DE2546553A1

DE2546553A1 - Leitfaehigkeitsueberwachungssystem

Info

Publication number: DE2546553A1
Application number: DE19752546553
Authority: DE
Inventors: Wendell V Ebling; Herbert Goldsmith; Rodolfo R Ridriguez
Original assignee: Baxter Laboratories Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1974-10-31
Filing date: 1975-10-17
Publication date: 1976-05-06
Also published as: IL48202A; GB1501890A; SE7512196L; NL7512811A; FR2289918A1; IE41733B1; CH600348A5; DK482875A; AU8622375A; IE41733L; JPS5167193A; BR7507188A; AR207791A1; IT1045493B; IL48202A0

Description

Leitfähigkeitsüberwachungssystem

Die Erfindung betrifft ein Leitfähigkeitsüberwachungssystem für
die Überwachung der Leitfähigkeit eines in ein Gehäuse einströmenden und aus ihm ausströmenden Strömungsmittels, insbesondere Flüssigkeit.

!Bei der Blutdialyse wird Blut durch eine Dialyseeinheit auf der
!einen Seite einer Zellulosemembran o.dgl. vorbeigeführt und eine
Dialyselösung wird an der anderen Seite der Membran vorbeigeführt, idie eine Salzkonzentration enthält, die ausreicht, um die Dialyse-

!lösung im wesentlichen isotonisch bezüglich des Blutes zu machen.

Während der Dialyse treten unerwünschte Stoffe, wie z.B. Harnstoff ;Kreatin und einiges Wasser durch die Membran hindurch aus dem Blut in die Dialyselösung ein, so daß das Dialysegerät in vielen wichtigen Aspekten die Funktion der natürlichen Niere übernimmt.

Es gibt verschiedene Vorrichtungen für die Abgabe der Dialyselösunc an das Dialysegerät. Eine bekannte Vorrichtung ist der RSP Dialyzei

609819/1210

der Travenol Laboratories, Inc.,Deerfield, Illinois. Andere Diailyseabgabesysteme, die auf dem Markt erhältlich sind, geben kleine j

1 ι

Mengen Dialyselösung an ein Flachplattendialysegerat vom Kiil-Typ j ο.dgl. ab, in denen die Dialyselösung auf einem einzigen Pfad durch das Dialysegerät hindurchgeführt und dann verworfen wird. j

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Leitfähigkeitsüberwachungssystem zu schaffen, mit dem die Leitfähigkeit eines Strömungsmittels, insbesondere einer Flüssigkeit und weiter insbe-j sondere einer Dialyseflüssigkeit, auf einfache Weise und möglichsti

genau überwacht werden kann. \

Diese Aufgabe wird durch die im vorstehenden Hauptanspruch aufge- | führten Merkmale gelöst. j

Vorzugsweise sind in einem Gehäuse, durch das das zu überwachende !Strömungsmittel, insbesondere die Flüssigkeit, hindurchgeführt wird, drei Elektroden angeordnet. Eine von ihnen ist eine gemein- j

¹ j

same Elektrode und ist näher an der einen als an der anderen j

j ;

jElektrode angeordnet. Die Elektroden werden von einem Oszillator her erregt, der vorzugsweise eine Ausgangsfrequenz von 500 Hz hat. Der Ausgang des Oszillators ist über einen Transformator an die Elektroden angekoppelt. Die gemeinsame Elektrode ist mit dem einenj Ende der Sekundärwicklung dieses Transformators verbunden und die beiden anderen Elektroden sind mit dem anderen Ende dieser Wicklung !verbunden. Widerstände liegen einzeln in Reihe mit diesen beiden !Elektroden und wirken als Konstantstromquellen, wenn die Elektrodeji

erregt werden. Die Leitfähigkeit wird an dem weitabständigen Elek-

itrodenpaar, d.h. zwischen der gemeinsamen Elektrode und einer der

$09819/1210

anderen Elektroden und an dem nahabständigen Elektrodenpaar, d.h. zwischen der gemeinsamen Elektrode und der anderen der beiden [Elektroden, bestimmt. Die Differenz wird als tatsächliche Leitfähigkeit genommen. Bei dieser Anordnung werden Änderungen in der !Leitfähigkeit infolge von sich an den Elektroden und dem Gehäuse

!über einen Zeitraum ansammelnden Fremdmaterial kompensiert, da jdie Differenz in der Leitfähigkeit zwischen den beiden Elektrojdenpaaren die gleiche bleibt, selbst wenn die Leitfähigkeit zwischen den Elektroden des einzelnen Elektrodenpaares sich ändern :sollte.

Zweckmäßigerweise wird weiterhin die Primärwicklung eines zweiten j

Transformators über die Widerstände gelegt, die mit den einzelnen !

Elektroden verbunden sind. Dieser zweite Transformator gibt an j

seiner Sekundärwicklung eine Differenzspannung ab, die der Diffe- j renz in der Leitfähigkeit zwischen den beiden Elektrodenpaaren entspricht. Nach Verstärkung wird diese Differenzspannung von einem phasenempfindlichen Sample/Hold-Schaltkreis gesampelt und das gesampelte Signal wird auf Anzeigeeinrichtungen gekoppelt, um eine ', Anzeige des Leitfähigkeitswertes des Strömungsmittels zu ermöglichen und/oder Alarmeinrichtungen für zu hohe oder zu niedrige Leitjifähigkeitswerte auszulösen.

;Vorzugsweise ist weiterhin ein Temperaturfühler für das Erfühlen !der Temperatur des Strömungsmittels vorgesehen; das Ausgangssignal des Temperaturfühlers wird für die Ableitung eines temperaturkompeii isierten Leitfähigkeitssignals benutzt. Bei Einsatz eines Temperatur jfühlers ist es auch zweckmäßig, wenn Schaltungsmittel für das Er-I fassen und die Anzeige des Ausfalls oder der Nicht-Betriebsbe-

609819/1210

lreitschaft des Temperaturfühlers vorgesehen sind.

ι
I
'Die beiden Transformatoren stellen zusätzlich eine Isolation zwi- :sehen den Leitfähigkeitssignalen und den elektronischen Elementen ; des Systems dar.

Weitere Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltung gen des erfindungsgemäßen Leitfähigkeitsüberwachungssystems^/Eine Ausführungsform soll nun anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben werden. Es zeigt: ;

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Leitfähigkeitsmeßzelle;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch eine Elektrode in der Leitfähigkeitsmeßzelle gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 ein elektrisches Blockdiagramm zur schematischen Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Leitfähigkeitsüberwachungssystems.

,In der Fig. 1 ist eine Leitfähigkeitsmeßzelle 10 dargestellt, die

' als Beispiel für eine Baugruppe dienen soll, die zusammen oder

; als Bestandteil des Leitfähigkeitsüberwachungssystems der vorlie- ί jgenden Erfindung dienen soll. Zu der Leitfähigkeitsmeßzelle gehört

ein Gehäuse 12, das einen zylindrischen Querschnitt aufweisen kann 'und aus einem nicht-leitenden Material, wie Kunststoff o.dgl., bejsteht. Das Gehäuse 12 wird von einem Kanal 14 durchsetzt, der an

seinen beiden Enden von Anschlußrohrstücken 15 und 16, die mit dem Gehäuse 12 verklebt oder sonstwie mit diesem verbunden sein können

609819/1210

und dem Anschluß von nicht gezeigten Schläuchen dienen, mit denen eine Flüssigkeit in das Gehäuse ein- bzw. aus dem Gehäuse abgeführt wird, bestimmt ist.

i 12

jDrei Elektroden 20,21 und 22 sind an dem Gehäuse derart befestigt, ;daß sie der den Kanal 14 durchströmenden Flüssigkeit ausgesetzt ,sind. Die Elektroden 20,21 und 22 können aus einem beliebigen !elektrisch-leitenden Werkstoff gefertigt sein. Bei dem gezeigten

Ausführungsbeispiel bestehen die drei Elektroden 20,21 und 22 vor-

;zugsweise aus einer Kohlenstoffelektrode in Form eines zylindrischen Schaftes 23 und einem in seinem Durchmesser vergrößerten Kopf 24, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist. Die Kohlenstoffelektrode

-. ²⁶

ist in einen Hohlraum 25 eines Anschlußstückes eingebracht, welches aus einem nicht-leitenden Material besteht. Das Anschlußstück 26 ist mit einem Gewindeansatz 27 versehen, mit dem es in eine entsprechende Gewindebohrung 28 des Gehäuses 12 einschraubbar ist. Die Kohlenstoffelektrode erstreckt sich durch das Anschlußstück 26 in den Kanal 14 in dem Gehäuse 12 hinein, so daß die in das Gehäuse einfließende und das Gehäuse durchströmende Flüssigkeit sie berührt. Eine Anschlußklemme 30 greift mit einem Gewindeende 31

in ein in dem Hohlraum 25 des Anschlußstückes 26 ausgebildetes : Gewinde, um den elektrischen Kontakt zu der Kohlenstoffelektrode hin aufzubauen. \

Wie am besten aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Elektrode 21 ί näher an der Elektrode 20 als der Elektrode 22 angeordnet. Wie ^; weiter unten noch genauer beschrieben wird, wird die Elektrode 21 als gemeinsame Elektrode für solche Zwecke benutzt, die noch wei- · ter unten beschrieben werden.

609819/1* ο

■Vorzugsweise und mit Vorteil ist die Leitfähigkeitsmeßzelle 10 mit

einem Temperaturfühler 32 ausgerüstet, der die Temperatur der

■Flüssigkeit erfaßt, die durch den Kanal 14 im Gehäuse 12 strömt. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Temperaturfühler 32 ein Thermistor, der sich durch eine Öffnung 33 in dem Gehäuse 12 derart erstreckt, daß sein Ende in dem Kanal 14 in Berührung mit der durch das Gehäuse 12 strömenden Flüssigkeit kommt.

Wie bereits vorstehenden angedeutet, kann die Leitfähigkeitsmeßzelle 10 zusammen mit dem Leitfähigkeitsüberwachungssystem, das noch weiter unten beschrieben wird, in einem Dialysesystem verwendet werden, um die Leitfähigkeit der Dialyselösung zu überwachen, die im Kanal 14 das Gehäuse 12 durchströmt. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Leitfähigkeitsüberwachungssystems ist aber nicht auf Dialysesysteme beschränkt, sondern das erfindungsgemäße System kann mit Vorteil auch zur Überwachung der Leitfähigkeit anderer Strömungsmittel verwendet werden, wobei die Anwendungsfälle ebenfalls verschieden sein können.

In der Fig. 3 ist die Leitfähigkeitsmeßzelle 10 schematisch dargestellt und wird durch ein die Elektroden 20,21 und 22 umfassendes gestricheltes Rechteck dargestellt. Die Elektrode 21 ist die gemeinsame Elektrode und liegt näher an der Elektrode 20 als an der Elektrode 22.

Die Elektroden 20, 21 und 22 sind an einen Differenzier- und Isolierikreis gekoppelt, der allgemein mit der Bezugszahl 40 belegt ist, ;um die Leitfähigkeit des durch die Leitfähigkeitsmeßzelle 10 strömenden Strömungsmittels zu erfassen und zu überwachen. Bei Betrieb

609819/1210

des Systems wird ganz allgemein die Leitfähigkeit zwischen den ein^n großen Abstand voneinander aufweisenden Elektroden 21 und 22 und ;

!zwischen den einen geringeren Abstand voneinander aufweisenden Elektroden 20 und 21 gemessen. Die Differenz wird als tatsächliche !Leitfähigkeit des Strömungsmittels genommen. Im folgenden wird als Strömungsmittel eine Flüssigkeit beschrieben. Bei dieser Anordnung kann der Effekt auf die Leitfähigkeit durch an den Elektroden 20-21 über einen Zeitraum angesammeltes Fremdmaterial kompensiert werden, da sich zwar die Leitfähigkeit zwischen den Elektroden der beiden Paare ändern kann, jedoch die Differenz der Leitfähigkeit der beiden Elektrodenpaare dieselbe bleiben wird. Daher können ' diese Leitfähigkeitsänderungen mathematisch eliminiert werden, ; ohne daß sie das Meßergebnis verfälschen. ;

Der Eingang zu dem Differenzier- und Isolierkreis 40 ist ein

i Oszillator 42, der von üblicher Bauart sein kann und beispielswei-i se eine Ausgangsfrequenz von 500 Hz aufweist. Die Frequenz ist nicht kritisch; nur müssen andere Schaltungsparameter entsprechend eingestellt werden, um bei der gewählten oder eingestellten Frequenz einwandfrei zu arbeiten. Während der Oszillator 42 von übli-,

j eher Bauart sein kann, weist er bei der in der Fig. 3 gezeigten ; Ausführungsform drei Rechenverstärker 43,44,45 auf, von denen jeder vom ,uA741-Typ sein kann, die zur Bildung eines quadratischen j !Oszillators zusammengekoppelt sind. Der Oszillator 42 wird von einer geeigneten Quelle (nicht gezeigt) mit Energie versorgt und ein Startschaltkreis bestehend aus einem Kondensator 46, einem Widerstand 47 und einer Diode 48 ist zwischen die Spannungsquelle

und den Verstärker 44 geschaltet, um den Schwingungsbeginn des j
^Oszillators 42 sicherzustellen, wenn dieser zu Beginn mit Leistung

609819/1210

[versorgt wird. Zwischen der Kathode und der Eingangsklemme liegt 'ein nicht näher bezeichneter Widerstand und der Verbindungspunkt zwischen diesem Widerstand und der Kathode der Diode 48 und Masse liegt ein anderer Widerstand.

Ausgangsseitig ist der Oszillator 42 über den Differenzier- und Isolierkreis 40 an die Elektroden 20-22 mit Hilfe der Primärwicklung 49 eines Transformators T1 gekoppelt. Das eine Ende der Sekundärwicklung 50 des Transformators T1 ist mit der gemeinsamen Elektro-' de 21 verbunden, während das andere Ende der Sekundärwicklung 50 j über Widerstände 51- und 52 mit den zugeordneten Elektroden 20 bzw.' ;22 verbunden ist. Ein Widerstand 53 baut einen hochohmigen Weg ; zwischen dem mit der gemeinsamen Elektrode 21 verbundenen Ende der' Sekundärwicklung und der Elektrode 22 auf. Die Widerstände 51 und ' 52, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel Werte von 30k0hm auf-, weisen, dienen als Stromquellen für die Beaufschlagung der Elektrofden 20,21 und 22, da diese Widerstände an der einen Seite der Sekundärwicklung 50 des Transformators T1 liegen und den beiden Elektroden 20 und 22 angenähert Ströme gleicher Höhe zuführen. Bei konstantem Strom und einer Widerstandsänderung infolge der . I sich ändernden Leitfähigkeit der Flüssigkeit in der Leitfähigkeitsfjmeßzelle 10 entsteht daher eine Differenzspannung, die die Leit- ; jfähigkeitsdifferenz zwischen den Elektroden 20 und 21 und den Elektroden 21 und 22 darstellt; diese Spannung wird bei dem gelzeigten Ausführungsbeispiel mittels eines Transformators T2 auf j den Eingang eines Verstärkers 55 gelegt. Die Primärwicklung 56 j des Transformators T2 liegt derart über den beiden Widerständen

51 und 52, daß die Differenzspannung über die Sekundärwicklung 57 auf den Eingang des Verstärkers 55 gelegt wird. Andere Schaltungs-

609819/1210

anordnungen für das Erfassen und die Abgabe dieser Differenzspannung als Ausgangssignal können benutzt werden. Z.B. können zwei i Transformatoren oder zwei Rechenverstärker eingesetzt werden, von ^! denen jeder ein Ausgangssignal abgibt, das die Leitfähigkeit des ■zugeordneten Elektrodenpaares darstellt. Die Ausgangssignale können 'dann durch geeignete Schaltmittel, wie z.B. Rechenverstärker, auf- ^summiert werden, auf diese Weise eine Differenzspannung zu erzeuigen. Ein Vorteil der in der Fig. 3 gezeigten Anordnung ist darin zu sehen, daß eine Isolierung der Leitfähigkeitssignale von den elektronischen Bestandteilen des Überwachungssystems gewährleistet, ist, so daß diese Leitfähigkeitssignale nicht negativ beeinflußt ^; iwerden können.

Der Ausgang des Verstärkers 55 ist auf den Eingang eines weiteren :

Verstärkers 55 geführt. Weiterhin wird ein Oszillatorsignal vom ;

!Verstärker 44 des Oszillators 42 abgenommen und auf denselben Ein-; gang des Verstärkers 58 geführt, um eine Summenbildung mit dem . Differenzausgangssignal des Verstärkers 55 zu ermöglichen. Dies •Oszillatorsignal ermöglicht die Kompensation oder die Eliminierung irgendwelcher harmonischer Störungen, die vorliegen können, um eine solche Störung aus dem Ausgangssignal des Verstärkers 58 zu ,entfernen, welches Ausgangssignal den Wert der Leitfähigkeit in ;der Flüssigkeit in der Leitfähigkeitsmeßzelle 10 darstellt.

Die Leitfähigkeit der Flüssigkeit in der Leitfähigkeitsmeßzelle 10 j kann in einem relativ weiten Bereich in Abhängigkeit von der Tempeh :ratur schwanken. Aus diesem Grunde ist der bereits vorstehend erwähnte Temperaturfühler 32 vorgesehen, der in der gezeigten Äus- !führungsform ein an der Leitfähigkeitsmeßzelle 10 angeordneter

609819/1210

Thermistor ist, der Temperaturänderungen in der in die Meßzellen ' einströmenden und aus ihr ausströmenden Flüssigkeit erfaßt. Die j Signale dieses Temperaturfühlers 32 werden auf den Eingang eines

!Verstärkers 59 geführt, welcher ein Temperaturkompensiersignal für einen Eingang des Verstärkers 58 abgibt. Da das Differenzspannungssignal der Leitfähigkeitsmeßzelle 10 eine Phasenverschiebung aufweist und das Ausgangssignal des Thermistors 32 eine solche Phasenverschiebung nicht aufweist, wird das Differenzspannungssignal vom Verstärker 55 her über ein Phasenschiebernetzwerk angekoppelt. Das Phasenschiebernetzwerk besteht aus zwei in ihrer Beschaltung in der Fig. 3 gezeigten Widerständen 60 und 61 und einem Kondensator 62. Mittels dieses Phasenschiebernetzwerkes wird ein phasen-· korrigiertes Differenzspannungssignal auf den Eingang des Verstärkers 58 gegeben, welches mit dem temperaturkompensierten Ausgangssignal des Verstärkers 59 aufsummiert wird. Daher stellt das ;Ausgangssignal des Verstärkers 58 ein temperaturkompensiertes Leitfähigkeitssignal dar, das hinsichtlich der durch die Zelle 10 und die Transformatoren T1 und T2 eingeführten Phasenverschiebung

!phasenkorrigiert ist.

Das Leitfähigkeitssignal am Ausgang des Verstärkers 58 ist ein iWechselspannungssignal, das zeitproportional zu dem temperatur-

!kompensierten Leitfähigkeitssignal ist. Das Wechselspannungsleit-

s ι

ι .

jfähigkeitssignal wird auf einen sogenannten Sample/Hold-Schaltkreis '82 gegeben, der von bekannter Bauart sein kann und einen Rechen-

I ί

■verstärker, wie z.B. den Rechen verstärker 65 benutzt. Bei der ge- ; I zeigten Ausführungsform wird die Ansteuerung des Sample-Hold- ;

I !

j Schaltkreises 82 vom Oszillator 42 her bewirkt, dessen Ausgang : [über eine Diode 83 und einen Widerstand 84 mit der Basiselektrode ..

j ·

609819/1210

eines PNP-Transistors 85 verbunden ist. Die Kollektorelektrode des !Transistors 85 wird über einen Widerstand 86 mit einer negativen

j Speisespannung -V beaufschlagt. Weiterhin ist die Kollektorelektroide des Transistors 85 über einen Widerstand 87 mit der Gate-Elektro-

ide eines Feldeffekttransistors 88 (FET) verbunden. Die Source- ;Elektrode des FET 88 ist mit dem negativen Eingang des Rechenver- ;stärkers 65 verbunden, während die Drain-Elektrode mit dem Verbindungspunkt zwischen zwei Widerständen 88 und 90 verbunden ist. Das andere Ende des Widerstandes 89 ist über einen Kondensator 91 mit dem Ausgang des Verstärkers 58 verbunden, während das andere Ende des Widerstandes 90 mit dem Ausgang des Rechenverstärkers 65 verbunden ist. Ein Rückkopplungs- oder Haltekondensator 92 liegt zwischen dem negativen Eingang und dem Ausgang des Rechenverstärkers 65.

Die beschriebene Ausführungsform des Sample/Hold-Schaltkreises 82 arbeitet so, daß die Schaltung effektiv dem Ausgang des Verstärkers 58 "folgt". Im einzelnen schaltet der Oszillator 42 den Transistor 85,um diesen ΕΓΝ-oder AUS-zuschalten. Bei dem besonderen Aasführungsbeispiel wird der Transistor 85 nur AUS-geschaltet, wenn die Ausgangsspannung des Oszillators -0,6 V übersteigt. Wenn der Transistor 85 durchgeschaltet wird, wird auch der FET 88 durchgeschaltet. Wie es bei üblichen Sample/Hold-Schaltkreisen der Fall ^: ist, erfaßt^zvQieser Zeit der Rechenverstärker 65 das Eingangssignal aft seinem negativen Eingang, welches Eingangssignal dem Ausgangs- \

signal des Verstärkers 58 entspricht. Der Kondensator 92 lädt sichj

I '. auf einen Wert auf, der dem des Ausgangssignals des Verstärkers 58j

', entspricht, welches natürlich die Leitfähigkeit der Flüssigkeit j in der Leitfähigkeitsmeßzelle 10 darstellt. Wenn der Oszillator 42;

609819/1210

den Transistor 85 wiederum AUS-schaltet, wird auch der FET 88 AUS-

geschaltet. In diesem Zustand bleibt am Ausgang des Rechenverstärkers 65 die zuletzt erfaßte Spannung stehen, da der Kondensator j

i ■!

192 bis zur nächsten Abtastperiode seine Spannung hält. Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung oder das die Leitfähigkeit der !

[Flüssigkeit in der Leitfähigkeitsmeßzelle 10 darstellende Signal = !unter der Steuerung durch den Oszillator 42 fortlaufend erfaßt. \

j !

jDaher wird das von einer Phasenverschiebung im Ausgangssignal des :

'Verstärkers 58 herrührende Problem eliminiert.

ί ;

I ,Die erfaßten Signale vom Ausgang des Rechenverstärkers 65 werden I

:auf den Eingang eines Verstärkers 67 geführt, der als Integrier- j verstärker geschaltet ist. Dieser Verstärker 67 gibt ein Gleich- j iSpannungssignal ab, welches proportional (Mittelwert) der Leitfähigkeit ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 67 wird über j einen Eichschalter 68 geführt und letztendlich ajf ein Meßgerät 69 i ^:und auf zwei Alarmeinrichtungen 70 und 71 gegeben, von denen die eine bei zu hoher Leitfähigkeit und die andere bei zu niedriger iLeitfähigkeit anspricht. - . . ,

Im einzelnen wird das Ausgangssignal des Verstärkers 67 über den Eichschalter 68 auf den positiven Eingang eines Rechenverstärkers i 72 geführt. Der andere bzw. negative Eingang des Rechenverstärkers

72 wird mit einem Gleichspannungsbezugssignal beaufschlagt, das

Idurch Einstellung eines Potentiometers 73 bestimmt wird und eine !Null-Stromstellung des Meßgerätes 69 ermöglicht. Ein veränderliche^ Widerstand 72 liegt zwischen dem Ausgang des Verstärkers 72 und dem Meßgerät 69 und dient der Einstellung des Vollausschlages des Meßgerätes 69. Genauer gesagt wird am Ausgang des Rechenverstärker^

609819/1210

72 das Signal durch Einstellung des am Eingang des Verstärkers 72 angeordneten Potentiometers 73 auf 0 V eingestellt. Dies führt zur :

Null-Einstellung des Meßgerätes 69 unabhängig von der Einstellung des Voll ausschlage. Die Einstellung des Vollausschlags wird

dann durch den veränderlichen Widerstand 74 zwischen dem Ausgang ι

des Verstärkers 72 und dem Meßgerät 69 ermöglicht. In praxi entspricht der Null-Strom tatsächlich -10 % der Meßgeräteskala, stellt aber auch einen Nullstrom durch das Meßgerät hindurch dar. Der zwischen die Elektroden 21 und 22 geschaltete Widerstand 53 wird zur Vorspannung der Leitfähigkeitsmeßzelle 10 in der Weise benutzt,

daß ein negativer Wert angezeigt wird, wenn überhaupt keine Flüs- ⁱ sigkeit in der Leitfähigkeitsmeßzelle vorhanden ist. Mit anderen Worten: wenn die Leitfähigkeitsmeßzelle trocken liegt, erfolgt eine Anzeige auf dem Meßgerät im Bereich negativer Prozentsätze. ! Der Widerstand 53 weist einen so hohen Wert auf, daß er die Eichung des Meßgeräts 69 nicht beeinflußt. j

Das Ausgangssignal des Verstärkers 67 wird über den Eichschalter 68 auch auf die negativen Eingänge zweier Rechenverstärker 75 und 76 geführt, von denen jeder als Vergleicher geschaltet ist. Die j

Vergleichsspannungen werden auf die positiven Eingänge der Verstärker mittels zweier Potentiometer 77 bzw. 78 gegeben und stellen besondere Leitfähigkeitswerte dar. Die Ausgangssignale der Rechenverstärker 75 und 76 werden auf Ausgangstorschaltungen 79 bzw. 80 geführt. Die Torschaltungen 79 und 80 können Schmitt-Trigger vom Typ 7413 sein, die zur Abgabe eines Ausgangssignals für die Auslösung eines Alarms in dem Falle getriggert werden, in dem der Leitfähigkeitswert der Flüssigkeit in der Leitfähigkeitsmeßzelle 1g 'größer oder kleiner als die hohen und niedrigen Leitfähigkeitswerte

609819/1210

sind, die durch die Vergleicher 75 und 76 vorgegeben worden sind. IIn einem besonderen Anwendungsfall können die Vergleichsspannungen: der Vergleicher 75 und 76 in etwa dem Werte nach ±5 % eines bestimmten Leitfähigkeitswertes sein, so daß die Signale an den Aus-, gangen der Torschaltungen 70 und 71 jeweils ein logisches Signal darstellen, das seinen logischen Wert bei Änderungen von ± 5 % ändert.

Bei der gezeigten Ausfuhrungsform des Leitfähigkeitsüberwachungs-

-Typ systems kann jeder Verstärker vom aiA741 sein. Es kann aber auch die eine Hälfte eines Dual-Rechenverstärkers vom Typ 5558 verwendet werden. In jedem Falle sind die Rechenverstärker so geschaltet, daß sie als Oszillator, Summierverstärker, Vergleicher, Sample/Hold-Schaltkreis oder Integrator arbeiten, wie dies vorstehend allgemein beschrieben worden ist, damit sie die gewünschten Funktionen erfüllen können.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß das Leitfähigkeitsüberwachungssystem zur Überwachung der Leitfähigkeit beliebiger Flüssigkeiten eingesetzt werden kann, die durch die Leitfähigkeitsmeßzelle hindurchgeführt werden. Insbesondere können Dialyse-ι !lösungen hinsichtlich ihrer Leitfähigkeit überwacht werden. Bei ;der beschriebenen Anordnung der drei Elektroden 20,21 und 22 in jder Leitfähigkeitsmeßzelle kann die Beeinflussung der Leitfähigkeit der Elektroden 20 und 21 als Folge von sich auf ihnen oder dem Ge-; 'häuse in einem gewissen Zeitraum ansammelnden Fremdmaterial sehr 'leicht kompensiert werden, so daß genauere Leitfähigkeitsmessungen ermöglicht werden. Durch die Verwendung der Transformatoren T1 und; T2 zur Ankopplung eines Erregungssignals an die Elektroden 20-21 i

609819/1210

_₁₅_ 25465TS3

und zur Erfassung und zum Auskoppeln einer Differenzspannung an (das Meßgerät 69 und an die Alarmeinrichtungen 70 und 71 für zu hohe oder zu niedrige Leitfähigkeitsmeßwerte werden die Leitfähigkeitssignale gegenüber den restlichen elektronischen Bausteinen ides Systems abgetrennt, so daß die Leitfähigkeitssignale nicht [negativ beeinflußt werden. Der Wert der Leitfähigkeit der in die Leitfähigkeitsmeßzelle einströmenden und diese verlassenden Flüsjsigkeit kann auf dem Meßgerät 69 angezeigt und/oder zur Aktivierung von Alarmeinrichtungen für zu hohe oder zu niedrige Leitfähigkeit verwendet werden. Bei der gezeigten Ausführungsform kann _:die Sekundärwicklung 57 des Transformators T2 mit Hilfe eines Kondensators (nicht gezeigt) abgestimmt werden, um eine Belastung zu verringern und um eine Phasenverschiebungskorrektur am Differenzspannungssignal zu ermöglichen. In diesem Falle kann das Phasenschiebernetzwerk einschließlich der Widerstände 60 und 61 und des Kondensators 62 an der Ausgangsseite des Verstärkers 55 in For]; fall kommen.

Bei der gezeigten Ausführungsform wurde gefunden, daß eine fehlerhafte Anzeige der Leitfähigkeit der Flüssigkeit in der Leitfähig- j keitsmeßzelle erfolgen kann, wenn der Thermistor 32 schadhaft oderj nicht zugeschaltet ist. In einem solchen Falle wird die volle Aus-j

gangsspannung des Oszillators 42 als Ausgangssignal auf den Ver- ; :stärkern 59 gekoppelt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 59 ist !dann eine positive Gleichspannung, die nach Aufschaltung auf den Verstärker 58 letztendlich zu einer fehlerhaften Anzeige führt.

.•Um die Bedienungsperson von dem Ausfall des Thermistors 32 zu warjnen, wird daher das Ausgangssignal des Verstärkers 59 über eine

609819/1210

Diode 95 und einen Widerstand 96 auf den negativen Eingang eines j Rechenverstärkers 97 geführt. Ein Filternetzwerk bestehend aus I einem Kondensator 98 und einem Widerstand 99 ist ebenfalls an den i

!negativen Eingang des Rechenverstärkers 97 angekoppelt, um die ; •Spitzenwerte zu filtern. Der positive Eingang des Rechenverstärkers i97 ist mit dem Schleifer eines Potentiometers 100 verbunden, das mit einem anderen Widerstand 101 in Reihe zwischen dem Bezugs- !potential und einer negativen Versorgungsspannung -V liegt. Der ■Eingang ist so eingestellt, daß er bei einem Phasenwinkel von angenähert 25° positiv wird. :

.Das Aus gangs signal des Rechenverstärkers 97 wird über eine Diode ·^; 102 und einen Widerstand 103 zu dem Verbindungspunkt der beiden ,Widerstände 89 und 90 des Sample/Hold-Schaltkreises 82 geführt.

Im Betrieb wird die hohe Ablesespannung, d.h. die hohe positive ,Ausgangsspannung am Ausgang des Verstärkers 59 als Folge des Aus-

!falls oder des Nichtangeschlossenseins des Thermistors 32 durch iden Rechenverstärker 97 erfaßt. Das Ausgangssignal des Rechenver-

j stärkers 97 folgt der hohen positiven Spannung an seinem Eingang I und wird negativ und übersteuert nach seinem Ankoppeln an den j

jSample/Hold-Schaltkreis 82 effektiv das Ausgangssignal vom Ver- i stärker 58. Das überlagerte negative Ausgangssignal des Rechenverstärkers 97 führt dazu, daß das Ausgangssignal des Rechenverstärkers 65 eine Warneinrichtung in der bereits vorstehend näher

ίbeschriebenen Weise antriggert, wenn sein Ausgangssignal auf den Rechenverstärker 67 gegeben wird.

- 17 -

Θ09819/1210

Claims

Patentansprüche

\ 1/ Leitfähigkeitsüberwachungssystem für die Überwachung der Leitfähigkeit eines in ein Gehäuse hinein und durch das Gehäuse hindurchströmenden Strömungsmittels, insbesondere Flüssigkeit, gekennzeichnet durch Änzeigeeinrichtungen (69;7O;71), Elektroden (20,21,22) in einer Leitfähigkeitsmeßzelle (10) für die Abgabe eines von der Leitfähigkeit des Strömungsmittels abhängigen Signals und Signalkoppel- und Verarbeitungseinrichtungen (40,42, 82), die auf die Ausgangssignale der Elektrodenanordnung (20,21, 22) ansprechen und Leitfähigkeitsausgangssignale an die Anzeigeeinrichtungen abgeben.

2. Leitfähigkeitsüberwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung wenigstens eine gemeinsame Elektrode (21), eine erste und eine zweite Elektrode (20,22) in dem Gehäuse in Berührung mit dem Strömungsmittel aufweist, von denen die gemeinsame Elektrode (21) näher an der er-^;

j sten Elektrode (20) als an der zweiten Elektrode (22) angeordnet

! i

ist, so daß die Leitfähigkeit zwischen

609819/1210

zwischen der gemeinsamen Elektrode (21) und der ersten Elektrode; (20) sich von der Leitfähigkeit zwischen der gemeinsamen Elektrode (21) und der zweiten Elektrode (22) unterscheiden wird, daß

ι Mittel für die Spannungsversorgung der Elektroden vorgesehen ' sind, die für einen im wesentlichen konstanten Stromfluß durch : sie hindurch sorgen, und daß die Koppel- und Verarbeitungsschaltung Mittel für die Erfassung der Leitfähigkeitsdifferenz zwischen der gemeinsamen und der ersten Elektrode (21,20) und zwischen der gemeinsamen und der zweiten Elektrode (21,22) und für die Abgabe eines Differenzspannungsausgangssignals aufweist, welches dem Wert der Leitfähigkeit in dem Strömungsmittel entspricht.

3. Leitfähigkeitsüberwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Transformator (T1) mit einer Primärwicklung (49) und einer Sekundärwicklung (50) vorgesehen ' ist, wobei die gemeinsame Elektrode (21) mit dem einen Ende der Sekundärwicklung (50) verbunden ist und die erste und die zweite Elektrode (20;22) mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung , verbunden ist^und daß ein erster und ein zweiter Widerstand

• (51;52) zwischen dem anderen Ende der Sekundärwicklung (50) und' der ersten bzw. zweiten Elektrode (20;22) liegen und daß die

Mittel (42) für die Speisung der Elektrodenanordnung mit der

j - I

Primärwicklung (49) des Transformators (T1) verbunden sind. j

4. Leitfähigkeitsüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis I 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel für die Speisung der Elektrodenanordnung einen Oszillator (42) umfassen.

609819/1210

5. Leitfähigkeitsüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis i 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Transformator (T2)

i :

I mit einer Primärwicklung (56) und einer Sekundärwicklung (57)

j vorgesehen ist, dessen Primärwicklung (56) über dem ersten und

! zweiten Widerstand (51,52) liegt, um die Leitfähigkeitsdifferenz

: zwischen der gemeinsamen Elektrode (21) und der ersten Elektrode (20) einerseits und zwischen der gemeinsamen Elektrode (21)

■ und der zweiten Elektrode (22) andererseits zu erfassen, und

^: dessen Sekundärwicklung (57) das Differenzspannungsausgangs-

; signal abgibt, welches den Leitfähigkeitswert des Strömungsmit-;

i tels darstellt. '.

6. Leitfähigkeitsüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis; 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse ein Temperatur- I

fühler (32) angeordnet ist, der ein ein Maß für die Temperatur ;

des in das Gehäuse (10) einströmenden und aus ihm ausströmenden!

darstellendes Signal
Strömungsmittels/abgibt_/und daß die Signalkoppel- und Verarbei-!

tungsschaltung eine Schaltung (58) aufweist, die auf das Aus- · gangssignal des Temperaturfühlers (32) und auf das den Wert der\ Leitfähigkeit des Strömungsmittels darstellenden Differenzspan-j

nungssignals anspricht, um ein temperaturkompensiertes Leitfähig—

I keitssignal zu erzeugen, wobei Koppelelemente für das Aufschal-;

ten der beiden Signale auf die auf sie ansprechende Schaltung \ j (58) und für das Aufschalten des temperaturkompensierten Ausgangssignals auf die Anzeigeeinrichtungen (69;70;71) vorgesehen sind.

}7. Leitfähigkeitsüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis ! 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler ein Thermistor

609819/1210

(32) ist.

8. Leitfähigkeitsüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtungen ein j Meßgerät (69) aufweisen, das die Ablesung eines die der Leit- j fähigkeit des Strömungsmittels entsprechenden Wertes ermöglichtL

(9. Leitfähigkeitsüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis!

ι

8, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Anzeigeeinrichtungen ;

j Alarmeinrichtungen (70,71) für zu hohe bzw. zu niedrige Leit-

j fähigkeiten gehören, wobei jede dieser Einrichtungen einen Ver-

; gleicher (75;76) für den Vergleich des Wertes des Leitfähig-

! keitssignals mit einem eingestellten hohen bzw. niedrigen Grenz■-

! wert für die Abgabe eines Alarmausgangssignals für die Aktivie-

j rung von Alarmgeräten in dem Fall aufweist, in dem der Wert des

'. Leitfähigkeitssignals größer oder kleiner ist als der vorgegebene

hohe oder niedrige Bezugswert. k

10.Leitfähigkeitsüberwachungssystern nach einem der Ansprüche 1 bis, 9, dadurch gekennzeichnet, daß Phasenkorrekturmittel (60-62) für die Entfernung harmonischer Verzerrungen aus dem temperatur kompensierten Leitfähigkeitsausgangssignal und zur Abgabe eines Wechselspannungssignals vorgesehen sind, welches Signal zeitproportional zu dem Wert der Leitfähigkeit ist, daß die Signalkoppelund Verarbeitungsschaltung einen Sample/Hold-Schaltkrei (82) für das Sampling des Wechselspannungsausgangssignals und auf das gesampelte Wechselspannungsausgangssignal ansprechende Schalteinrichtungen (67) aufweist, welche Schalteinrichtungen (67) ein dem Wert der Leitfähigkeit proportionales Gleichspan-

609819/1210

nungssignal den Anzeigeeinrichtungen (69;7O;71) zuführen.

11.Leitfähigkeitsüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Ausgangssignal des j

und ;

Temperaturfühlers (32) auf das Leitfähigkeitsdifferenzspannungsausgangssignal ansprechende Schaltung eine Summier schaltung isti.

12.Leitfähigkeitsüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis; 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (95-103) für die¹

Anzeige des Ausfalls des Temperaturfühlers (32) vorgesehen ist, die eine Spannungserfassungsschaltung (95-98) für das Erfassen der auf den Eingang der Summierschaltung (58) von dem Temperaturfühler (32) her gelegten Spannung umfaßt, welche Spannungserf assungs schaltung auf das Auftreten eines Signalpegels vorgegebener Höhe (100,101) anspricht und dem den Anzeigeeinrichtungen zugeführten Ausgangssignal ein Signal überlagern kann, so daß diese den Ausfall des Temperaturfühlers (32) anzeigen.

13.Leitfähigkeitsüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß d?e Spannungserfassungsschal-

tung einen Rechenverstärker (973 aufweist.

609819/1210