinandergestellten Figuren Bezug genommen wird. Die folgende Beschreibung stützt sich auf dieses zusammengesetzte Blockschaltbild.

»or der genauen Beschreibung des Betriebes der in F i g. 4a, 4b und 4c dargestellten Vorrichtung werden die Hauptbestandteile und Funktionen der wichtigen Systeme zusammenfassend dargestellt.

F i g. 4a bezieht sich vor allem auf die Eingangsabschnitte, die Ausgangsabschnitte, und die Taktgabe des Gesamtsystems und umfaßt das den Speicher steuernde System 13, das den Arbeitszyklus begrenzende System 23, den Taktimpulse erzeugenden Taktgeber 27, das die Impulse für die Ausgangssteuervorrichtung 15 erzeugende System 16 und die Ausgangssteuervorrichtung 15, die sämtlich in F i g. 1 dargestellt sind.

F i g. 4b bezieht sich vor allem auf die Speicherabschnitte und Steuerabschnitte der gesamten Vorrichtung und umfaßt den digitalen Speicher 21, den Tropfdetektor 11, das System 13 zur Speichersteuerung 13. und das System 12 zum Einschalten, die sämtlich in F i g. 1 dargestellt sind.

Wie aus der Zusammenfassung der F i g. 4a, 4b und 4c zu einem einzigen Blockschaltbild ersichtlich ist. Hefen ein an sich bekannter Zeitmarkengenerator oder Taktgenerator 40 Impulse über die Leitung 41 an eine an sich bekannte digitale Multiplikatorstufe 42 mit mehreren digitalen Ratenwahlschaltern 42a.

Die Multiplikatorstufe 42 multipliziert die Eingangsfrequenz maximal mit dem Faktor 1. Die über die Leitung 43 von Multiplikatorstufe 42 gelieferten Ausgangssignale haben eine Impulsrate, die der Einstellung der Ratenwahlschalter 42a proportional ist und damit auch der gewünschten Austropfrate proportional ist, auf die sich die Vorrichtung einstellen soll. Bei den über die Leitung 43 gelieferten Ausgangssignalen der Multiplikatorstufe 42 handelt es sich nicht um eine kontinuierliche Impulsgruppe sondern um eine regellose Impulsgruppe, da eine Multiplikation mit gebrochenen Werten in der Multiplikatorstufe eintreten kann. Die typischerweise unregelmäßige Impulsgruppe an der Leitung 43 wird einer an sich bekannten Teilerstufe 44 zugeführt, die die Spitzen in der Impulsgruppe abflacht.

Die Ausgangssignale der Teilerstufe 44 werden einer Dekodierstufe 45 zugeführt, die verschiedene Zustände der Teilerstufe 44 zugeführt, die verschiedene Zustände der Teilerstufe 44 zur Begrenzung des Arbeitszyklus decodiert und eine Bezugsgruppe von Impulsen erzeugt, um jeden Zählzyklus einzuleiten und die gesamte Vorrichtung zur Abgabe von Ausgangsimpulsen zu veranlassen. Es handelt sich dabei um den Impuls, der jedesmal erzeugt wird, wenn die Teilerstufe 44 durch den Zustand »Null« zählt. Dieser Impuls wird im folgenden als D&Z-Signal bezeichnet. Dieser Impuls entspricht dem Ausgangssignal des in F i g. 1 dargestellten Untersystems 18 zur Impulserzeugung und Geschwindigkeitswahl.

Die vom Taktgenerator 40 erzeugte Taktfrequenz beträgt in einer Ausführungsform 71,68 Kilohertz. Die Multiplikatorstufe 42 multipliziert die Taktfrequenz mit l/löö der gewählten Austropfrate, die mit Raterrwählschalter 42a eingestellt wurde. Wenn beispielsweise eine Austropfrate von 30 Tropfen pro Minute eingestellt wurde, beträgt die Ausgangsfrequenz an der Leitung 43:

Eingangsfrequenz an der Teilerstufe 44 = ₌

Die Teilerstufe 44 ist als Register mit einer Zählkapazität von 2¹² oder 4096 aufgebaut Die Ausgangsfrequenz der Di?Z-Impulsgruppe ist deswegen:

91 S04- ν 10^

nRZ-Frequenz = 5,25 Hertz = 315 Impulse/Minute.

Dieses Ergebnis ist genau 10,5 der gewünschten Austropfrate von 30 Tropfen pro Minute. Der Taktgenerator 40, die Multiplakatorstufe 42 und die Teilerstufe 44 werden so bemessen, daß sich das gewünschte Frequenzverhältnis zwischen der Frequenz der Ausgangsimpulsgruppe und der gewünschten Tropfenrate ergibt.
Das von Dekodierstufe 45 abgegebene ΟΛΖ-AusgangssignaI ist ein nicht rückgekoppeltes Befehlssignal, das

über die Leitung 46 an andere Teile der Vorrichtung angelegt wird.

Zwei andere von der Dekudierstufe 45 ausgehende Ausgangsleitungen 47, 48 dienen zur Dekodierung der

Zustände, die bestimmte Zählbereiche der Teilerstufe 44 darstellen. Ein Signal an der Ausgangsleitung 47 der Dekodierstufe 45 entspricht einem Zählerstand von 3072—4095 der Teilerstufe 44, d. h. den letzten 25% der Zählkapazität der Teilerstufe. Ein Signal an der Leitung 48 stellt den Zählerstandbereich 1664—4095 dar und entspricht damit den letzten 60% der Zählkapazität der Teilerstufe 44.

Während eines Zeitintervalls zwischen aufeinanderfolgenden, von der Dekodierstufe 45 erzeugten Impulsen ist deshalb die Ausgangsleitung 48 der Dekodierstufe während der ersten 40% des Zeitabschnitts ohne Signal bzw. niedrigpegelig und während der letzten 60% des Zeitabschnitts bis zum nächsten £>i?Z-]mpuls hochpegelig.

ίο Die andere Ausgangsleitung 47 der Dekodierstufe ist ehne Signal bzw. niedrigpegelig während der ersten 75% des Zeitintervalls zwischen ÖÄZ-Impulsen und hochpegelig während der letzten 25%. Diese an den Leitungen 47,48 von der Dekodierstufe 45 ausgehenden Signale steuern das System 23 zur Begrenzung des Arbeitszyklus. Die an den Leitungen 47, 48 auftretenden Signale werden zwei UND-Gattern 49 bzw. 50 zugeführt, deren Ausgänge an ein ODER-Gatter 51 gelegt sind. Das über die Leitung 52 von Gatter 51 gelieferte Signal steuert die Begrenzung des Arbeitszyklus.

Da die in F i g. 4a, 4b und 4c dargestellte Vorrichtur>g entweder mit einer Pumpe oder mit einer Steuervorrichtung zusammenarbeiten soll, werden die Gatter 49 und 50 zur Wahl der jeweiligen Begrenzung des Arbeitszyklus gewählt, wobei die Begrenzung entweder 40% oder 75% beträgt, je nach der mit der Vorrichtung zusammenarbeitenden Ausgangssteuervorrichtung. Dazu wird eine umschaltbare Verbindung 53 entweder auf eine Stellung »Steuervorrichtung« oder »Pumpe« geschähet.

Ie nach der gewählten Betriebsart wird entweder ein Signal »0« oder »1« über Leitung 54 als Eingangssignal dem Umersystem 23 zugeführt. Wenn die Betriebsweise »Steuervorrichtung« gewählt worden ist, gelangt das Eingangssignal »0« über Leitung 55 als niederpegeliges Eingangssignal an <ias UND-Gatter 49 und sperrt dieses. Dagegen wird das Eingangssignal »0« durch eine Umkehrstufe 56 umgekehrt und ergibt ein hochpegeliges Eingangssignal, das über die Leitung 47 und dem UND-Gatter 50 zugefü' η wird. Der Ausgang des UND-Gatters hängt damit vom Zustand der von der Dekodierstufe 45 ausgehenden Leitung 48 ab. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 50, das auch durch das ODER-Gatter 51 geht, ist deshalb während der letzten 60% des Zeitabschnittes zwischen jedem Paar von D/?Z-lmpulsen hochpegelig.
Wenn die Betriebsweise »Pumpe« gewählt wird, wird ein Eingangssignal »1« über die Leitung 54 an das

Untersystem 23 angelegt. Das Gatter 49 wird dadurch durchgeschaltet und das Gatter 50 wird gesperrt. Der Zustand der von der Dekodierstufe 45 ausgehenden Ausgangsleitung 47 wird damit als hochpegeliges Eingangssignal dem ODER-Gatter 51 zugeführt, dessen über die Leitung 52 abgehendes Ausgangssignal nur während der letzten 25% des Zeitabschnitts zwischen jedem Paar von D/?Z-Impulsen hochpegelig ist.
Je nachdem, ob die Betriebsart »Steuervorrichtung« oder »Pumpe« gewähät wurde, wird eine Begrenzung des Arbeitszyklus von 40% oder 75% in der Vorrichmr!* er-irfnh" v. ,-bei die Begrenzung durch das an der Leitung 52 auftretende Signal gegeben ist.

Das Ausgangssignal des Taktgenerators ·*0 wird auch über die Leitung 58 einer Teilerstufe 59 zugeführt, der die Taktfrequenz durch 10 teilt und die verringerte Taktfrequenz über die Leitung 60 einem ODER-Gatter 61 zuführt. Ein weiteres Eingangssignal wird dem ODER-Gatter 61 vom UND-Gatter 63 über die Leitung 62 zugeführt. Das den Arbeitszyklus steuernde Signal an der Leitung 64 ist das eine, das der vollen Taktfrequenz entsprechende Signal an der Leitung 65 ist das andere Eingangssignal des UND-Gatters 63. Das an der Leitung 75 au. tretende Ausgangssignal des ODER-Gatters 61 ist das Taktsignal für die gesamte Vorrichtung. Dieses Taktsignal wird im folgenden als CLK-Signal bezeichnet.

Die Frequenz des CL/C-Signals ändert sich von der vollen vom Taktgenerator 40 erzeugten Taktfrequenz auf 1/10 der maximalen Taktfrequenz, je nachdem ob das Signal zur Begrenzung des Arbeitszyklus hochpegelig ist. Je nach Wahl der Betriebsweise »Steuervorrichtung« oder »Pump« beginnt das CLAi-Signal nach einem DRZ-Impuls mit 1/10 maximalen Taktfrequenz und erhöht die Frequenz auf die volle Taktfrequenz entweder während der letzten 60% (Betriebsweise Steuervorrichtung) oder der letzten 25% (Betriebsweise Pumpe) des Zeitabschnitts vor dem nächsten DRZ-Impuls, vorausgesetzt, daß das an der Leitung 52 auftretende Steuersignal hochpegelig ist. Wie weiter unten noch erläutert wird, wird der Abschnitt eines Zählzyklus, der einem hochpegeligen Signal zur Begrenzung des Arbeitszyklus an der Leitung 52 folgt, beschleunigt durchgezählt, da das CLK-Signal den Speicher weiter durchzählt.

Die Ausgangssignale der Teilerstufe 59 werden über die Leitung 66 einer and?-en Teilerstufe 67 zugeführt, die die Impulsfrequenz durch zwei teilt, um an der Leitung 68 eine Ausgangsfrequenz zu liefern, die den Schrittmotor einer Pumpe betätigt. Die an der Leitung 68 auftretende Impulsgruppe wird durch ein UND-Gatter 69 geschickt und über die Leitung ?0 der Antriebsstufe 71 für den Schrittmotor nur dann zugeführt, wenn das UND-Gatter 59 von der Ausgangsimpulssteuerung 16 ein Freigabesignal über die Leitung 72 erhält. Die Teilerstufen 59 und 67 stellen eine Quelle für Antriebsimpulse für die Antriebsstufe 71 für den Schrittmotor dar, wobei die gewählte Schrittfolgefrequenz 360 Hertz beträgt. Diese Anordnung macht eine getrennte Quelle für Antriebsimpulse für den Schrittmotor unnötig.

Der über die Leitung 72 dem UND-Gatter 69 als Eingangssignal zugeführte Ausgangssteuerungsimpulse wird ferner über Leitung 73 einer Antriebsstufe 74 für die Quetschklemme ,zugeführt, wenn das System in der Betriebsart »Steuervorrichtung« verwendet wird. Bei Verwendung der Steuervorrichtung ist der Ausgangssteuerimpuls der die Ausgangssteuervorrichtung betreibende Impuls, während im Falle einer Pumpe mit einem Schrittmotor der Ausgangs'mpuls nur die Dauer einer Impulsgruppe steuert oder diese in der Quelle für die Antriebsimpulse des Schrittmotors auslöst.

Wie in F i g. 4b dargestellt, umfaßt das digitale Speichersystem zwei Zähler, nämlich das Abtaststeuerregister 83 und das Impulsbreitenregister 85. Eine Dekodierstufe 84 ist dem Abtaststeuerregister 83, eine andere

Dekodierstufe 86 dem Impulsbreitenregister 85 zugeordnet. Das AbtaLtsteuerregister 83 wird über ein UND-Gatter 87, und das Impulsbreitenregister35 über ein UND-Gatter 88 eingangsseitig gesteuert. Die Gatter 87 und 88 lassen die CLK-Signale zu den richtigen Zeiten in die jeweiligen Register. Wie bereits in der vorhergehenden Beschreibung des den Arbeitszyklus steuernden Systems erwähnt wurde, kann das CLK-S\gna\ entweder die volle Taktfrequenz von 71,68 kHz oder 1/10 dieser Frequenz, d.h. 7,168 kHz aufweisen. Das Signal mit der höheren Taktfrequenz wird immer verwendet, wenn dem Arbeitszyklus Begrenzungen auferlegt werden.

Die Zählkapazität jedes der Register 83 und 85 beträgt 2¹⁰ oder 1024. Im digitalen Speicher führen das Abtaststeuerregister 83 und das Impulsbreitenregister 85 einen Zählzyklus durch, der jedesmal beginnt, wenn ein DÄZ-Impuls an der Leitung 46 von der Dekodierstufe 45 erzeugt wird. Jeder Zählzyklus muß vor der Erzeugung des nächsten DjRZ-Impulses abgeschlossen sein.

Das Steuerregister 83 bestimmt die Länge jedes Zählzyklus für sich und für das Impulsbreitenregister 85, wobei beim Einlaufen eines DftZ-Impulses der Zählzyklus vom Zählerstand »0« aus beginnt. Der Zählzyklus wird abgeschlossen, wenn der Zählerstand 1024 erreicht worden ist (Rücksetzen auf den Zählerstand »0«). Das Steuerregister 83 bleibt dann im Zustand »0«, bis der nächste £>/?Z-Impuls am Ausgang der Dekodierstufe 45 auftritt.

Normalerweise wird das Impulsbreitenregister 85 so betrieben, daß es in jedem Zählzyklus um zwei Zählungen hinter dem Steuerregister 83 herhinkt. Dadurch wird die Impulsbreite der von Register 85 eingestellten g Ausgangsimpulse erhöht, was durch die Differenz zwischen dem Zählerstand des Registers 85 und seines Überlaufzustands »1024« (»0«) gemessen wird. gj

Bei jedem Nachweis eines Tropfens wird der Zählerstand des fmpulsbreitenregisters 85 um 21 Zählungen gegenüber dem Steuerregister 83 erhöht, um damit die tatsächliche Ausgangsimpulsbreite zu verringern, was gemessen wird durch den Zählerstand des Registers 85. Damit erhält man das gewünschte Verhältnis von 21/2 oder 10 1/2 von der Ausgangsimpulsfrequenz zur Austropffrequenz. Die Impulsbreite wird dabei in einer geschlossenen digitalen Schleife eingeregelt, um das gewünschte Verhältnis 10 1/2 zu erhalten, das der Vorrichtung von der Frequenz der DRZ Impulse auferlegt wird, die ihrerseits von dem Untersystem 18 erzeugt werden.

Der Zählerstand des Registers 85 wird gegenüber dem Zählerstand des Steuerregisters 83 in jedem Zählzyklus verringert, indem CLK-lmpulse vom Register 85 während der ersten zwei vom Steuerregister 83 in jedem Zählzyklus aufgenommenen Zählungen ferngehalten werden. Die Erhöhung des Impulsbreitenregisters 85 gegenüber dem Steuerregister 83 bei jedem Tropfennachweis wird erzielt durch Fernhalten von CL K-Impulsen S|

vom Steuerregister 83, wenn das Impulsbreitenregister 85 den Zustand »0« nach dem Tropfen erreicht, und durch Wiederaufnahme der Zählungen durch das Steuerregister 83 nur, nachdem das Impulsbreitenregister den Zählerstand »21« erreicht hat. Die Impulsbreite wird dadurch verringert und erhöht, daß die Zählerstände in bezug aufeinander verändert werden oder daß die Phase zwischen dem Abtaststeuerregister 83 und dem Impulsbreitenregister 85 im digitalen Speicher verändert wird.

Wie vorher für die Einschaltphase des Betriebs erwähnt, die als die Zeit bis zur Ermittlung der ersten zwei Tropfen nach dem Anschalten des Systems oder nach der Beendigung eines Alarmzustands definiert ist, werden die Steuerverhältnisse vom Steuerregister 83 und vom Impulsbreitenregister 85 so verändert, daß die Impulsbreite um 9 Zählungen in jedem Zählzyklus erhöht wird, statt die Impulsbreite um nur 2 Zählungen zu erhöhen, damit die Vorrichtung schneller in die Betriebsar· mit normaler Impulsbreite kommt.

Die Größe, d. h. die Zählkapazität der Register 83 und 85 und die Anzahl der Zählungen, um die die Impulsbreite erhöht bzw. verringert wird, hängen von der gewünschten Auslösung des Gesamtsystems und der gewünschten Rückkopplungsschleifenverstärkung ab. Es wurde empirisch für die speziell verwendete Ausgangssteuervorrichtung und den gewünschten Grad von Stabilität festgestellt, daß im Falle einer Vorrichtung, die im Pumpbetrieb eine Tropfenfrequenz von 99 Tropfen pro Minute erzeugen soll, eine volle Zählkapazität von 50 Tropfen der Register und eine Rückkopplungsschleifenverstärkung von etwa 2% wünschenswert sind.

Für einen vollen Bereich von 50 Tropfen und eine Zunahme von 21 Zählungen für jeden nachgewiesenen Tropfen ist eine Zählkapazität von 1024 optimal für das Register. Dieser Wert ist außerdem zweckmäßig, da eine maximale Zunahme von 21 Zählungen pro nachgewiesenen Tropfen ungefähr 2% der Zählkapazität ausmacht, so daß die Anforderungen in bezug auf die Rückkopplungsschleifenverstärkung erfüllt werden. Eine zu hohe |

Rückkopplungsschleifenverstärkung, d. h. eine zu hohe in der Vorrichtung erzeugte prozentuale Änderung bei 50 sj

jedem nachgewiesenen Tropfen würde bewirken, daß die Vorrichtung zu rasch reagiert und es wurden sich eventuell Überschwingen und Oszillationen ergeben. Die niedrigere Rückkopplungsschleifenverstärkung stellt eine bessere Annäherung an die proportionale Servosteuerung dar und ist auch zuverlässiger als starke Ein-Aus-Schwingungsvorgänge in der Vorrichtung, die bei sehr hoher Rückkopplungsschleifenverstärkung aufzutreten pflegen.

Eine Zählkapazität von 1024 der Register 83 und 85 verträgt sich auch mit der maximalen Impulsbreite, die !

verlangt wird. Die Ausgangssteuervorrichtung braucht möglicherweise eine maximale Impulsbreite von etwa '

140 Millisekunden, und die Register 83 und 85 müssen deshalb einen vollständigen Zählzyklus von »0« bis »1024« in mindestens 140 Millisekunden bei der Zählgeschwindigkeit des CL/C-Signals durchführen können. Wenn die normale CL/f-Frequenz (keine Begrenzung des Arbeitszyklus) von 7,168 kHz verwendet wird, ist die maximale Impulsbreite Pm. die mit der Zählkapazität 1024 erzeugt werden kann:

Pm = = 0,1428 Sekunden = 142,8 Millisekunden.

Eine derartige maximale Impulsbreite wird nur bei sehr niedrigen Tropfengeschwindigkeiten benötigt.

Bei der höchsten Tropfengeschwindigkeit von 99 Tropfen pro Minute in der Vorrichtung ist das Zeitintervall zwischen DßZ-ImDulsen bedeutend kurzer als die Maximallänge des Zählzyklus von 143 Millisekunden. Bei

einer gewählten Tropfenrate von 99 Tropfen pro Minute beträgt die Länge Pp des Intervalls zwischen DRZ-Xmpütsen:

Pp = — 6Or₁SeC] _{= 0 058} Sekunden = 58 Millisekunden

^p 99 [l/mm] χ 1Op[I]

Bei derartig hohen Austropffrequenzen schaltet jedoch das Untersystem zur Begrenzung des Arbeitszyklus das CLK-SignaX von 7,168 kHz auf die maximale Taktfrequenz von 71,68 kHz (bei 40% des Zeitintervalls zwischen DÄZ-lmpulsen im Falle der Betriebsweise mit einer Steuervorrichtung, und bei 75% des Zeitintervalls

zwischen Z?/?Z-Impu!sen im Falle der Betriebsart mit Pumpen). Der Zählzyklus kann deshalb sehr schnell abgeschlossen werden, wodurch der Ausgangsimpuls vorzeitig beendet wird und auf dem vorgegebenen Arbeitszyklus beschränkt bleibt Dadurch wird notwendigerweise der Zählzyklus soweit verkürzt, daß er vor dem Auftreten des nächsten £>ÄZ-Impulses mit Sicherheit abgeschlossen wird.

Dieser Betrieb des digitalen Speichers 21 und des den Arbeitszyklus begrenzenden Systems 23 ist in F i g. 5a—

5h dargestellt. F i g. 5a zeigt das reguläre Auftreten von DÄZ-Impulsen, die jeden Zählzyklus des Speichers einleiten. F i g. 5b zeigt die Veränderungen der CL/C-Frequenz im Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden DÄZ-lmpulsen und die Veränderung der Frequenz von 7,168 kHz auf die 10 ml größere volle Taktfrequenz von 71,68 kHz, nachdem 40% des Arbeitszyklus durchlaufen worden sind.

F i g. 5c, 5d und 5e erläutern die Zustände des Steuerregisters 83 und des Impulsbreitenregisters 85 und die

Form der in Leitung 72 auftretenden Ausgangsimpulse, wenn der normale Betrieb so ist, daß der Arbeitszyklus nicht die Ausgangsimpulsbreite beeinflußt, d.h. wenn schmale Ausgangsimpulse verlangt werden. Fig.5f, 5g und 5h dienen zur Erläuterung der verschiedenen Zustände des Steuerregisters 83 und des Impulsbreitenregisters 85 und der Form der an der Leitung 72 auftretenden Ausgangsimpulse, wenn der Arbeitszyklus der Breite der Ausgangsimpulse Begrenzungen auferlegt.

Aus F i g. 5c und 5d folgt, daß das Steuerregister 83 den Zählzyklus vom Zustand »0« anfängt, wobei das Impulsbreitenregister 85 am Anfang den Zählerstand »924« aufweist, der einer verhältnismäßig schmalen Impulsbreite entspricht. Ehe der Arbeitszyklus abgebrochen wird, zählt das Impulsbreitenregister 85 zum Zustand »0« durch. Anschließend wird das Impulsbreitenregister 85 fortgeschaltet, bis der Endzustand »922« erreicht wird, d. h. zwei Zählungen weniger als der Anfangszustand. Der Endzustand wird erreicht, wenn das Steuerregister 83 durch den Zustand »0« geht. Die Zählzyklen des Speichers werden viel rascher durchgeführt, da das CLK-Signal nach der Begrenzung des Arbeitszyklus eine höhere Frequenz hat, als ohne Begrenzung des Arbeitszyklus. Dies ist durch die angenommenen Zählerstände angegeben, die in Fig.5c und 5d in Klammern eingetragen sind.

Wie aus F i g. 5e ersichtlich, hängt die Breite des an der Leitung 72 auftretenden Ausgangsimpulses vom Impulsbreitenregister 85 ab, das vom Zustand »924« zum Zustand »0« zählt und eine verhältnismäßig enge Impulsbreite festlegt.

Aus F i g. 5f, 5g und 5h ist ersichtlich, daß das Steuerregister 85 wieder vom Zustand »0« zu zählen beginnt, wobei der zweite Zustand »0<< die beschleunigte Durchführung des Zählzyklus darstellt. Der dritte Zustand »0« bezeichnet den Anfangspunkt für den nächsten Zählzyklus, der vom nächsten DRZ- Impuls ausgelöst wird. Die in Klammern angegebene Stellung »0« entspricht der gleichen Stellung in Fig. 5c, die angibt, wie lange die Durchführung des Zählzyklus dauern würde, falls infolge der Begrenzung des Arbeitszyklus keine Umschaltung auf eine höhere CLK- Frequenz stattgefunden hätte.

F i g. 5g zeigt den Zählerstand des mit dem verhältnismäßig niedrigen Zählerstand »124« beginnenden Impulsbreitenregisters 85. Dieser Zählerstand würde ohne Einschränkung des Arbeitszyklus einen sehr breiten Ausgangsimpuls an der Leitung 72 ergeben. Der erste Zustand »122«, der für das Impulsbreitenregister 85 angegeben ist, stellt den Zustand am Ende des beschleunigt durchgeführten Zählzyklus dar. Das Impulsbreitenregister 85 bleibt im Zustand »122«, bis der nächste D/?Z-Impuls auftritt. Die in Klammern angegebenen Zustände geben an, welche Zählerstände das Impulsbreitenregister erreicht hätte, falls genügend Zeit zum Zählen ohne Begrenzung des Arbeitszyklus zur Verfügung gestanden hätte. Die in Klammern in F i g. 5c, 5d, 5f und 5g angegebenen Zahlen beziehen sich auf Fälle, in denen angenommen wird, daß die DRZ-Impulsfrequenz so niedrig war (viel niedriger als die in F i g. 5a dargestellte Frequenz), daß der Zählzyklus vor dem Auftreten einer Begrenzung des Arbeitszyklus abgeschlossen werden konnte, d. h. es stand genügend Zeit zur Verfügung, um den Zählzyklus mit der normalen CZ./C-Frequenz von 1/10 der maximalen Taktfrequenz zu beenden.

Aus F i g. 5h ist ersichtlich, daß der an der Leitung 72 auftretende Ausgangsimpuls durch die Begrenzung des Arbeitszyklus beendet wird, obwohl der Speicher fortfährt das Steuerregister 83 und das Impulsbreitenregister 85 weiter zu fakten, so daß diese weiter zählen. Der Ausgangsimpuls wird beendet durch die Begrenzung des Arbeitszyklus und nicht durch den Zustand »0« des Impulsbreitenregisters 85. Die punktierte Kurve in F i g. 5h zeigt an, welche Breite die an der Leitung 72 auftretenden Ausgangsimpulse haben würden, falls keine Begrenzung des Arbeitszyklus stattfinden würde.

Die obigen Ausführungen erleichtern das Verständnis der folgenden detaillierten Beschreibung der digitalen Logikschaltungen der Vorrichtung.

Wenn das Abtaststeuerregister 83 den Zählerstand »1024« in einem Zählzyklus erreicht, d. h. wenn es seinen Zustand »0« erreicht, liefert der Nullausgang von der Dekodierstufe 84 ein hochpegeliges Ausgangssignal an der Leitung 90, das durch eine Inverterstufc91 invcrlicri wird und das UND-Gatter 92 sperrt. Das an der Leitung 93

ns auftretende Ausgangssignal des UND-Gatters 92 ist niedcrpcgclig, wodurch sich ein niederpegeliges Ausgangssignal vom ÜDER-Gatter 94 an der Leitung 95 ergibt und das UND-Gatter 87 des Steuerregisters 83 sperrt. Dadurch wird verhindert, daß das CL/C-Signal das Steuerregister 83 zum Weiterzählen veranlaßt, und der Zühlzyklus wird im Zustand »0« des Steuerregisters abgebrochen.

Das DRZ-Signal ist das andere über die Leitung 96 dem anderen Eingang des ODER-Gatters 94 zugeführte Signal. Das DRZ-Slgna) geht durch Gatter 94 und schaltet das UND-Gatter 87 durch, um CL/C-Signale an das Steuerregister 83 durchzulassen, wodurch ein neuer Zählzyklus begonnen wird. Das DßZ-Signa! macht damit die Sperrwirkung des Zustands »0« des Steuerregisters 83 am Beginn jedes neuen Zählzyklus unwirksam.

Nachdem der erste Zählimpuis (DRZ und CLK) vom Steuerregister 83 empfangen worden ist, wird die ;> Ausgangsleitung 90 der Dekodierstufe 84 niederpegelig, wodurch der Ausgang der lnverterstufe 91 hochpegelig wird und damit Gatter 92 durchschaltet. Das andere über die Leitung 97 dem UND-Gatter zugeführte Eingangssignal ist normalerweise hochpegelig, so daß das über die Leitung 93 laufende Ausgangssignal des UND-Gatters 92 durch ODER-Gatter 94 geht, und das UND-Gatter 87 für den weiteren Durchlaß von CZJC-Impulsen offen hält Diese CLK-Impulse gelangen ins Steuerregister 83, wobei der DRZ-lmpuh nicht mehr auftritt Der DRZ-lmpu\s leitet nur den Zählzyklus ein, der dann bis zu seiner Beendigung abläuft.

Das als Eingangsstufe dem Impulsbreitenregister 85 vorgeschaltete UND-Gatter 88 wird ebenfalls durch den Zustand »0« des Steuerregisters 83 gesperrt, da es die gleichen invertierten Ausgangssignale empfängt wie das Gatter 92. Das Impulsbreitenregister 85 beginnt deshalb noch nicht zu zählen, wenn der DRZ-lmpuh das Steuerregister 83 zum Zählen vom Zustand »0« zum Zustand »1« veranlaßt.

Das Q-Ausgangssignal der Flip-Flop-Stufe 98 ist ein weiteres über die Leitung 99 zugeführtes Eingangssignal des UND-Gatters 88 des Impulsbreitenregisters. Die Flip-Flop-Stufe 98 muß deshalb im niederpegeligen Zustand sein (Q würde dann hochpegelig sein), um das UND-Gatter 88 nach der Einleitung des Zählzyklus frei zu geben. Der /-Eingang der Flip-Flop-Stufe 98 wird vom gleichen DÄZ-Impuls gesetzt, der das Steuerregister 83 freigibt, so daß es von »0« zu »1« zählt. Beim nächsten CZJiMmpuls, bei dem das Steuerregister 83 von »0« zu »1« gezählt hat, wird die Flip-Flop-Stufe 98 auf den hochpegeligen Zustand umgeschaltet, wodurch das über die Leitung 99 an das UND-Gatter 88 gelangende (?-Ausgangssignal niederpegelig wird. Das Eingangsgatter 88 für das Impulsbreitenregister 85 bleibt jedoch gesperrt, obwohl das über die Leitung 100 von der lnverterstufe 91 an das Gatter 88 gelangende Eingangssignal jetzt hochpegelig ist. Das Steuerregister 83 hat deshalb zum Zustand »2« weitergezählt, ohne daß hierbei Impulse an das Impulsbreitenregister 85 während des Zählzyklus weitergeleitet wurden.

Es folgt daraus, daß das Impulsbreitenregister 85 nicht weiterzählt, bis die Flip-Flop-Stufe 98 derart umgeschaltet ist, daß ihr (^-Ausgang hochpegelig ist. Dazu muß der /C-Eingang der Flip-Flop-Stufe 98 gesetzt werden. Der /C-Eingang der Flip-Flop-Stufe 98 hängt von drei Gattern ab, einem ODER-Gatter 102 und zwei UND-Gattern 105, 106, deren Ausgangssignale über Leitungen 107 bzw. 108 den Eingängen des ODER-Gatters 102 zugeführt werden.

Über die Leitung 109 erhält das UND-Gatter 106 als Eingangssignal den Zustand »1« des Steuerregisters 83, das von der Dekodierstufe 84 dekodiert wurde. Als zweites Eingangssignal wird über die Leitung 110 dem UND-Gatter 106 der Q-Ausgang der Flip-Flop-Stufe 114 zugeführt, die als einschaltende Flip-Flop-Stufe wirkt und anzeigt, ob das System im Einschaltbetrieb arbeitet. Das andere UND-Gatter 105 erhält über die Leitung

111 den Zustand »8« des Steuerregisters 83 von der Dekodierstufe 84 als Eingangssignal und über die Leitung

112 den Q-Ausgang der einschaltenden Flip-Flop-Stufe 114 als zweites Eingangssignal.

Wenn die Vorrichtung sich im Zustand des Anlaßbetriebs befindet, ist die Flip-Flop-Stufe 114 hocbpegelig (der (^-Ausgang ist hochpegelig), während die F!ip-Flop-Stufe 114 niederpegelig ist (der (^-Ausgang ist dann hochpegelig), wenn die Vorrichtung die Einschaltphase verlassen hat, d. h. während des größten Teils des normalen Betriebs.

Wenn für diese Überlegungen angenommen wird, daß die Einschaltphase vorüber ist. so ist der Q-Ausgang der einschaltenden Flip-Flop-Stufe 114 hochpegelig. Wenn deshalb das Steuerregister 83 zum Zustand »1« durchgezählt hat, wird das UND-Gatter 106 freigegeben und sein hochpegeliges Ausgamgss-gnal wird von dem ODER-Gatter 102 durchgelassen, um den K-Eingang der Flip-Flop-Stufe 98 einzustellen. Beim nächsten CLK-Impuls wird das Steuerregister 83 vom Zustand »1« zum Zustand »2« weitergezählt, das Impulsbreitenregister 85 bleibt unverändert und die Flip-Flop-Stufe 98 wird zurückgestellt, so daß ihr ^-Ausgang hochpegelig ist, ehe der nächste CZJv-Impuls eintrifft.

Zu diesem Zeitpunkt sind beide über die Leitungen 99 und 100 dem Eingangsgatter 88 des Impulsbreitenregisters zugeführten Eingangsimpulse hochpegelig, so daß der nächste CLKAmpuk zum Steuerregister 83 als auch zum Impulsbreitenregister 85 durchgelassen wird. Das Impulsbreitenregister 85 empfängt deshalb seinen ersten Zählimpuls, wenn das Steuerregister 83 zum Zustand »3« weitergezählt worden ist, was zur Folge hat, daß das Impulsbreitenregister in seinem Zählerstand um zwei Zählungen gegenüber dem Zählerstand des Steuerregisters verringert worden ist. Die UND-Gatter 87 und 88 bleiben für den Rest des Zählzyklus weiter für zusätzliche CLK-Zählimpulse geöffnet, solange keine Tropfen nachgewiesen werden, bis das Steuerregister 83 wieder zu seinem Zustand »0« durchgezählt hat. Zu diesem Zeitpunkt werden die beiden Gatter 87, 88 dur:h das Ausgangssignal »0« der Dekodierstufe 84 gesperrt. Dieses Ausgangssignal wird von der lnverterstufe 91 in der vorher beschriebenen Weise invertiert. In jedem Zählzyklus wird deshalb das Impulsbreitenregister um zwei Zählungen zurückgestellt, um die Breite der von der Vorrichtung erzeugten Ausgangsimpulse zu erhöhen.

Wie vorher erwähnt, soll beim Nachweis eines Tropfens der Zustand des Impulsbreitenregisters um 21 Zählungen gegenüber dem Zustand des Steuerregisters 83 erhöht werden, so daß die Breite der vom System abgegebenen Ausgangsimpulse verringert wird. Die Impulsbreite nimmt in Stufen, die jeweils zwei Zählungen entsprechen, zu, wie dies vorher unter Bezugnahme auf F i g. 3 erläutert wurde.

Die Hinzufügung von 21 Impulsen zum Inhalt des Impulsbreitenregisters 85 während eines Zählzyklus bewirkt eine Verringerung der Impulszahl um zwei während des gleichen Zählzyklus, wie dies oben beschrieben wurde. Im Vergleich zum Zählerstand des Steuerregisters 83 wird der Zählerstand des Impulsbreitenregisters 85 nach dem Nachweis eines Tropfens um 19 Impulse erhöht.

Wenn ein tatsächlich auftretender Tropfen vom Tropfendetektor 115 des Tropfdetektors festgestellt worden

ist, tritt an der Leitung 122 ein Impuls auf, eier an Jen Eingang »5« (Setzeingang) der Flip-Flop-Stufe 118 zum Tropfennachweis gelangt. Der sich aus dem Tropfennachweis ergebende Impuls verstellt die Flip-Flop-Stufe 118 ohne Synchronisierung, d. h. unabhängig von einem CLAMmpuls, wie dies bei Flip-Flop-Stufen mit Verstellung

und Rückstellung üblich ist. Beim Nachweis eines Tropfens wird die Flip-Flop-Stufe 118 sofort in den Zustand »Λ« umgeschaltet, wodurch der Q-Ausgang an der Leitung 123 hochpegelig wird, der ein Eingangssignal des UND-Gatters 120 darstellt. Das UND-Gatter 120 erhält über die Leitung 124 als anderes Eingangssignal das höherwertige Ausgangssignal des Flip-Flops des iinpulsbreitenregisters 85, das durch die Ausgangsleitung »512—1023« der Dekodierstufe 86 des Impulsbreitenregisters angedeutet ist.

Es wird nun angenommen, daß das Impulsbreitenregister 85 einen hohen Zählerstand aufweist. Dies ergibt an

der Leitung 124 ein hochpegeliges Ausgangssignal und der Ausgang des UND-Gatters 120 ist hochpegelig und setzt den /-Eingang der Flip-Flop-Stufe 119. Beim nächsten CLK-lmpu\s wird die Flip-Flop-Stufe 119 so verstellt, daß ihr (^-Ausgang hochpegelig ist. Der hochpegelige Zustand der Flip-Flop-Stufe 119 wird über die Leitung 125 dem K-Eingang der Flip-Flop-Stufe 118 zum Tropfennachweis zugeführt, so daß beim nächsten CLK-lmpu\s diese Flip-Flop-Stufe zurückgestellt und das Gatter 120 gesperrt wird.

Die Flip-Flop-Stufe 119 wird deshalb stets auf den hochpegeligen Zustand gestellt, nachdem die Flip-Flop-Stufe 118 auf den hochpegeligen Zustand gestein worden ist und das impuisbreitenregisier 85 auf den Zählerstand durchgezählt worden ist, in dem die zugeordnete höherwertige Flip-Flop-Stufe den hochpegeligen Zustand (512-1023) aufweist. Wenn der (^-Ausgang der Flip-Flop-Stufe 119 hochpegelig ist, ist der Q-Ausgang dieser Flip-Flop-Stufe an der Leitung 127 niederpegelig, wodurch einer der Eingänge des ODER-Gatters 121

gesperrt wird. Beim anderen Eingangssignal des ODER-Gatters 121 handelt es sich um den höherwertigen Zustand des impulsbreitenregisters 85, der als Signal von der Dekodierstufe 86 über Leitung 125 zugeführt wird. Wenn die Leitung 125 hochpegelige Signale führt, wird der Ausgang des ODER-Gatters 121 hochpegelig und die über die Leitung 97 dem UND-Gatter 92 zugeführten Eingangssignale geben das Gatter 92 weiterhin frei und ermöglichen, daß das Steuerregister S3 Zählungen ?n Zeiten vornimmt, zu denen das Steuerregister nicht im Zustand »0« ist.

Wenn andererseits Flip-Flop-Stufe 119 hochpegelig ist und das Impuisbreitenregister 83 nicht im höherwertigen Zählzustand ist, d.h. wenn das Impuisbreitenregister 83 gerade vom Zustand »1023« zum Zustand »0« übergangen ist, ist das an der Leitung 124 auftretende Ausgangssignal niederpegelig und der an der Leitung 127 auftretende Q-Ausgang ist auch niederpegelig. Dadurch wird das Gatter 92 gesperrt, so daß die weitere Zählung des Steuerregisters 83 angehalten wird. Nach dem Nachweis eines Tropfens wird das Steuerregister 83 gesperrt, wenn das Impuisbreitenregister 85 auf »0« zählt.

Sobald das Steuerregister 83 auf diese Weise gesperrt worden ist, kann es seine Zählungen erst wieder aufnehmen, entweder wenn das Impuisbreitenregister 85 zum höherwertigen Bereich (512—1023) zählt, oder wenn die Flip-Flop-Stufe 119 auf den niederwertigen Zustand geschaltet wird, so daß das Q-Ausgangssignal

dieser Stufe an der Leitung 127 hochpegelig ist. Der /C-Eingang der Flip-Flop-Stufe 119 wird vom Ausgangssignal »20« der Dekodierstufe 86 des Impulsbreitenregisters über die Leitung 129 eingestellt. Wenn das Impuisbreitenregister 85 zum Zustand »20« durchgezählt worden ist, wird der /C-Eingang der Flip-Flop-Stufe 119 geschaltet, und beim nächsten CLK-\mpu\s zählt das Impuisbreitenregister zum Stand »21«, während die Flip-Flop-Stufe 119 zurückgestellt wird, so daß ihr Q-Ausgangssignal an der Leitung 127 hochpegelig wird. Beim

nächsten CLK-Impuls, der das Impuisbreitenregister 85 zum Zustand »22« durchschaltet, wird das Steuerregister 83 wieder von einem hochpegeligen Ausgangssignal des ODER-Gatters 121 freigeben, empfängt den CLK-Puk. der an dem anderen Eingang des ODER-Gatters 121 anliegt, und zählt diesen. Es ergibt sich damit eine Unterdrückung von 21 Zählungen im Steuerregister 83 gegenüber dem Impuisbreitenregister 85. Dies entspricht einer Erhöhung des Zählerstands im Impuisbreitenregister gegenüber dem Steuerregister um 21

Zählungen. Zu diesem Zeitpunkt zählen beide Register 83 und 85 weiter, bis das Steuerregister 83 wieder zum Zustand »0« kommt, woraufhin beide Register zu zählen aufhören. Beim Eintreffen des nächsten D&Z-Impulses beginnt das Steuerregister 83 wieder zu zählen, und das Impuisbreitenregister 85 nimmt ebenfalls seine Zählungen in der vorher beschriebenen Weise zwei Zählungen später auf. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf einige typische Fälle, nachdem die gegenseitige Verschiebung des Abtaststeuerregisters 83 und des Impulsbrei-

tenregisters 85 und die Einleitung des Zählzyklus durch den DRZAmpuk und den Tropfennachweis beschrieben worden sind. In den zur Erläuterung betrachteten Fällen wurde ein Tropfen zwischen Zählzyklen nachgewiesen, d. h. nachdem beide Register 83 und 85 zur Ruhe gekommen sind und einen UÄZ-impuis zur Einleitung des nächsten Zählzykius erwarten. Die Betrachtungen beziehen sich auch auf Fälle, die durch verschiedene Anfangszustände des Impulsbreitenregisters 85 gekennzeichnet sind. Außerdem werden noch verschiedene relative

Zustände des Steuerregisters 83 und des Impulsbreitenregisters 85 betrachtet, wobei angenommen wird, daß ein

Tropfen nachgewiesen wird, während gerade ein Zählzyklus abläuft Fig.6a—6c beziehen sich auf Fälle, in *<

denen ein Tropfen zwischen Zählzyklen nachgewiesen wird-, F i g. 6d—6g beziehen sich auf Fälle, in denen ein -a

Tropfen während eines Zählzyklus nachgewiesen wird. f

F i g. 6a zeigt eine Tabelle von relativen Zuständen des Steuerregisters 83 und des Impulsbreitenregisters 85 ^

und zeigt außerdem die Zustände der Flip-Flop-Stufen 118 und 119, wenn das Steuerregister den Zählerstand £ »0« und das Impuisbreitenregister 85 den Zählerstand »18« im vorhergehenden Zählzyklus erreicht haben. ; Danach wurde ein Tropfen nachgewiesen, der sofort die Flip-Flop-Stufe 118 auf den hochpegeligen Zustand schaltete. Schließlich trat ein DÄZ-lmpuls auf, der den Zählzyklus auslöste. Die in der ersten Zeile der Tabelle U angegebenen Zustände sind damit die Anfangszustände am Beginn des nächsten Zählzyklus nach dem Auftreten t·

des Tropfens. jj

Das Impuisbreitenregister 85 wird zwei Impulse lang beim Zählen des Steuerregisters 83 gesperrt, so daß das γ-

Register 85 von »18« auf »19« weitergezählt wird, erst wenn das Steuerregister von »2« auf »3« zählt. Der l··

Zustand der Flip-Flop-Stufe 119. der normalerweise niederpegelig ist, bleibt niederpegelig, da ein niederpegeii- |.

12 i

ges Ausgangssignal an der Leitung 124 vom höherwertigen Ausgang »512—1023« des Impulsbreitenregisters bzw. der ihm zugeordneten Dekodierstufe 86 auftritt. Dadurch wird der vom Gatter 120 beschickte Eingang der Flip-Flop-Stufe 119 gesperrt.

Die Flip-Flop-Stufen 118 und 119 bleiben unverändert, während die Register 83 und 85 weiterzählen, bis das Impulsbreitenregister 83 den Zählerstand »512« erreicht hat. Bei diesem Zählerstand des Impulsbreitenregisters 85 wird das an der Leitung 124 auftretende Signal hochpegelig, wodurch des Gatter 120 freigegeben wird und der /-Eingang der Flip-Flop-Stufe 119 so gesetzt wird, daß die Flip-Flop-Stufe 119 beim nächsten CZ-K-Impuls, der das Impulsbreitenregister 85 auf »513« weiterschaltet, auf den hochpegeligen Zustand geschaltet wird. Dadurch wird das an der Leitung 127 auftretende O-Ausgangssignal der Flip-Flop-Stufe 119 gesperrt und von dem von der Dekodierstufe 86 über die Leitung 124 gelieferten hochpegeligen Ausgangssignal ersetzt, so daß das Steuerregister 83 weiterzählen kann. Beim nächsten CZJC-Impuls, der das Impulsbreitenregister 85 in den Zustand »514« überführt, wird die Flip-Flop-Stufe 118 zum Tropfennachweis zurückgestellt, nachdem ihr X-Eingang vorher vom an der Leitung 125 auftretenden Q-Ausgangssignal der Flip-Flop-Stufe 119 durchgeschaltet wurde.

Die Register 83 und 85 zählen dann kontinuierlich weiter, bis das Impulsbreitenregister 85 den Zustand »0« erreicht, woraufhin die Ausgangsleitung 124 (»51?·-1023«) der Dekodierstufe 86 niederpegeüg wird. Ua dann der (^-Ausgang der Flip-Flop-Stufe 119 an der Leitung 127 auch niederpegelig ist (Flip-Flop-Stufe 119 wurde vorher in den hochpegeligen Zustand geschaltet), sind die beiden am ODER-Gatter 121 auftretenden Eingangssignale niederpegelig, und das Steuerregister 83 wird damit beim Zählerstand »1008« gesperrt.

Wenn das Impulsbreitenregister 85 in den Zustand »20« durchgezählt worden ist, wird der /C-Eingang der Flip-Flop-Stufe 119 geschaltet, und wenn das Register 85 auf »21« durchgezählt hat, stellt der CLK-lmpuk die Flip-Flop-Stufe 119 zurück, so daß die an der Leitung 127 auftretenden Q-Ausgangssignale hochpegelig sind. Dadurch wird das Steuerregister 83 freigegeben, so daß der CL/C-lmpuls, der das Impulsbreitenregister 85 in dem Zustand »22« schaltet, auch an das Steuerregister 83 weitergeleitet wird und es auf »1009« schaltet. Beide Register zählen weiter, wobei die Flip-Flop-Stufe 118,119 den niederpegeligen Zustand aufweisen. Die Zählung geht fort, bis das Steuerregister 83 auf »0« zählt, woraufhin der Zählzyklus mit dem Zählerstand »37« im Impulsbreitenregister 85 endet. Da das Impulsbreitenregister 85 mit dem Zählerstand »18« zu zählen begann, ergibt sich eine relative Erhöhung um 19 Zählungen, worin die Erhöhung um 21 Zählungen auf Grund des Tropfennachweises und die Verringerung um zwei Zählungen, die in jedem Arbeitszyklus auftritt, enthalten sind.

Fig.6b zeigt die Situation, in der der Impulsbreitenregister 85 im Zustand »512« bei der Beendigung des vorhergehenden Zählzyklus und beim Beginn des dargestellten Zählzyklus war. Da die Flip-Flop-Stufe 118 sofort beim Nachweis "des Tropfens auf den hochpegeligen Zustand geschaltet wurde und da der Ausgang »512-1023« der Dekodierstufe 86 über die Leitung 124 ein niederpegeliges Ausgangssignal an das UND-Gatter ^

120 liefert, schaltet der nächste CLK-lmpuls die Flip-Flop-Stufe 119 in den hochpegeligen Zustand und der I

darauffolgenden CLK-lmpuh stellt die Flip-Flop-Stufe 118 zurück, ehe der den nächsten Zählzyklus einleitende 35 |

DflZ-Impuls auftritt. Beim Beginn des Zählzyklus ist das Steuerregister 83 im Zustand »0«. das Impulsbreitenregister 85 im Zustand »512«, die Flip-Flop-Stufe 119 im hochpegeligen Zustand und die Flip-Flop-Stufe 118 im niederpegeligen Zustand.

Wenn schließlich das Impulsbreitenregister 85 auf »0« durchgezählt worden ist, wird der Ausgang des I

ODER-Gatters 121 wieder niederpegelig und sperrt damit das Steuerregister 83 (wie in dem in F i g. 6a darge- 40 |

stellten Fall), bis das Impulsbreitenregister den Zählerstand »20« aufweist. Beim Obergang des Impulsbreitenre- |

gjsters 85 vom Zählerstand »20« zum Zählerstand »21« wird die Flip-Flop-Stufe 119 zurückgestellt, wodurch ihr (^-Ausgang an der Leitung 127 hochpegelig wird, so daß das Steuerregister 83 frei gegeben wird. Beide Zähler zählen während des Restes des Zählzyklus weiter. Das Impulsbreitenregister 85 wird vom nächsten CLK-lmpuls in den Zustand »22« und das Steuerregister 83 in dem Zustand »515« weitergeschaltet. Beide Register zählen weiter, bis das Steuerregister 83 den Zählerstand »0« erreicht. Zu diesem Zeitpunkt ist der Zählerstand im Impulsbreitenregister 85 »531«, d. h. er übersteigt wieder um 19 Zählungen den anfänglichen Zählerstand von 512.

Fig.6c erläutert den Fall, in dem der Zustand »1023« vom Impulsbreitenregister 85 am Ende des letzten Zählzyklus und zu Beginn des gerade vor sich gehenden Zählzyklus erreicht worden ist. Aus den für den Fall der Fig.6b gültigen Gründen ist die Flip-Flop-Stufe 119 in den hochpegeligen und die Flip-Flop-Stufe 118 in den |

niederpegeligen Zustand geschaltet worden. Das Impulsbreitenregister 85 wird wieder zwei Zählungen lang B

gesperrt und dann findet der Oberlauf des Impulsbreitenregisters beim Erreichen des Zustands »3« des Steuerregisters 83 auf »0« statt, so daß das Steuerregister 21 Zählungen lang gesperrt bleibt.

Wenn das Impulsbreitenregister 85 auf »22« geschaltet wird, wird das Steuerregister 83 in den Zustand »4« überführt, nachdem es in der oben beschriebenen Weise freigegeben wurde. Die Zählungen gehen weiter, bis Steuerregister 83 auf »0« durchgezählt hat, wodurch der Zählzyklus beendet wird.

In Fig.6c ist zu erkennen, daß das Impulsbreitenregister 85 ein zweites Mal durch den Zählerstand »0« im Zählzyklus geht ohne daß hierbei das Steuerregister 83 gesperrt wird, da die Flip-Flop-Stufe 119 beim zweiten Oberlauf des Impulsbreitenregisters niederpegelig ist und deshalb ein hochpegeliges, an der Leitung 127 zum ODER-Gatter 121 auftretendes Q-Ausgangssignal das Steuerregister 83 geöffnet hält. Bei Beendigung des Zählzyklus beträgt der Zählerstand des Impulsbreitenregisters 85 »18«, was wiederum um 19 Zählungen größer ist als der Anfangszustand »1023«.

Fig. 6d erläutert den Fall, wenn ein Tropfen während eines Zählzyklus fällt, wobei das Steuerregister 83 im Zustand »1« und das Impulsbreitenregister 85 im Zustand »18« ist. Die Flip-Flop-Stufe 118 wird auf den hochpegeligen Zustand sofort nach dem Nachweis des Tropfens umgeschaltet, aber da das Signal an der Ausgangsleitung »512—1023« der Dekodierstufe 86 des Impulsbreitenregisters niederpegelig ist, muß die Flip-Flop-Stufe 119 im niederpegeligen Zustand bleiben, bis das Impulsbreitenregister 85 den Zählerstand 512

erreicht hat. Durch einen Vergleich wird ersichtlich, daß die in F i g. 6d erläuterte Situation im Prinzip die vorher unter Bezugnahme auf F i g. 6d dargestellte Situation nachbildet.

F i g. 6e dient zur Erläuterung des Falles, in dem ein Tropfen nachgewiesen wird, wenn das Steuerregister 83 im Zustand »1« ist und das Impulsbreitenregister 85 bereits den höherwertigen Zählerstand »512« erreicht hat.

Die Flip-Flop-Stufe 118 wird dann sofort beim Nachweis eines Tropfens auf den hochpegeligen Zustand geschaltet, und dieser Zustand wird sofort über die Leitung 123 dem UND-Gatter 120 mitgeteilt, damit der /-Eingang der Flip-Flop-Stufe 119 umgeschaltet wird. Beim nächsten CL/C-Impuls, der das Steuerregister S3 vom Zählerstand »1« auf den Zählerstand »2« bringt, wird die Flip-Flop-Stufe 119 auf den hochpegeligen Zustand umgeschaltet. Beim anschließenden nächsten CLK-Impuls wird die Flip-Flop-Stufe 118 zum Tropfennachweis zurückgestellt. Wieder wurde das Steuerregister 83 weitergeschaltet, während das Impulsbreitenregister 85 zwei Zählungen lang gesperrt blieb. Zu dem Zeitpunkt geht der Zählzyklus in der Weise weiter, die unter Bezugnahme auf F i g. 6b erläutert wurde.

Fi g. 6f dient zur Erläuterung des Falles, in dem ein Tropfen zu dem Zeitpunkt de< Zählzyklus nachgewiesen wird, zu dem das Steuerregister 83 einem höheren Zählerstand als den Zählerstand »500« aufweist, und das Impulsbreitenregister den Zählerstand »15« eingenommen hat. Wieder wird die Flip-Flop-Stufe 38 sofort auf den hochpegeligen Zustand umgeschaltet, während die Flip-Flop-Stufe US niederpcgcüg bleibt, bis das Impulsbreitenregister den Zählerstand »512« erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt wird die Flip-Flop-Stufe 39 auf den hochpegeligen Zustand umgeschaltet, nämlich wenn das Impulsbreitenregister auf »513« weiterzählt. Beim nächsten CLK-lmpuls stellt das hochpegelige Ausgangssignal der Flip-Flop-Stufe 39 die Flip-Flop-Stufe 118 in den niederpegeligen Zustand zurück.

Es geht dann die Zählung in beiden Registern weiter, bis das Steuerregister den Zählerstand »0« erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt hören beide Register zu zählen auf und das Eintreffen des nächsten D/?Z-Impulses zur Einleitung des nächsten Zählzyklus wird abgewartet. Es folgt aus den in F i g. 6f dargestellten Zählerzuständen, daß unter den angegebenen Bedingungen aas Impulsbreitenregister beim Tropfennachweis während des Zähl-

zyklus seinen Zählerstand nicht erhöht, in dem der Tropfen tatsächlich nachgewiesen wird. Vielmehr ist die Erhöhung des Zählerstands verzögert und findet erst im nächsten Zählzyklus statt. Der nächste DRZ-lmpv\< leitet den nächsten Zählzyklus ein, der dann das Impulsbreitenregister 85 zwei Zählungen lang gesperrt hält und es um 21 Zählungen in der vorher beschriebenen Weise (der in F i g. 6b dargestellte Fall) erhöht. In F i g. 6f ist zu beachten, daß das Impulsbreitenregister 85 beim Zählerstand »558« zu zählen aufhört, der um 19 Zählungen höher liegt als der Zustand »539« am Beginn des Zählzyklus.

F i g. 6g zeigt den Fall, in dem ein Tropfen beim verhältnismäßig hohen Zählerstand »600« des Steuerregisters 83 und beim verhältnismäßig niedrigen Zählerstand »15« des Impulsbreitenregisters 85 nachgewiesen wird. Der Hauptunterschied der in F i g. 6g und 6f dargestellten Fälle besteht darin, daß der Oberlauf des Steuerregisters 83 in den Zustand »0« stattfindet, ehe das Impulsbreitenregister 85 den hohen Zählerstand »512« erreicht.

InFi g. 6g wird der Zählzyklus, in dem der Tropfen nachgewiesen wurde, wieder beendet, ohne daß der Zählerstand des Impulsbreitenregisters 85 in irgendeiner Weise erhöht wird. Wie im Fall der F i g. 6f wird die Erhöhung des Zählerstandes um 21 Zählungen auf den nächsten Zählzyklus verschoben.

Der nächste Zählzyklus beginnt mit einem DÄZ-Impuls; dabei ist das Steuerregister 83 im Zustand »0«, und der Zählerstand des Impulsbreitenregisters ist »439«. Durch den Nachweis des Tropfens wurde die Flip-Flop-

Stufe 118 in den hochpegeligen Zustand geschaltet Die Flip-Flop-Stufe 119 bleibt aber im niederpegeligen Zustand, bis das Impulsbreitenregister 83 auf »512« durchgezählt hat. Das Impulsbreitenregister 83 wird wieder für zwei Zählungen beim Durchzählen des Registers 83 gesperrt Wenn der Oberlauf des Impulsbreitenregisters zum Zustand »0« stattfindet, wird das Steuerregister 21 Zählungen lang gesperrt gehalten, wie dies vorher unter Bezugnahme auf F i g. 6h beschrieben wurde. Der endgültige Zählerstand des Impulsbreitenregisters 85 ist »458«, wohingegen der anfängliche Zählerstand zu Beginn des letzten vollständigen Zählzyklus »439« war, was der gewünschten Gesamterhöhung von 19 Zählungen entspricht.

In der Betriebsweise »Steuervorrichtung« treffen Tropfen normalerweise in regelmäßigen Zeitabständen ein. In der Betriebsweise »Pumpe« können Gruppen von Tropfen eintreffen, da eine größere Flüssigkeitsmenge zwischen den Nocken der Pumpe eingeschlossen ist. Falls ein zweiter Tropfen auftritt ehe die einem vorherge-

henden Tropfen zugeordneten Vorgänge abgelaufen sind, wird der zweite Tropfen vom System nicht in Betracht gezogen. Wenn beispielsweise die Flip-Flop-Stufe 118 auf den hochpegeligen Zustand geschaltet wurde und die Fhp-Flop· Stufe ί 19 noch im niederpegeligen Zustand ist, hat der zweite Tropfen keinerlei Wirkung auf die Flip-Flop-Stufe 118 zum Tropfennachweis, da letztere Flip-Flop-Stufe bereits durchgeschaltet ist. Falls die Flip-Flop-Stufe zum Tropfennachweis niederpegelig ist und die Flip-Flop-Stufe 119 bereits im hochpegeligen

Zustand ist, wird die Flip-Flop-Stufe 118 zum Tropfennachweis sofort vom zweiten Tropfen durchgeschaltet. Sie wird jedoch auch beim nächsten CL/C-Impuls zum niederpegeligen Zustand zurückgestellt, da der hochpegelige Zustand der Flip-Flop-Stufe 119 dem /^-Eingang der Flip-Flop-Stufe zum Tropfennachweis mitgeteilt wurde.

Bei bestimmten elektromechanischen Ausgangssteuervorrichtungen, besonders bei solchen, die genau auf sehr kurze Impulse ansprechen können, kann die Vorrichtung normal mit sehr niedriger Leistung arbeiten, ohne

daß es dabei zum Alarm kommt Das Äquivalent der »negativen« Impulsbreite wird dazu im Impulsbreitenregister 85 eingespeichert. In der dargestellten Ausführungsform kann das System in der Betriebsweise »Pumpe« wie oben angegeben funktionieren. Der Betrieb mit »negativen« Impulsbreiten ist möglich, wenn bei sehr niedriger Leistung äußerst schmale Impulse erzeugt werden, so daß die Erhöhung des Zählerstands im Impulsbreitenregister 85 beim Tropfennachweis einen Überlauf des Impulsbreitenregisters und einen Neubeginn des

b5 Zählvorgangs zur Folge hat. Der Überlauf des Impulsbreitenregisters entspricht einem Übergang von einem sehr engen Ausgangsimpuls (hoher Zählerstand des Impulsbreitenregisters) zu einem sehr breiten Ausgangsimpuls (sehr niedriger Zählerstand des Impulsbreitenregisters).

Falls die Vorrichtung so eingestellt ist, daß sich ein normaler Durchfluß ergibt, d. h. wenn die Durchflußbedin-

gungen nicht einen Alarm auslösen, ist das Impulsbreitenregister 85 nur vorübergehend in dem »negativen« Impulsbreiten entsprechenden Zustand, und die Verringerung des Zählerstands um zwei Zählungen pro Arbeitszyklus führt zum Unterlauf des Impulsbreitenregisters das damit aus dem Bereich »negativer« Impulsbreiten kommt. Die Erzeugung normaler, eng beieinanderliegender Ausgangsimpulse wird wieder aufgenommen, was sich in einem hohen Zählerstand des Impulsbreitenregisters äußert.

Wenn die Vorrichtung scheinbar mit »negativen« Impulsbreiten arbeitet, erzeugt das Untersystem zur Alarmgabe (ohne in den Zustand der Alarmgabe zu kommen) ein im folgenden noch beschriebenes Ausgangssignal zur Sperrung der Ausgangsimpulse der Vorrichtung, die normalerweise an der Leitung 72 auftreten würden (F i g. 4a). Gleichzeitig kann jedoch der Speicher normal weiter arbeiten. Der Betrieb des Impulsbreitenregisters mit »negativen« Impulsbreiten vergrößert den dynamischen Betriebsbereich, ohne daß hierbei die Zählkapazität der Register im digitalen Speicher erhöht werden muß.

Fig.7 und 8, auf die nun Bezug genommen wird, dienen ebenfalls zur Beschreibung des Betriebs der Vorrichtung bei »negativen« Impulsbreiten entsprechenden Bedingungen.

F i g. 7a zeigt einen typischen an der Leitung 70 auftretenden Ausgangsimpuls für den Schrittmotor 71.Fi g. 7b zeigt die entsprechenden Antriebsimpulse für den Schrittmotor der Pumpe. Der Motor spricht praktisch sofort, d. h. ohne wesentliche mechanische Verzögerung auf die in F i g. 7a dargestellten Ausgangsirnpulse an.

F i g. 8a zeigt einen ziemlich engen Speicherimpuls (ausgezogene Linie), während F i g. 8b einen einzigen Antriebsimpuls zeigt, der innerhalb des Zeitintervalls des Speicherimpulses für den Motor erzeugt wurde; es ist wieder ersichtlich, daß der Motor praktisch ohne Verzögerung anspricht.

Die gestrichelte Linie der F i g. 8a stellt eine weitere Verringerung der Impulsbreite dar, was durch Erhöhung des Zählerstandes um 21 Zählungen und Verringerung des Zählerstandes um zwei Zählungen im Impulsbreitenregister 85 in dem einen Tropfennachweis folgenden Zählzyklus erreicht wird. Da angenommen wird, daß die anfängliche Impulsbreite gemäß F i g. 8a sehr klein ist, ergibt die Zunahme von 90 Zählungen im nächsten Zp' !zyklus eine »negative« Impulsbreite, die in Fig.8c als sehr breiter Speicherimpuls dargestellt ist, da ein Überlauf des Impulsbreitenregisters 85 stattfindet.

F i g. 8d zeigt, daß kein Ausgangsimpuls für den Motor auftritt, denn der an der Leitung 70 auftretende Ausgangsimpuls wird gesperrt, wenn das Impulsbreitenregister im »negativen« Bereich arbeitet.

F i g. 9a stellt einen an der Leitung 73 auftretenden Impuls beim Betrieb mit einer Steuervorrichtung dar. F i g. 9b dient zur Erläuterung des Ansprechens des Steuermechanismus und verdeutlicht die bei diesen Vorrichtungen auftretenden mechanischen Trägheitseffekte.

Fig. 10a zeigt einen sehr schmalen Speicherimpuls, der beim Betrieb in der Betriebsweise »Steuervorrichtung« auftritt. Aus Fig. 10b ersieht man, daß, obwohl die Vorrichtung nicht im Bereich »negativer« Impulsbreiten arbeitet, kein mechanisches Ausgangssignal auftritt, da die Trägheit der Vorrichtung eine Verzögerung ergibt, die größer ist, als die Breite des Speicherimpulses.

Der folgende Teil der Beschreibung bezieht sich auf die Einschaltphase des Betriebes der Gesamtvorrichtung. Wie bereits erwähnt, ist der Einschaltbetrieb dadurch gekennzeichnet, daß statt einer Änderung der Impulsbreite im Impulsbreitenregister 83 um zwei Zählungen in jedem Arbeitszyklus der Zählerstand des Impulsbreitenregisters 83 in jedem Zählzyklus um 9 Zählungen verringert wird, bis die ersten zwei Tropfen nachgewiesen worden sind. Die Vorrichtung geht dann in den normalen Betrieb über, wobei der Zählerstand des Impulsbreitenregisters 83 um zwei Zählungen pro Zählzyklus verringert wird. Außerdem wird nur beim Einschaltbetrieb die Frequenz der Ausgangsimpulse intern auf einen vorgeschriebenen Wert eingestellt, der am zweckmäßigsten für die anfängliche Einstellung der Vorrichtung ist.

Wenn die Vorrichtung zu arbeiten beginnt, sei es bei ihrer Inbetriebnahme oder nach einem Alarmzustand, werden alle Flip-Flop-Stufen und Register in bestimmte Zustände überführt. Die Register 83 und 85 werden über die Leitung 133 bzw. 135 auf »0« zurückgeschaltet. Die Flip-Flop-Stufen 118, 119 werden über die Leitung 136 und die Flip-Flop-Stufe 98 über die Leitung 137 zurückgestellt; die Flip-Flop-Stufe 114 für den Einschaltbetrieb wird über die Leitung 138 in den hochpegeligen Zustand geschaltet. Außerdem wird eine Flip-Flop-Stufe 140, die einen Teil des Untersystems zur Inbetriebnahme darstellt, über die Leitung 141 zurückgestellt. Die Flip-Flop-Stufe 140 hat zur Aufgabe, den Nachweis des ersten Tropfens beim Einschaltbetrieb festzustellen.

Wie aus F i g. 4c ersichtlich, stellt bei der ersten Inbetriebnahme der Vorrichtung ein Einschaltkreis 144 die Flip-Flop-Stufe 145 zur Alarmgabe sofort in den Zustand, in dem der (^-Ausgang der Flip-Flop-Stufe 145 an der Leitung ΐ46 ein hoehpegeiiges Signal erzeugt Alle Flip-Flop-Stufen und Register der Vorrichtung können in die für den Einschaltbetrieb benötigten Stellungen umgeschaltet oder zurückgestellt werden. Ein Ein-Schalter 147, durch den der/C-Eingang der Flip-Flop-Stufe 145 so umgeschaltet wird, daß diese Flip-Flop-Stufe beim nächsten über die Leitung 148 eintreffenden CZJC-Impuls niederpegelig wird, wird dann umgelegt.

Beim ersten DRZ-lmpu\s beginnt das Steuerregister 83 normal zu zählen, wobei die anfänglichen Zählungen durch das Impulsbreitenregister 85 verhindert werden. Da jedoch die Flip-Flop-Stufe 114 in den hochpegeligen Zustand geschaltet wurde, wird das Gatter 106 gesperrt und das Gatter 105 freigegeben. Die Folge ist, daß der Zustand »8« des Steuerregisters 83 statt des Zustandes »1« von der Dekodierstufe 84 benutzt wird, um den /C-Eingang der Flip-Flop-Stufe 98 so umzuschalten, daß das Impulsbreitenregister 85 nicht um zwei Zählungen seinen Zählerstand gegenüber dem des Steuerregisters in jedem Zählzyklus verringert, sondern daß vielmehr eine Verringerung um 9 Zählungen auftritt Der Einschaltbetrieb kann nur beendet werden durch Rückstellung der einschaltenden Flip-Flop-Stufe 114. Wie aus den folgenden Erklärungen noch ersichtlich, kann dies nur stattfinden, nachdem zwei Tropfen ermittelt worden sind.

Wenn ein Tropfen ermittelt wird, wird die Flip-Flop-Stufe 118 sofort auf den nochpegeligen Zustand umgeschaltet und schaltet dann selbst die Flip-Flop-Stufe 119 auf den hochpegeligen Zustand, wie oben für den Fall des normalen Betriebs beschrieben. Das (?-Ausgangssignal der Flip-Flop-Slufe 119 dient nicht nur über die Leitung 125 zur Rückstellung der Flip-Flop-Stufe 118 sondern wird auch über die Leitung 151 als Eingangssignal

der zwei UND-Gatter 153 und 154 wirksam. Weitere Eingangssignale des UND-Gatters 153 sind der von der Dekodierstufe 86 zugeführte Zählerstand »0« des Impulsbreitenregisters 85 (Leitung 155) und das (?-Ausgangssignal der zum Einsohallbetrieb verwendeten Flip-Flop-Stufe 114 (Leitung 156). Das Gatter 153 wird deshalb nur geöffnet, wenn die Vorrichtung im Zustand des Einschaltbetriebes ist, wenn ein Tropfen ermittelt wurde, und wenn das impulsbreitenregister 85 auf »0« durchgezählt hat. Wenn der erste Tropfen ermittelt wird und das Impulsbreitenregister durch »0« zählt, verstellt das Ausgangssigna! des Gatters 153 den /-Eingang der Flip-Flop-Stufe 140, so daß dieser beim nächsten CLK-lmpuls auf einen hochpegeligen Zustand geschaltet wird.

Die Flip-Flop-Stufe 119 wird zurückgestellt, wenn das Impulsbreitenregister 85 über »20« hinauszählt, um das an der Leitung 151 auftretende hochpegelige Ausgangssignal unwirksam zu machen und um damit das Gatter

ίο 153 zu sperren. Das Untersystem für den Einschaltbetrieb bleibt dann unverändert, bis ein zweiter Tropfen ermittelt und die Flip-Flop-Stufe 119 wieder auf den hochpegeligen Zustand umgeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird beim Durchgang des Impulsbreitenregisters 85 durch den Zählerstand »0« der an der Leitung ™

161 angeschlossene Ausgang des UND-Gatters 154 hochpegelig, da dann die beiden Ober die Leitung 151 und |]

158 angeschlossenen Eingänge des Gatters 154 hochpegelig sind und da auch der (^-Ausgang der Flip-Flop-Stufe

!5 140 über die Leitung 159 ais hochpegelig erscheint (gerechnet vom Zählzyklus, in dem der erste Tropfen ||

ermittelt wurde). Dies ergibt das dritte Freigabesignal für das UND-Gatter 154. Wenn das UND-Gatter 154 durchgeschaltet wird, stellt das hochpegehge Ausgangssignal die Flip-Flop-Stufen 114 und 140 für den Einschaltbetrieb beim nächsten CLK-lmpuls zurück. Es ergiDt sich damit ein hochpegeliges Q-Ausgangssignal der Flip-Flop-Stufe 114, wodurch das Gatter 105 gesperrt und das Gatter 106 durchgeschaltet wird, so daß die

Vorrichtung durch Verringerung des Zählerstandes des Impulsbreitenregisters 83 um zwei Zählungen in jedem Zählzyklus aus der Einschaltphase in den normalen Betrieb übergeht.

Während der Einschaltphase wird das hochpegelige (?-Ausgangssignal der Flip-Flop-Stufe 114 für den Einschaltbetrieb über die Leitung 157 der Multiplikatorstufe 42 zugeführt (F i g. 4a), um vorübergehend die Ratenwahlschalter 42a unwirksam zu machen und um das die Impulse erzeugende System zu einer bestimmten Impulsrate zu zwingen, die für die anfängliche Einstellung der Impulsbreite am geeignetsten ist. Dadurch ist gewährleistet, daß die Impulsbreite bei einer anfänglichen Impulsrate eingestellt wird, die weder zu langsam noch zu schnell ist in Anbetracht der Rückkopplungsverstärkung der gesamten Vorrichtung. Bei Beendigung der Einschaltphase wird der (^-Ausgang dei Flip-Flop-Stufe 114 niederpegelig und die Wahlschalter 42a bestimmen wieder die durch Multiplikatorstufe 42 festgelegte Rate.

Außerdem sperren beim Einschaltbetrieb die über die Leitung 157 ankommenden Eingangssignale die Eingänge der normalen Ratenwahlschalter und führen dafür die vorgegebenen Raten der Einschaltphase ein. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde die spezielle Gatteranordnung, die in Form verschiedener, an sich bekannter Logikschaltungen ausgeführt werden kann, weggelassen.
Als nächstes wird das System 16 zur Ausgangsimpulssteuerung beschrieben. Ausgangsimpuise werden über die Leitung 72 vom hochpegeligen Ausgang einer i- up l·;., S.^.- ";62 erzeugt, die über die Leitung 163 normalerweise bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung zurückgestellt wird. Der /-Eingang der Flip-Flop-Stufe 162 wird vom UND-Gatter 165 gesteuert, das !einerseits drei Eingänge hat. Dabei ist das über die Leitung 166 zugeführte D/?Z-Signal ein Eingangssignal des Gatters 165. Die beiden anderen Eingänge des UND-Gatters 165 sind an Leitungen 167 und 168 angeschlossen, die normalerweise hochpegelig sind, aber möglicherweise eine Sperrung ergeben. Die über die Leitung 167 und 168 von dem einen Alarm erzeugenden Untersystem zugeführten F^;n?angssignale werden nun beschrieben. Beim normalen Betrieb wird bei jedem Eintreffen eines DRZ-Impuibes über die Leitung 166 der /-Eingang der Flip-Flop-Stufe 162 umgeschaltet und diese Flip-Flop-Stufe wird dann beim nächsten Zähl-Impuls in den hochpegeligen Zustand umgeschaltet. Damit wird über die Leitung 70 (in der Betriebsart »Pumpe«) oder über die Leitung 73 (in der Betriebsart »Steuervorrichtung«) ein Ausgangsimpuls von der Vorrichtung ausgelöst.

Der an die Ausgangssteuervorrichtung 15 gelieferte Ausgangsimpuls kann nur durch die Rückstellung der Flip-Flop-Stufe 162 beendet werden. Dazu wird der K-Eingang der Flip-Flop-Stufe 162 über ein ODER-Gatter 170 mit zwei Eingängen gesteuert. An einem Eingang, der an die Leitung 171 angeschlossen ist, liegt ein den Zustand »0« des über die Dekodierstufe 86 angeschlossenen Impulsbreitenregisters 85 entsprechendes Signal an.

Das andere über die Leitung 172 zugeführte Eingangssignal ist das den Arbeitszyklus begrenzende Signal, das am Ausgang des ODER-Gatters 51 auftritt.

Jeder an der Leitung 72 auftretende Ausgangsimpuls wird damit von einem DRZ-lmpuk eingeleitet und immer dann beendet, wenn ein Überlauf des Impulsbreitenregisters 85 in den /.ustand »0« stattfindet. Dadurch wird die Breite des Ausgangsimpulses festgelegt. Falls jedoch eine Impulsbreite verlangt wird, die die durch den

Arbeitszyklus gegebene Begrenzung überschreitet, wird vor dem Überlauf aev impulsbreitenregisters 85 das Signal der Leitung 172 hochpegäig, wodurch der K-Eingang der Flip-Flop-Stufe 162 geschaltet wird. Beim nächsten CZA-Impuls wird die Flip-Flop-Stufe 162 zurückgestellt, um den an der Leitung 72 auftretenden Ausgangsimpuls abzubrechen und die gesamte Vorrichtung sofort abzuschalten bzw. stillzusetzen.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen j

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung der Tropfgeschwindigkeit einer parenteral zu verabreichenden Flüssigkeit in einer Leitung, die von einer Flüssigkeitsquelle zu einem Patienten führt, wobei die Vorrichtung eine Ausgangssteuereinrichtung zur Bestimmung der Tropfgeschwindigkeit, einen Impulsgenerator zur Erzeugung von Ausgangsimpulsen, die der Ausgangssteuereinrichtung zugeführt sind, wobei die Ausgangssteuereinrichtung während der Intervalle zwischen den Ausgangsimpulsen inaktiv ist, einen Tropfendetektor unrl eine Schaltungsanordnung zur automatischen Bestimmung der Impulsbreite der Ausgangsimpulse aufweist, d a durch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung einen ersten digitalen Zähler(85)zur Bestim-

mung der Impulsbreite aufweist, der während eines Zählzyklus durch eine vorgegebene Anzahl von Zählschritten in eine Richtung verändert wird und der durch eine weitere Anzahl von Zählschritten bei einem durch den Tropfendetektor (11) ermittelten Tropfen in die andere Richtung verändert wird, daß die weitere Anzahl von Zählschritten wesentlich größer ist als die vorgegebene Anzahl von Zählschritten und daß der Wet t in dem ersten digitalen Zähler (85) die Breite der Ausgangsimpulse bestimmt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zähler (85) um die vorgegebene Anzahl von Zählschritten erhöht und um die weitere Anzahl von Zählschritten erniedrigt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zähler (85) um die vorgegebene Anzahl von Zählschritten erniedrigt und um die weitere Anzahl von Zählsrhritten erhöht wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktgenerator (40) ein stabiles Taktsignal (clk) erzeugt, das an den ersten Zähler (85) und einen zweiten Zähler (83) angelegt wird, daß ein dem zweiten Zähler (83) zugeordneter Decodierer (84) auf einen vorbestimmten Zustand in dem zweiten Zähler anspricht, und daß eine Einrichtung (91, 88) auf zweiten Zähler anspricht, und daß eine Einrichtung (91, 88) auf den Decodierer anspricht, um die Verbindung zwischen dem Taktsignal und dem ersten Zähler (85) zu blockieren.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (49 bis 51,58 bis 63) zum Einstellen der Frequenz des Taktsignals (clk) zwischen zwei stabilen Frequenzen während jedes Zyklus der Zählzyklen vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Einrichtung (91,92,94, 87) vorgesehen ist, die auf den Decodierer (84) anspricht, um die Verbindung zwischen dem Taktsignal (clk) und dem zweiten Zähler (83) zu blockieren.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Decodierer (86) vorgesehen ist, der dem ersten Zähler (85) zugeordnet ist und der ein Steuersignal bei einem vorgewählten Zustand des ersten Zählers erzeugt, daß eine Kippstufe (162) vorgesehen ist, die durch das Steuersignal zur Beendigung des Ausgangsimpulses zurückgesetzt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufe (162) bei Anliegen des Taktsignals (clk) an dem ersten Zähler (85) gesetzt wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einschaltanordnung (12) zur Vergrößerung der vorgegebenen Anzahl von Zählschritten während des Startens der Vorrichtung vorgesehen ist.