DE2534955A1

DE2534955A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der groessenverteilung in einem teilchensystem

Info

Publication number: DE2534955A1
Application number: DE19752534955
Authority: DE
Inventors: Wallace Henry Coulter; Walter Robert Hogg
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Coulter Electronics Inc
Priority date: 1974-08-06
Filing date: 1975-08-05
Publication date: 1976-02-19
Also published as: JPS5141589A; FR2281563B3; FR2281563A1; GB1522665A; US3944797A

Description

Patentanwalt»

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Coulter Electronics Limited, Harpenden, Herts. / England

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Größenverteilung in einem Teilchensystem

Die Erfindung betrifft die Ermittlung der physikalischen Eigenschaften von Teilchensystemen, insbesondere der genauen Größenverteilung der Teilchen in einem solchen System.

Zur Messung der unterteilenden Teilchengröße in einem Teilchensystem sind verschiedene Einrichtungen bekannt· Eine derartige Vorrichtung ist Gegenstand der deutschen Patentschrift 1 806 456

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und wird im folgenden auch als Massendurchschnittsgerät bzw. Massenmittelwertgerät bezeichnet. Ein solches Gerät kann zur Ermittlung irgendeiner unterteilenden Teilchengröße in einem Teilchensystem verwendet werden. Die Größe ist hierbei gleichbedeutend mit Volumen und Masse, da die hierbei erzeugten Teilchenimpulse eine Amplitude aufweisen, die der gesamten festen Materie des erfaßten Teilchens proportional ist. Da das Material des Teilchensystems im allgemeinen bekannt ist, ist auch seine Dichte bekannt, so daß man durch einfache mathematische Umformung das Volumen ermitteln kann. Das Massenmittelwertgerät wurde häufig zur Ermittlung der Massendurchschnxttsgröße eines Teilchensystems verwendet, das die 5O-igste Massenprozentgröße bzw. Massenperzentilgröße ist. Diese hauptsächliche Anwendung hat den Namen des Gerätes bestimmt. Ebenso können mit dem Massenmittelwertgerät eine Reihe anderer Massenperzentilgrößen, beispielsweise die 25-igste und die 75-igste Massenperzentilgröße bestimmt werden. Diese Information erläutert die Natur der Teilchenver·» teilung schnell und auf einfache Weise. Außerdem kann mit der die verschiedenen Massenperzentilgrößen berücksichtigenden Information eine Größenverteilungskurve der Teilchen des Teilehensystems aufgezeichnet werden. Solche Kurven sind bei der Analyse von Teilchensystemen und ihrer Überwachung von größter Bedeutung, wenn eine vorgegebene Teilchengrößenverteilung aufrechterhalten werden muß. Prinzipiell kann mit einem derartigen Massenmittelwertgerät jede Teilchengröße gemessen werden. Der zur Erfassung der Teilchen jeweils verwendete Teilchendetektor erfaßt in den meisten Systemen praktisch alle Teilchen mit Ausnahme derjenigen, die die von ihm erfaßbare Größe unterschreiten. Diese kleinen, nicht mehr erfaßbaren Teilchen stellen in vielen Fällen veniger als 1 % des gesamten Teilchensystemes dar. Bei Verwendung des Massenmittelwertgerätes zur Analyse solcher Teilchensysteme sind die Fehler bei der Massenperzentilgröße, die durch die Nichterfassung

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dieser Teilchen entstehen, minimal.

Dennoch sind in vielen Teilchensystemen Teilchen vorhanden, deren Größe unter der vom jeweiligen Teilchendetektor erfaßbaren Größe liegt. Beispiele für solche Systeme sind Aufschlämmungen in der Industrie, in denen die Teilchengröße über einen großen Bereich variiert und einen großen Prozentsatz von Teilchen einschließt, die zur Erfassung durch den Teilchendetektor zu klein sind. Als großer Prozentsatz wird hierbei ein Prozentsatz von 10 % an nicht erfaßbaren, kleinen Teilchen in den Teilchensystem angesehen.

Wenn nun ein Teilchensystem mit beispielsweise insgesamt 10 % nicht erfaßbaren Teilchen ein Massenmittelwertsgerät passiert, sind die vom Gerät ermittelten Massenperzentilen nicht genau und können somit auch nicht zur Ableitung einer genauen Verteilungskurve des Teilchensystems verwendet werden. Außerdem haben die so ermittelten Größen keinen Wert für die Analyse des Teilchensystems oder bei der Überwachung des Teilchensystems, wenn eine genaue Teilchenverteilung aufrechterhalten werden soll. Analyse, Überwachung und Aufrechterhaltung solcher Systeme läßt sich nur nach einer manuellen Klassifikation und Analyse des Teilchensystems durchführen, einer aufwendigen, zeitraubenden und kostspieligen Arbeit.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der richtigen Teilchengröße bei vorgegebenen Perzentilen der Größenverteilung eines Teilchensystems, das ein Teilchenerfassungsgerät passiert, das den Teilchengrößen proportionale Teilchenimpulse erzeugt, vermeidet diese Nachteile. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß auf die Teilchenimpulse die Größe der Teilchen im Teilchensystem bei erste, zweite bzw. dritte Perzentilen angebende erste, zweite, bzw. dritte Teilchengrößensignale

geliefert werden, daß zur Feststellung, ob die Teilchengrößensignale ein bestimmtes Verhältnis aufweisen, die ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale miteinander verglichen werden und daß zur Ermittlung der richtigen Teilchengröße bei den vorgegebenen Perzentilen der Größenverteilung des Teilchensystems die ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale abhängig von der Abweichung von diesem bestimmten Verhältnis variiert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch erste, zweite bzw. dritte Ermittlungsschaltungen für die Perzentilengröße, angeschlossen an das Teilchenerfassungsgerät, die bei Teilchenimpulsen erste, zweite bzw. dritte Teilchengrößensignale erzeugen, die die Größe der Teilchen im System bei ersten, zweiten und dritten Perzentilen angeben, wobei die ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale bei den ersten, zweiten und dritten Perzentilen zueinander in einem vorgegebenen Verhältnis stehen, und durch eine Vergleichsschaltung, angeschlossen an die ersten, zweiten und dritten Perzentilengrößenerfassungsschaltungen, die die ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale zur Feststellung, ob das vorgegebene Verhältnis vorhanden ist, vergleicht, wobei die Vergleichsschaltung bei Abweichungen vom vorgegebenen Verhältnis ein entsprechendes Vergleichssignal liefert und wobei die ersten, zweiten und dritten Perzentilengrößen-ermittlungsschaltungen außerdem an die Vergleichsschaltung angeschlossen sind, so daß zur Erzielung des vorgegebenen Verhältnisses abhängig von dem Vergleichssignal die ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale variiert werden.

Die Erläuterung der Erfindung erfolgt unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 die Differentialkurve eines Teilchensystems mit relativ breitem Dynamikbereich mit der klassischen Glockenform, wobei die Verteilung entlang der horizontalen Achse im logarithmischem Maßstab aufgetragen ist,

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Fig. 2 die Integralkurve eines Teilchensystems mit relativ breitem Dynamikbereich mit der klassischen, ogivalen Form,

Fig. 3 die Integralkurve gemäß Fig. 2, auf einen logarithmischen Wahrscheinlichkeitsmaßstab übertragen, und außerdem eine Kurve, die sich aus der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt,

Fig. 4 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Perzentilengerätes nach Fig.

Die glockenförmige Verteilungskurve bei einfacher Größe, als Differentialkurve bekannt, ist in Fig. 1 gezeigt. Diese Kurve zeigt die Teilchenverteilung in einem Teilchen- oder Partikelsystem. Die vertikale Achse gibt die relative Anzahl der Teilchen in einem kleinen Bereich und die horizontale Achse den äquivalenten Kugeldurchmesser der Teilchen in Mikron an. Zur ausführlicheren Erläuterung des äquivalenten Kugeldurchmessers wird auf die genannte deutsche Patentschrift 1 806 456 Bezug genommen. Aufschlämmungen oder Pulver in der Industrie enthalten oft so viele Teilchen, daß eine logarithmische, vertikale Achse verwendet wird. Bei vielen Teilchensystemen ist bekannt, daß die Teilchenvertexlung um eine bestimmte Größe symmetrisch ist. Dies bedeutet gemäß Fig. 1, daß die Differentialkurve um einen bestimmten Punkt symmetrisch erscheint. Ein System mit einer normalen oder logarithmisch normalen Verteilung ist durch eine symmetrische Differentialkurve gekennzeichnet. Die Differentialkurve eines normalen Systems ist in einer Darstellung mit linearer, horizontaler Achse symmetrisch und eine Differentialkurve eines logarithmischen Systems ist in einer Darstellung mit logarithmischer, horizontaler Achse symmetrisch.

Die ogivale Kurve nach Fig. 2 ist als Integralkurve eines Teilchensystems bekannt. Die Darstellungen nach den Fig. 1 und dienen lediglich der Erläuterung und sind nicht repräsentativ für das System. Die Formen sind vertauschbar. Normalerweise

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wird mit einer Differentialkurve begonnen, die in eine Integralkurve umgeformt wird. Ein Beispiel zur Vorbereitung der integralen Kurve mit klassischen, statistischen Mitteln enthält die genannte Patentschrift. In Fig. 2 zeigt die vertikale Achse den Prozentsatz, das Volumen oder die Masse über der ermittelten Größe und die horizontale Achse gibt den äquivalenten Kugeldurchmesser der Teilchen in Mikron an. Die vertikale Achse ist linear. Die horizontale Achse ist bei einem normalen System linear und bei einem logarithmisch normalen System logarithmisch. Ebenso wie bei der Differentialkurve ist auch die Integralkurve um einen bestimmten Punkt symmetrisch, insbesondere um den 50 %-Punkt der vertikalen Achse.

Fig. 3 zeigt eine integrale Kurve 10, ähnlich derjenigen nach Fig. 2, auf logarithmisch wahrscheinliche Darstellung übertragen. In der logarithmischen wahrscheinlichen Darstellung ist die vertikale Achse eine Wahrscheinlichkeitsachse. Auf einer solclaen Achse sind zwei Zahlen auf jeder Seite von 50 % und Zahlenmäßig gleich weit vom 50 ?£-Pnnkt entfernt auch räumlich gleich weit vom 50 %-Punkt entfernt. Die oberen und unteren Enden der Ach*e sind jedoch gedehnt, so daß der Abstand zwischen der obersten und untersten Zahl und dem 50 %-Punkt dem Abstand zwischen den dazwischenliegenden Zahlen über und unter den 50 %-Punkt bzw. den 50 %-Punkt nicht proportional ist. Bei einem Wahrscheinlichkeitsmaßstab nähert sich die vertikale Achse auf der horizontalen Achse Minusunendlich und am obeiei Ende der vertikalen Achse Plusunendlich. Der horizontale Maßstab ist linear oder logarithmisch, je nach dem ob ein normales oder logarithmisches System dargestellt wird. Bei Neuzeichnung einer Integralkurve nach Fig. 2 mit logarithmisch wahrscheinlicher Darstellung erhält man als Resultat eine gerade Linie. Der Vorteil der geraden Linie gemäß Fig. 3 besteht darin, daß sie bei der oberen Größe und insbesondere beim unteren Größenende leichter zu extrapolieren ist, so daß eine statistische Analyse der Größe und Verteilung der nicht erfaßbaren Teilchen erfolgen kann.

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Eine solche Information ist bei der Analyse von Teilchensystemen und bei ihrer Überwachung, wenn eine vorgegebene Teilchenverteilung aufrechterhalten werden soll, äußerst wertvoll.

Berücksichtigt man die Symmetrie der Partikelverteilung bei gewissen Arten von Teilchensystemen, so sind, wenn ein normales oder logarithmisch normales System die Vorrichtung gemäß der genannten deutschen Patentschrift passiert und die 25-igste, 5O-igste und 75-igste Massenperzentilen-Teilchengrößen ermittelt sind, die 25-igste und die 75-igste Massenperzentilengröße nach der Messung von der 5O-igsten Massenperzentilengröße gleich weit entfernt. Ebenso sind die 25-igste und die 75-igste Größe symmetrisch zur 50-igsten Massenperzentilengröße. Bei Aufzeichnung der Größen mit Wahrscheinlichkeitsdarstellung oder logarithmisch wahrscheinlicher Darstellung läßt sich eine gerade Linie zwischen den drei Stellen zeichnen, die die Anzahl der Teilchen über den drei Größen angibt. Wenn die gemessenen Größen nicht mit einem der Kriterien von Abstandssymmetrie oder linearer Ausrichtung übereinstimmen, ist entweder das Teilchensystem nicht normal oder logarithmisch normal oder die ermittelten Größen sind falsch.

Es wurde bereits erwähnt, daß bekanntlich viele Arten von Aufschlämmungen oder Pulvern eine normale oder logarithmisch normale Teilchenverteilung aufweisen. Wenn ein solches bekanntes Teilchensystem die Massenmittelwertvorrichtung nach der genannten Patentschrift passiert, die 25-igste, 5ü-igste und 75-igste Massenperzentilengröße ermittelt sind und diese nicht mindestens eines der obengenannten Kriterien erfüllen, so sind die ermittelten Größen falsch. Dies ist in Teilchensystemen der Fall, in welchen ein großer Prozentsatz der Teilchen zu klein ist, um von einem Teilchenzähler nach Coulter noch erfaßt werden zu können, oder so klein, daß von den kleinen Teilchen gelieferte Impulse sich von dem Rauschen des Gerätes nicht unterscheiden lassen₀ Infolge dieser Nichterfassung der kleinen Teilchen

ist die vom Massenmittelwertgerat festgestellte 25-igste, 50-igste und 75-igste Massenperzentilengröße größer als in Wirklichkeit. Infolge der Arbeitsweise des Massenmittelwertgerätes beeinflußt der Fehler infolge der kleinsten Teilchen überdies die Werte für die 25-igste, 50-igste und 75-igste Perzentilengröße unterschiedlich, so daß sie nicht die obengenannten Kriterien erfüllen.

Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung beachten die obengenannten Verhältnisse und vergleichen die vom Massenmittelwert gelieferten Größen zur Feststellung, ob die obengenannten Kriterien erfüllt werden. Bei Nichterfüllung wird ein Fehlersignal erzeugt, das nach Verstärkung das gesamte Volumen der für die Messung zu kleinen Teilchen ersetzt, indem das Fehlersignal mit dem die Größe repräsentierenden Signal kombiniert wird, durch das Gerät ermittelt, so daß das Kriterium zutrifft und somit Massenperzentilengrößen geliefert werden, die hinsichtlich Ungenauigkeiten durch Nichter fassung von kleinen Teilchen korrigiert sind.

In Fig. 4 erhält der Eingangsanschluß Impulse von einem nicht gezeigten Teilchenanalysiergerät, das elektrische Impulse liefert, deren Amplitude dem Volumen, Masse oder Größe der Teilchen proportional ist, die sie bewirkt haben. Das Teilchenanalysiergerät kann eine elektronische Einrichtung sein, die nach dem Coulterprinzip arbeitet. Zur Erläuterung sei angenommen,daß die elektrischen Impulse vom Teilchendetektor beim Durchgang eines Teilchensystem.es erzeugt werden, das eine logarithmisch normale Verteilung aufweist und in dem ca. 10 % der gesamten Teilchenmaterie so klein ist, daß sie vom Teilchendetektor nicht mehr erfaßt werden kann.

Die ankommenden Impulse am Eingangsanschluß 20 gehen auf die drei Perzentilendiskriminationsschaltungen 22, 24 und 26. Diese Perzentilenschaltungen sind gemäß der genannten deutschen Patentschrift ausgeführt. Die Ausgangsspannung e75 der Schaltung 22 ist dem 75-i"gsten Größenperzentil proportional. Das bedeutet, daß 3/4 aller erfaßten Teilchen ein kleineres Volumen bzw_o Größe besitzen und 1/4 der erfaßten Teilchen in der Größe oder im Volumen größer ist als die von der Ausgangsspannung e75 repräsentierte Teilchengröße. Die Ausgangsspannungen e5ü und e25 repräsentieren auf die gleiche Weise die 5u-igste bzw. 25-igste Perzentilengröße. Die 50-igste Perzentilengröße ist der Massenmittelwert oder Durchschnitt, der bei einer symmeirischen Verteilung, etwa nach einer normalen oder logarithmisch normalen Verteilungskurve, den Scheitelpunkt der Differentialkurve und das Symmetriezentrum der Integralkurve angibt. Da diese Kurven gemäß Fig. 1, 2 und 3 hinsichtlich des äquivalenten Kugeldurchmessers der Teilchen und nicht des Volumens normal oder logarithmisch normal sind, nehmen Kubikwurzelschaltungen 23, 25 und 27 die Spannungen e75, e50 und e25 auf und liefern an ihrem Ausgang die Spannungen e75', e50' bzw. e25', die praktisch gleich der Kubikwurzel der Eingangsspannungen sind. Da der äquivalente Kugeldurchmesser von der dritten Wurzel des Volumens abhängt, sind die Spannungen e75', e50' und e25' dem äquivalenten Kugeldurchmesser der entsprechenden Teilchengrößen proportional.

Bei der logarithmisch normalen Partikelverteilung gehen die Spannungen e75', e50' und e25 am Ausgang der Schaltungen 23, 25 und 27 auf logarithmische Rechenschaltungen 28, 30 bzw. 32. Diese Rechner wandeln die Spannungen in ihre äquivalenten logarithmischen Spannungen e75', e50· und e25' um. Dies ist erforderlich, da die äquivalenten logarithmischen Spannungen gleichmäßig voneinander entfernt sind, wie die Fig. 1, 2 und 3 zeigen. Die äquivalente, logarithmische Spannung am Ausgang des logarithmischen Rechners 28 geht über den Widerstand 36 zu

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einem Verbindungspunkt 38 und die äquivalente logarithmische Spannung am Ausgang des logarithmischen Rechners 33 geht über den Widerstand 40 zum Verbindungspunkt 38. Im Ausführungsbeispiel sind die Widerstände 36 und 40 gleich.

Die Widerstände 36 und 40 kombinieren die Spannung der logarithmischen Rechenschaltung 28.und des logarithmischen Rechners 32 am Punkt 38, so daß man am Ausgang des logarithmischen Rechners 28 und des logarithmischen Rechners 32 den algebraischen Mittelwert der Spannungen erhält, der die extrapolierte Annäherung der 50-igsten Perzentile darstellt, basierend auf der 25-igsten und 75-igsten Perzentile. Diese mittlere Spannung geht vom Verbindungspunkt 38 der Widerstände 40 und 36 zu einem Eingang 44 der Vergleichsschaltung 46. Diese Schaltung 46 liegt am Ausgang des logarithmischen Rechners 30 und erhält die äquivalente logarithmische Ausgangsspannung am Ausgang des logarithmischen Rechners 30. Zu beachten ist, daß die logarithmischen Rechner 28, 30 und 32 nur bei logarithmisch normalem Partikelsystem erforderlich sind. Bei einem normalen System gehen die Ausgänge der Kubikwurzelschaltungen 23 und 27 zum Widerstand 36 bzw. 40 und der Ausgang der Kubikwurzelschaltung 2 5 zum Eingang 48 der Vergleichsschaltung 46.

DieVergleichsschaltung 46, beispielsweise ein Differentialverstärker, vergleicht die Spannungen an den Eingängen 44 und 48. Sind diese Spannungen gleich, was bedeutet, daß die Spannungen für die Teilchengrößen bei der 25-igsten, 50-igsten und 75-igsten Massenperzentile korrekt sind, so liefert die Vergleichsschaltung 46 einen Bezugspegel oder ein Ausgangssignal Null. Bei ungleichen Spannungen am Eingang 44 und 48 der Vergleichsschaltung 46, was bedeutet, daß die zuvor genannten Kriterien hinsichtlich gleichem Abstand, Symmetrie und Linearität nicht erfüllt sind und daß die Spannungen für die Größe der 25-igsten,

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5ü-igsten und 75-igsten Massenperzentile falsch sind, liefert die Vergleichsschaltung 44 ein Ausgangssignal oder ein Fehlersignal, das vom Bezugspegel Null abweicht. Der Pegel oder die Amplitude des Ausgangssignales ist abhängig vom Unterschied zwischen den Spannungen an den Eingängen 44 und 48. Das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 46 geht über die Leitung 50 und den Widerstand 52 zum Eingang eines Integrationsverstärkers 54, der ein Ausgangssignal abhängig von dem Fehlersignal liefert, das den Schaltungen 26, 24 bzw. 22 für die 25-igste, 50-igste bzw. 75-igste Perzentile am Eingang 56, 58 bzw. 60 zugeführt wird. Das Signal vom Integrator 54 auf die Eingänge 56, 58 und 60 wird mit den Spannungen kombiniert, die das Teilchenvolumen oder die Teilchengröße bei den drei Perzentilen, die diese Spannungen modifizieren, repräsentieren. Diese Rückkopplung dauert so lange an, bis die Spannungen am Ausgang der Schaltungen 28, 30 und 32, nach Kombination über die Widerstände 36 und 40 und Vergleich an den Eingängen 44 und 48 der Vergleichsschaltung 46 ein Bezugspegelfehlersignal Null am Ausgang der Vergleichsschaltung 46 liefern. Zu diesem Zeitpunkt hat das Rückkopplungssystem ein Gleichgewicht erreicht und die Spannung der Teilchengröße für die 25-igste, 50-igste und 75-igste Perzentile sind hinsichtlich Ungenauigkeiten infolge Nichterfassung kleiner Teilchen im Teilchensystem korrigiert.

Die Kurve 64 in Fig. 3 wurde für die Größe der 25-igsten, 50-igsten und 75-igsten Perzentile der Größenverteilung eines Teilchensystems aufgezeichnet nach Analyse vor einer Korrektur von Ungenauigkeiten durch Nichterfassung kleiner Teilchen. Die Verbindung der drei Punkte bildet somit eine Kurve und keine gerade Linie. Da 10 % der Teilchen im System für die Zählung zu klein waren, ist die Teilchengröße für die 25-igste, 50-igste und 75-igste Massenperzentile größer als in Wirklichkeit. Infolgedessen sind die die Kurve 64 bildenden Punkte falsch und gegenüber der korrigierten Kurve 10 nach rechts verschoben. Außerdem ist infolge der Eigenart der Arbeitsweise des Massenmittelwertgerätes der Fehler durch den Punkt, der eine Größe

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angibt, über dem 75 % der Teilchen verteilt sind, größer als der Fehler für die Größe, über der 50 % der Teilchen verteilt sind. Dieser 50 %-P\xnkt enthält einen größeren Fehler als die die Größe angebenden Teilchen, über der 25 % der Teilchen des Systems liegen.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild des Massenmittelwertgerätes, das mit der Fig. 6 der genannten deutschen Patentschrift übereinstimmt. Zur Vermeidung von Verwechslungen sind bestimmte Zahlen der Blöcke des Gerätes in Fig. 5 weggelassen. Das Summiernetz und die Spannung zur Ladung des Wandlers 102 der Vergleichsschaltung 62 in Fig. 5 hat drei Eingänge. An zwei Eingängen liegen die Leitungen 66 und 64. Diese beiden Eingänge und die Leitungen sind ebenfalls in der genannten deutschen Patentschrift enthalten. Die Leitung 55 am dritten Eingang des Summiernetzes und der Spannung zur Ladung des Wandlers 1u2 stimmt mit der Leitung 55 in Fig. 4 überein. Summiernetzwerk und Spannung zur Ladung des Wandlers 102 kann beispielsweise ein einfaches Summiernetz sein, bestehend aus drei Widerständen mit drei Anschlüssen, an die Leiter 64, 66 bzw. 55 angeschlossen, mit zweiten Anschlüssen untereinander und mit dem Ausgangsleiter 120 verbunden. Das Summiernetz 102 muß nicht immer als einfaches Widerstandsnetz ausgeführt sein.

Gemäß der genannten Patentschrift passieren Impulse über einer bestimmten Amplitude, die Teilchen über einer bestimmten Größe oder einem bestimmten Volumen darstellen, eine Schwellwertschaltung und bewirken einen positiven Spannungsimpuls, der über die Leitung 66 zum Summiernetz und Spannung zur Ladung des Wandlers 102 geht. Teilchen, deren Amplitude unter dieser vorgegebenen Amplitude liegt, bewirken einen negativen Spannungsimpuls, der über die Leitung 64 zum Wandler 102 geht. Diese positiven und negativen Impulse werden in Ladungen umgeformt und auf einen Integrationsverstärker 104 gegeben, zur Entwicklung

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einer Ausgangsspannung, die eine bestimmte Teilchengröße repräsentiert, die zur Einstellung des genannten Schwellwertes dient. Die so erzeugte Rückkopplung bewirkt, daß der Schwellwert den Pegel sucht, der die positiven und negativen Ladungen ausgleicht und dadurch die Teilchengröße für einen bestimmten Massenperzentilenpunkt korrigiert. In der Ausführungsform nach Fig. 4 sind die Spannungs-Ladungs-Wandler so bewertet, daß sie die Ausgangsspannung und dadurch das Teilchen, Volumen oder die Größe für die 75-igste, 50-igste und 25-igste Massenperzentile liefern. Die Spannung des Integrationsverstärkers 104 der Schaltung 26, die die Teilchengröße für die 25-igste Massenperzentile repräsentiert, ist erheblich kleiner als die Spannung des Verstärkers 104 in der Schaltung 22, die die Teilchengröße für die 75-igste Massenperzentile darstellt. Das Rückkopplungssignal vom Integrationsverstärker 54 über die Leitung 55 zum Summiernetz-Spannungs-Ladungswandler 102 in jeder der Schaltungen 22, 24 und 26 wird ebenso summiert wie der Impuls von der Leitung 64, damit die Spannung reduziert wird, die die Teilchengröße der 25-igsten, 5ü-igsten und 75-igsten Massenperzentile angibt. Außerdem hat das Rückkopplungssignal einen größeren Einfluß auf die Spannung, die die Teilchengröße an der 25-igsten Massenperzentile repräsentiert, am Ausgang der Schaltung 26, als auf die Ausgangsspannung, die die Teilchengröße der 75-igsten Massenperzentile am Ausgang der Schaltung 22 darstellt, da es vom einen einen größeren Prozentsatz enthält. Unter Bezug auf Fig. 3 erkennt man, daß, auch wenn eine gleiche Fehler- oder Korrekturspannung auf alle drei Schaltungen 22, 24 und 26 geht, die Größe nicht linear modifiziert wird, wodurch die Nichtlinearität der Kurve 64 korrigiert und die drei Punkte darauf wie in Fig. 10 dargestellt linear ausgerichtet werden.

Beim oben beschriebenen Gerät erfolgt die Extrapolation durch Kombination der beiden äußeren Punkte zur Bildung des Mittelpunktes. Man kann andere Extrapolationssysteme verwenden, wenn sie die obengenannten Kriterien erfüllen. Beispielsweise

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können der obere und der mittlere Punkt kombiniert und dann zur Annäherung des unteren Punktes um einen bekannten Prozentsatz reduziert werden. Zur Erzielung eines Fehlersignales kann dann der angenäherte Punkt mit dem gemessenen Signal verglichen werden.

Zur Erfindung gehört auch das oben beschriebene Verfahren zur Feststellung, ob die Kriterien hinsichtlich Symmetrie, gleichen Abstand oder Linearität erfüllt sind, durch Vergleich der drei Teilchengrößen oder der sie repräsentierenden Spannungen, die beim Durchgang des Teilchensystems durch das Massenmittelwertgerät aufgenommen werden. Außerdem ist die Erfindung auch in Anordnungen einsetzbar, die im Detail erheblich von der beschriebenen Ausführungsform abweichen.

Patentanwälte

Dipl.-!ng. E. Eder ing, ii. ockieschke

8 München 40 Eiisabemsiraße 34

609808/078

Claims

Patentanwälte

L- ing- E. Eder - ¹5 -

i. L S^isschki

ten 40 2 5 3 Λ 9 5 5

a 34

Patentansprüche

, 1.y Verfahren zur Ermittlung der richtigen "feüchengröße bei vorgegebenen Perzentilen der Größenverteilung eines Teilchensystems, das ein Teilchenerfassungsgerät passiert, das den Teilchengrößen proportionale Teilchenimpulse erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Teilchenimpulse die Größe der Teilchen in Teilchensystem bei ersten, zweiten bzw. dritten Perzentilen angebende erste, zweite bzw. dritte Teilchengrößen signale (e25, e50, e75) geliefert werden, daß zur Feststellung, ob die Teilchengrößensignale ein bestimmtes Verhältnis aufweisen, die ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale miteinander (46) verglichen werden und daß zur Ermittlung der richtigen Teilchengröße bei den vorgegebenen Perzentilen der Größenverteilung des Teilchensystems die ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale (56, 58, 60) abhängig von der Abweichung von diesen bestimmten Verhältnis variiert werden.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleichssignal (50) erzeugt wird, das abhängig von der gegenseitigen Veränderung des bestimmten Verhältnisses der ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale variiert und daß die ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale entsprechend dem Vergleichssignal zur Ermittlung der richtigen Teilchengröße bsi den vorgegebenen Perzentilen der Größenverteilung des Teilchensystems variiert werden«

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung eines bestimmten Verhältnisses zwischen den ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignalen diese miteinander verglichen werden und daß bei dem Vergleich festgestellt wird, ob ein bestimmtes Verhältnis hinsichtlich Linearität, Symmetrie und gleichem Abstand in jedem der Teilchengrößensignale vorhanden ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß erste, zweite und dritte Teilchengrößensignale erzeugt werden, die erste, zweite und dritte Teilchengrößen angeben, unterhalb welcher Größen ein Viertel, drei Viertel bzw. eine Hälfte der Gesamtmasse des Systems enthalten sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale zur Veränderung um einen vorgegebenen Betrag verringert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich der ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale die ersten und zweiten Teilchengrößensignale kombiniert werden, daß das kombinierte Signal und das dritte Teilchengrößensignal verglichen und ein Vergleichssignal entwickelt werden, das abhängig von der Differenz zwischen diesen variiert, und daß die ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale abhängig vom Vergleichssignal zur Korrektur der ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale variiert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kombination der ersten und zweiten Teilchengrößensignale ihr algebraischer Mittelwert gebildet wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß erste, zweite und dritte Perzentilengrößenermittlungsschaltungen (22, 24, 26) an die Teilchengrößenerfassungsschaltung angeschlossen sind, die bei Teilchenimpulsen erste, zweite und dritte Teilchengrößensignale (e25, e50 bzw. e75) liefern, die die Größe der Teilchen im Teilchensystem bei ersten, zweiten und dritten Perzentilen angeben, wobei die ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale bei den ersten, zweiten und dritten Perzentilen ein vorgegebenes, gegenseitiges Verhältnis aufweisen

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und daß an die Ermittlungsschaltungen für die ersten, zweiten und dritten Perzentilengrößen eine Vergleichsschaltung (36, 40, 46) angeschlossen ist, zum Vergleich der ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale zur Ermittlung des vorgegebenen Verhältnisses, wobei die Vergleichsschaltung ein Vergleichssignal entsprechend der Abweichung von den vorgegebenen Verhältnis liefert und wobei die ersten, zweiten und dritten Perzentilengrößenermittlungsschaltungen an die Vergleichsschaltung angeschlcsen sind, so daß zur Ermittlung des vorgegebenen Verhältnisses abhängig vom Vergleichssignal die ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale variiert werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Verhältnis hinsichtlich Linearität, Symmetrie und gleichem Abstand der ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale bei den ersten, zweiten und dritten Perzentilen besteht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Perzentilenpunkt unter dem dritten und der zweite über dem dritten Perzentilenpunkt und daß die ersten und zweiten Perzentilen vom dritten Perzentil gleich weit entfernt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilchensystem eine logarithmische Verteilung der Teilchengrößen aufweist und daß erste, zweite und dritte Teilchengrößensignale den Logarithmus der ersten, zweiten und dritten Teilchengröße repräsentieren.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten, zweiten und dritten Perzentilgrößenermittlungsschaltungen eine Kombinationsschaltung (102) zur Kombination der elektrischen Mengen enthält, die die Teilchen im System über und unter den vorgegebenen Perzentilengrößen angeben und zur Lieferung des Teilchengrößensignales, wobei die Kombinationsschaltung (102) für die Ermittlungsschaltung an die Vergleichsschaltung angeschlossen ist und

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entsprechend dem Vergleichssignal die elektrische Menge unter der Teilchengröße variiert.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung eine Kombinationsschaltung (36, 40) enthält, angeschlossen an die ersten und zweiten Perzentilengrößenermittlungsschaltungen, zur Kombination der ersten und zweiten Teilchengrößensignale und zur Lieferung eines kombinierten Signales aus diesen, und daß eine zweite Vergleichsschaltung (46) an die Kombinationsschaltung und die dritte Teilchengrößenermittlungsschaltung angeschlossen ist, die das kombinierte Signal und das dritte Teilchengrößensignal vergleicht und ein zweites Vergleichssignal liefert, das entsprechend der Differenz zwischen diesen variiert, wobei die ersten, zweiten und dritten Teilchengrößenermittlungsschaltungen an die zweite Vergleichsschaltung angeschlossen sind und abhängig von dem Vergleichssignal die ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale verändern.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das kombinierte Signal der Mittelwert aus ersten und zweiten Teilchengrößensignalen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vergleichsschaltung (46) ein Komparator ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationsschaltung eine erste Impedanz (36) mit einem ersten Anschluß enthält, verbunden mit der ersten Perzentilengrößenermittlungsschaltung, und einen zweiten Anschluß, verbunden mit der zweiten Vergleichsschaltung, und eine zweite Impedanz (40) mit einem ersten Anschluß, verbunden mit der zweiten Perzentilengrößenermittlungsschaltung, und

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einen zweiten Anschluß, verbunden mit dem zweiten Anschluß der ersten Impedanz.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz der ersten und zweiten Impedanz so gewählt ist, daß das kombinierte Signal praktisch gleich dem dritten Teilchengrößensignal ist, wenn die ersten, zweiten und dritten Teilchengrößensignale richtig sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Perzentilengrößen unter bzw. über der dritten Perzentilengröße liegen und von dieser praktisch gleich weit entfernt sind.

19o Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, gekennzeichnet durch drei Viertel, ein Viertel bzw. 1/2 als vorgegebene erste, zweite und dritte Perzentilen.

Patentanwälte

Dipl.-!ng. L Eilor

EluabetimJSoe 54

£098ίΊΒ/Π789

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