DE2204377A1 - Datenverarbeitungssystem für Analysengeräte, besonders Gaschromatographen - Google Patents

Description

The Perkin-Elmer Corporation, Norwalk, Conn., U.S»A,

Datenverarheitungssystem für Analysengeräte, besonders GasChromatographen .

Seit 1952, als mit A.J.P. Martin das Zeitalter der Gaschromatographie beganv haben die Fachleute mit dem Problem gekämpft, die analytischen Informationen aus den Daten zu gewinnen. Die erforderlichen Informationen können aus der Reihenfolge von Peaks eines Chromatogramms durch Verwendung von zwei einfachen Begriffen erhalten werden: die Peakauftrittszeit weist eine Verbindung nach, die Fläche unter dem Peak zeigt die Konzentration an. Bei gut aufgelösten Chromatogrammen sind diese Schritte sehr einfach und liefern ihrer Einfachheit entsprechend in Kürze eine Fülle von Daten. Ist das Chromatogramm komplex und enthält es viele Peaks, von denen einige nur teilweise aufgelöst sind, werden noch mehr Daten erzeugt. Die frühen Methoden zur Datenauswertung haben die Stadien der Flächennäherung durch Triangulation, Peakhöheneichung und Verwendung verschiedener Arten von mechanischer Dämpfung und Integration durchlaufen. Der elektronische Integrator mit seiner Fähigkeit, Retentionszeit und Peakflachen mit hoher Genauigkeit zu messen, brachte in das Gebiet neue Genauigkeit und Schnelligkeit. Gerade diese Faktoren führen zu der Forderung nach einem direkteren Interface des Datenausgangs zum Digital-

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rechner. Gegenwärtig in Betrieb befindliche Systene, die elektronische Digitalintegratoren und -rechner verwenden, liefern nach dem Punkt der Probeaufgabe eine fast "freihändige" Analyse. So hochentv/ickelt und nützlich diese elektronischen Datensysteme auch sein mögen, dia Schwierigkeiten werden bald deutlich. An einem Ende des Spektrums befindet sich der elektronische Digitalintegrator; hier kann die Aufgabe, die Daten von Hand in Analysen umzuwandeln, überwältigend groß sein. Amaideren Ende befinden sich die -Digitalrechensysteme, entweder als Spezialrechner oder mit nachgeholter Dateneingabe, mit großer Datenverarbeitungsfähigkeit und Schnelligkeit. Alle diese Faktoren sind belegt durch die Schriften aus einer kürzlichen Zusammenstellung "Computer Automation of Analytical Gas Chroinatocjraphy", die in der Zeitschrift "Journal of Chromatographie Science" ftr. 7, 19 69 und Nr. 3, 197o veröffentlicht wurde.

Der Fachmann auf dem Gebiet der GasChromatographie besitzt lange Erfahrung in der Auswertung von, von einem Gaschromatographen erzeugten Daten von Hand, Er hat zahlreiche Hilfsmittel verwendet zur Umwandlung dieser Daten, einschließlich Messen von Hand mit Lineal oder Planimeter und später mehr automatische Methoden mit mechanischen und elektronischen Integratoren. Sowohl manuelle als auch Integratortechniken liefern dem Analytiker die von ihm benötigten Ausgangsinformationen: Retentionszeit der getrennten Komponenten und Fläche unter jedem Peak. Das ist jedoch nur ein Anfang; diese Daten müssen nun weiter durch mühsame Berechnungen ausgewertet werden, bevor der Fachmann einen fertigen Bericht seiner Analyse vorliegen hat. Bei den Bemühungen um eine Verminderung der zeitraubenden Arbeit der Datenauswertung von Hand (selbst noch bei Unterstützung durch Integratoren) haben sich die Fachleute Rechensystemen zugewandt, um den Ausgang des Chromatographen automatisch zu handhaben.

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Die Aufgabe, Chromatographendaten auszuwerten, liegt innerhalb der Fähigkeiten des Digitalrechners. 3r kann die Daten genau so gut v?ie, und manchmal besser als der Bedienungsinann handhaben und deuten. Er verarbeitet Daten auf unfehlbar wieclerholbars "Teise; wenn das System richtig ausgelegt und programmiert ist, kann er.diese Uiderholbarkeit in analytische Genauigkeit umsetzen.

Die Verwendung eines Rechners in Laboratorien bringt j edoQh häufig völlig neue Probiene mit sich. Diese Probleme bestehen z.3. in:

1. Den Hosten der Bauelemente für den Rechner selbst und der Einrichtung eines Laboratoriums zur Aufnahme eines Rechensystems.

2. Langwierigen und schwierigen Installationen.

3. Der ständigen Notwendigkeit nach fähigen Programmierern und Personal zur Instandhaltung des Rechners.

4. Der Schwierigkeit bei einer Timesharing-Anlage, echte Zeitmessungen auf Tiruesharing-Basis durchzuführen.

Allgemein .in analytischen Datenverarbeitung,«systemen verwendete Rechner erfordern digitale Informationen, wohingegen der Ausgang der meisten Geräte analog ist. Bei der übertragung dieser analogen Informationen auf den Rechner kann besonders bei großen Entfernungen ein Rauschen im System verursacht werden, wodurch seine Wirksamkeit herabgesetzt wird.

Dann muß zwischen beide eine Umwandlungseinheit der gleichen Art geschaltet werden, um die Umwandlung zu bewirken. Diese Einheit soll ein Interface und der Rechner eine Datenverarbeiturrjsanlare genannt werden.

natürlich ist e^ nicht wünschenswert, daß die Information van ler-.t ^eo int rächt igt wird, cüar>?.lb kann f. a ^ Interface

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als sorgfältig geführtes Paket angesehen werden, welches das Gerätesignal ohne Veränderung seines Inhalts der Datenverarbeitungsanlage zuführt und es gleichzeitig in ein für die Datenverarbeitungsanlage verständliches Signal umsetzt.

Ein Interface zwischen Analysegeräten und einer Datenverarbeitungsanlage kann am besten als Informationsubertragungs· vorrichtung eingestuft oder bestimmt v/erden. Bs sollte die Aufgabe eines Interface¹ sein, die analytische Information vom Ausgang des Gerätes aufzunehmen und diese Information auf den Eingang zu einer zentralen Datenverarbeitungsanlage ohne Herabsetzung der ursprünglichen analytischen Information zu geben. Die Rolle des Interface¹ kann dann mit der eines Spediteurs zur Beförderung von Waren von einem Ort zu einem anderen verglichen v/erden. Die vornehmliche Aufgabe dieses Beförderungsagenten, d.h. des Interface¹ ist es, an einer Station Nachrichten aufzunehmen und sie ohne Beeinträchtigung oder Veränderung des ursprünglichen Inhalts an eine zweite Station zu geben. Bei der wirksamen Übertragung der Informationen kann es wünschenswert sein, die ursprüngliche Art der Informationen in eine Form umzuwandeln, die leichter vom übertragungsmittel gehandhabt und einfacher vom Empfängermittel, in diesem Fall der Datenverarbeitungsanlage aufgenommen v/erden kann.

Es ist deshalb wünschenswert, daß ein gaschromatographisches Interface bei der Übertragung von analytischen analogen Spannungen vom gasChromatographIschen Detektor zu einer zentralen Datenverarbeitungsanlage dabei so verfährt, daß die ursprünglichen Detektorsignale nicht beeinträchtigt werden. Darüber hinaus ist es wünschenswert, die Beschaffenheit der Detektorsignale in eir.e Form umzuwandeln, die leicht in der Datenverarb* xti^r.gsanlage aufgenommen und von Software gehandhabt werden kann.

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Im Idealfall würde ein Interface Gerätesignale von wenigen Mikrovolt bis zum maximalen Ausgang, gewähiich nicht mehr als Io V aufnehmen. Es würde kein eigenes Rauschen einführen und wäre in der Lage, das analoge Gleichstromsignal in eine dem analogen Signal proportionale digitale Form umzuwandeln und dieses digitale Signal auf die Datenverarbeitungsanlage in einer Höhe zu geben, die leicht nachweisbar ist durch Unterscheidung zwischen Hintergrundrauschen und Drift des Detektorgrundsignals gegen die gesuchten analytischen Informationen, in diesem Fall das gaschromatographische Peaksignal, wenn es über der Grundlinie und Hintergrundbedingungen auftritt. Die ümwandlungsrate wäre konstant und würde hoch genug sein, um unendliche Auflösung zu ermöglichen.

Das Interface muß hinsichtlich seiner EingangsSpezifikationen so allgemein sein, daß es einer großen Vielzahl verschiedener Detektorsignale vieler gaschromatographischer Geräte entspricht. Diese können Niederspannungssignale ohne Verstärkung sein wie im Falle des Ausgangs des Hitzdraht-Wärmeleitfähigkeitsdetektors oder Ausgänge mit höherer Spannung, wie sie typisch dem Ausgang von Ionisationsdetektorverstärkern zugeordnet sind.

Im Interface selbst sollte eine Signalverstärkung, Filterung und Digitalisierung in der Weise stattfinden, daß die übertragung der digitalen Informationen auf die Datenverarbeitungsanlage eine genaue Nachbildung der analogen Eingangsinformationen darstellt. Der Ausgang des Interface¹ muß digitale Signale über große Kabellängen zur Datenverarbeitungsanlage ohne Verlust der Signalklarheit führen können.

Das Interface sollte ferner eine geeignete Station zur Anbringung von Steuerungen für den Analysechemiker zur Vorbereitung der Datenverarbeitungsanlage darstellen.

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Ebenso sollten geeignete Anzeigevorrichtunceiin Form von Lampen zur Verfügung stehen, um den Gerätestand der Datenverarbeitungsanlage anzuzeigen. Es ist wünschenswert/ daß der Benutzer direkt an dem Interface mit der Datenverarbeitungsanlage in Verbindung treten kann.

Ein Digitalrechner zur Verwendung bei der Analyse der von Analysegeräten erzeugten Daten muß wiederholt bestimmte spezifische Berechnungen durchführen. InsJoesondere sollte ein zur Analyse der von Gaschromatographen, Flammen-, Absorptions-, Mikrowellen- und Röntgenstrahlen»Spektrographen erzeugten Spektrogramme verwendeter Digitalrechner die zur Bestimmung von spektrographischen Peaks, der Flächen unter den Peaks, der die Peaks von überlappenden Flächen überlappenden Teilung, Grundlinienkorrektur, Eichung etc. erforderlichen speziellen Berechnungen wirksam durchführen können. Die gegenwärtig erhältlichen, sogenannten Minirechner sind zwar/in der Lage, diese Berechnungen /theoretisch durchzuführen, sie sind aber nicht für die v/irksame Durchführung dieser Berechnungen eingerichtet.

Ein für ein Rechensystem zur Analyse der von Analysegeräten gelieferten Daten geschaffenes Programm sollte ebenso besonders so ausgebildet sein, um die im Rechner erforderliche Menge an Kernvorrat zu vermindern; hierbei geht es besonders um die Verminderung an Kernvorrat auf Kosten der Verwendung längerer Rechnerzeit, die effektiv mehr zur Verfugung steht, da die Daten vom Analysegerät am Rechner über eine verhältnismäßig lange Zeitspanne ankommen durch die äußerst schnellen Berechnungen, die vom Rechner durchgeführt werden können. Bei vorbekannten Programmen für große Rechner war dies nicht der Fall bedingt durch den sehr großen verfügbaren Kernraum. Andererseits verarbeiteten bei vorbekannten gaschromatographischen System Rechner, denen die Informationen von elektronischen Integratoren aufgegeben

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wurden, die Daten vorzugsweise sehr schnell, da diese vom elektronischen Integrator vorverarbeitet waren und dann' ira ganzen in der vorliegenden Form auf den Rechner gegeben wurden.

Ein für Analysengerä±e ausgebildetes Rechensystem sollte möglichst in der Lage sein, mehrere Analysengeräte auf einmal zu handhaben, da die Daten ziemlich langsam gebildet werden. Anderenfalls wurden die Kosten für die Bereitstellung eines getrennten Rechners für jedes Analysengerät untragbar sein» Ebenso sollten möglichst mehrere Analysengeräte in der Lage sein, sich in eine einzige Ausgangsvorrichtung, beispielsweise einen Fernschreiber zu teilen, an welchem Anzeigen von jedem der Analysengeräte auf Wunsch angefordert werden können. Für diese Zv/ecke ausgebildete Rechensysteme weist der Stand der Technik nicht auf, obwohl sie unter großem Aufwand unter Verwendung bestehender großangelegter Rechensysteme zustande gebracht werden könnten. Es ist wünschenswert, daß sie unter Verwendung eines kleinen nicht aufwendigen Minirechensystems, das der Analysengerät aufgäbe gewidmet ist, entwickelt v/erden.

Aus Vorstehendem ist ersichtlich, daß die Entwicklung eines Datenverarbeitungssystems für einen oder mehrere Gaschromatographen die Hntwicklung eines Datenverarbeitungssystems allgemeiner Nützlichkeit für Analysengeräte und spezieller Eingangs-Ausgangsvorrichtungen, Interfaces und Programmen besonders zur Verwendung in der GasChromatographie einschließt.

Ein besonderes Problem in der GasChromatographie besteht darin, daß viele getrennte Analysenprogramme bei den von einem Gaschromatogramm gelieferten Daten verwendet werden, nachdem eine Anfangsanalyse einen Standardbericht über die Daten der Grundreihe liefert. Bei vielen Laboratorien mit nur einem oder zwei Gaschromatographen würde

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die Speicherung dieser Analysenprogramme in einem dafür bestimmten Rechner die Kosten des Rechners bedingt durch den erforderlichen großen Hauptspeicher (oder gegenwärtigen Kernspeicher) untragbar erhöhen. Andererseits ist aber die Speicherung dieser besonderen Analysenprogramme im Hauptspeicher (Kern) in Laboratorien mit einer großen Anzahl von Chromatographen wünschenswert und kann wirtschaftlich durchführbar sein. Es ist also wünschenswert, daß jedes entwickelte Rechensystem leicht zu erweitern ist, um entweder keine Speicherung oder eine Speicherung von besonderen Analysenprogrammen zu ermöglichen.

Als Beispiel der Probleme bei Analysengerätsystemen muß ein gasChromatographisehes Datenverarbeitungssystem:

A. Aus dem das Chromatogramm erzeugenden Signal die wichtigen Informationen auswählen, die zur Verfügung stehen und nachstehend in den Abschnitten "Uas ist ein Chromatogramm - Wie wird es gedeutet" beschrieben sind.

B. Aus dem ein Chromatogramm einer Eichprobe erzeugenden Signal die Informationen auswählen, die erforderlich sind zur Vorbereitung von Ansprechfaktoren zur Herstellung einer quantitativen Analyse, und Peakauffindung und Nahl zur Zuordnung von Faktoren und Identifizierung von Komponenten.

C. Informationen vom Bedienungsmann aufnehmen, um die Informationen aus der Eichprobe zu verarbeiten,

D. Die gespeicherten Faktoren und die Peakauffindung zur automatischen Anwendung in der Errechnung von quantitativen und qualitativen Ausgaben berechnen,

1. Bei weniger aufwendigen System müssen die "Verfahrens "-Programme dafür zur Eingabe in den Rechner zweckmäßig zur Verfügung stehen,

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2. Bei größeren Systemen sollten die "Verfahrens-"Programme im Rechner gespeichert werden.

E. Vom Bedienungsmann von Hand eingegebene Faktoren aufnehmen und speichern..

P. Die quantitative Zusammensetzung der Probe in einer Ausgabe berechnen und ausgeben. Darüber hinaus sollten Systeme • mit gespeichertem Rechenverfahren Komponenten namentlich identifizieren.

G. An den Betrieb automatischer Aufgabesysteme (d.h. eines automatischen Probengebers) anpaßbar sein. Bei Verwendung mit einem automatischen Probengeber sollte das System in dieser Hinsicht automatisch sein (kein Eingriff durch den Bedienungsmann ist erforderlich).

1. Bei dem Grundsystem wird ein einziges Analysenverfahren wiederholt verwendet.

2. Bei dem System mit gespeichertem Verfahren kann ein Rechenverfahren aus den im Hauptspeicher zur Verfügung stehenden ausgewählt und automatisch während der Folge von Durchläufen verändert werden (bei Einleitung kann nur ein Verfahren automatisch gewählt werden).

II. Die durchschnittlichen Ansprechfaktoren aus einer Raine von Standarddurchläufen in dem System mit gespeichertem Verfahren berechnen.

Was ist ein Chromatogramm

A. Es ist eine Anzeige über den Durchgang von Komponenten eines Gemischs durch einen Detektor. Die Komponenten in dem Gemisch können alle in der Säule des Chromatogra- · phen getrennt worden sein, einige können nur teilweise getrennt sein, andere vollständig ungetrennt und in der Anzeige als ein Peak erscheinen. Es ist ebenfalls

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- Io -

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eine Anzeige über die flüssige Substratmenge, die von der Säule in der Zeit und durch die Temperatur verloren wurde. Es ist eine Anzeige über das Rauschen, das im Detektor von dem Durchgang des Säulensubstrates erzeugt wurde. Es ist eine Anzeige über Rauschen, das vom Detektor oder Wandler aufgrund seiner eigenen Besonderheiten erzeugt wurde, beispielsweise Rauschen von einem Flammenionisationsdetektor aufgrund von .Abgasen (Unreinheiten, Steuerung der Strömung der Abgase), Rauschen vom Hitzdrahtdetektor (TrägergasStromempfindlichkeit, Bewegung von Heizfäden)., Rauschen von Kraftversorgungsquellen, Verstärkern und Ablesungen,

Das Rauschen wird bestimmt als ein unerwünschtes, keine Information gebendes Signal, das vom Wandler oder seiner wesentlichen Elektronik erzeugt wird; es enthält Signale aufgrund von Verschmutzung von Abgasen und ihrer Strömungsveränderung, Substrataustrittsgeschwindigkeit, Trägerverschmutzung, Verschmutzung aus vorherigen aufgegebenen Proben usw.

Das gegenwärtig verwendete praktische Chromatogramm hat eine Zeitfolge von nicht weniger als 1 Minute und nicht mehr als ISo Minuten. Voraussichtlich wird sich diese Forderung an die Zeitfolge in naher Zukunft nicht wesentlich ändern, obwohl die Forderung nach 13o Ilinuten wahrscheinlich verkürzt und die Analysezeit im allgemeinem komprimiert v/erden wird.

Innerhalb der Zeitfolge über den Wunsch hinaus erzeugte wichtige Signale (Peak) steigen über das unerwünschte Signal an und kehren auf die Höhe des unerwünschten Signals in Zeiten zwischen 1/2 Sekunde bis 6oo Sekunden zurück

Wichtige Signale (Peaks)können von Komponenten in der Probe im Bereich der Probenkonzentration von 99,999% bis o,oool% der gesamten Probe erzeugt v/erden. Die ge-

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- li -

-U-

-3 samte eingeführte Probenmenge kann einen Bereich von 2: Io / Flüssigkeit bis 25 .ul Probenflüssigkeit und von lOyUl Gas bis 25 ral Gas umfassen, und die Anzahl von Komponenten kann von eins bis zweihundert variieren.

B. Grundlinie

Die Grundlinie wird als der Teil eines Chromatogramms definiert, der kein:

1. Peak

2. keine Umhüllende von nicht getrennten Peaks

3. kein Tal zwischen nicht aufgelösten Peaks ist.

Sie kann ebenso als das Signal definiert werden, das aufgezeichnet würde, wenn der Gaschromatograph so betrieben würde, als ob eine Analyse durchgeführt wird, aber keine Probe in den Trägergasstrom aufgegeben ist. Eine so hergestellte Grundlinie braucht nicht unbedingt genau in aufeinanderfolgenden Durchläufen reproduzierbar zu sein, da "Rauschen" und Grundliniendrift sich von einem Durchlauf zu anderen ändern können, wobei die Gerätebedingungen als konstant angesehen werden, d.h.

1. die Säulendurchtrittsgeschwindigkeit kann abnehmen

2. der Grundlinienzyklus von der Temperatursteuerung

an der Säule, fehlerhafte Strömungs- und Druckregler, Kondensation in Leitungen etc. brauchen nicht immer synchron mit der Anfangszeit zu sein.

3. Der Verstärkerausgleich kann sich geändert haben.

Die "v/irkliche" Grundlinie kann daher nicht unbedingt gespeichert werden, sondern muß an dem interessierenden speziellen Chromatogramm gemessen werden.

In der Praxis werden Grundlinien vom Bedienungsmann nach Beendigung des Durchlaufs bei Anwendung manueller Verfahren ^eingezeichnet". Aufgrund der Beurteilung durch den Bedienungsmann wird das Rauschen geglättet und die Grund-

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linie unter Peaks bewertet. In der Bewertung der Grundlinie unter einem Peak "zeichnet" der Bedienungsmann eine Linie ein, welche die letzte klar aufgelöste Grundlinie vor dem Peak (oder Folge nicht aufgelöster Peaks) und die erste klar aufgelöste Grundlinie nach dem Peak berührt.

C. Rauschen

1. Elektrisch

a. Normal konstant meßbares, d.h. natürliche Höhe vom System.

b. Zeitlich und größenmäßig zufälliges unregelmäßiges, gewöhnlich von hoher Frequenz als Ergebnis innerer und äußerer Einflüsse.

D.H. innere "Zacken" aus in den Detektor eintretendem Feststoffmaterial

d.h. äußere - Spannungsstoß nicht zugeordneter Quelle.

Elektrisches Rauschen kann durch elektrisches oder digitales Filtern ausgeschaltet oder vermindert v/erden.

2. Pneumatisch

a. Normal-konstantes, d.h. natürliches Strömungsrauschen·

b. Zeitlich und größen-mäßig zufälliges unregelmäßiges, gewöhnlich von niedriger Frequenz (kann ähnlich wie ein richtiges Peak aussehen), d.h. durch Lecks, fehlerhafte Strömungsreglerkomponenten; dabei ist zu beachten, daß ein "schwimmender" Druckregler reproduzierbar sein kann.

3. Chemisch-physikalisch

a. Verschmutzung aufgrund von Desorption von Komponenten.

b. Verschiebung von Material in der Säule durch Probeaufgabe.

c. "Geister"-Peaks.

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Pneumatisches oder chemisch-physikalisches Rauschen wird allgemein durch Höhe und/oder Topologie unterdrückt.

G. Peak

Ein Peak im Chromatogramm ist die Anzeige über den Durchgang einer Komponente (oder von Komponenten) der Probe durch den Detektor, welche ein rom Grundliniensignal abweichendes Signal erzeugt.

Man muß sich verdeutlichen, daß ein chromatographisches. Peak eigentlich niemals eine wahre Gausskurve darstellt» Die Gausskurve und zugeordnete Gleichungen sind einfach die beste einfache Näherung für die meisten chromatographischen Peaks bei mathematischer Behandlung des Chromatogramms.

Peaks unterschiedlicher Formen sind nachstehend beschrieben.

1. Getrennte Peaks

Ein einziges klar aufgelöstes Peak entspricht einer logischen Folge von Steigungsänderungen, änderungen, welche dieser festen Folge nicht folgen (oder den in späteren Beschreibungen von anderen Peakarten beschriebenen) müssen als Grundlinie behandelt werden. Beginnend mit der Unterscheidung um Null von der Steigung der Grundlinie, beginnt das Peak mit einer positiven Steigung und nimmt bis zu einem Maximum (genannt Biegungspunkt) zu. Eine positive Steigung, auf die eine Nullsteigung folgt, auf die ihrerseits eine negative Steigung folgt, ist die Peakspitze, (wobei man die Zeit ihres Auftretens die Retentionszeit nennt). Das Peakende tritt auf, wenn sich die negative Steigung gegenüber der Grundlinie in Null zurückverwandelt· Signalhöhe am Anfang und Ende eines Peaks ist die Signalhöhe der Grundlinie« Die Steigung

"der Führungskante eines Peaks verändert sich in jedem praktischen Fall (ausgenommen bei überlastung der Säule) in größerem Maße als am Ende eines Peaks. Bei vielen Peaks kann die Steigungsänderung an der folgenden Kante des Peaks wesentlich geringer sein als an der Führungskante, besonders wenn sich die Steigung gegenüber der Grundlinie Null nähert (Peaktailing).

Ein Peak ist bestimmt durch die Trennung, wenn die Auflösung zwischen dem Peak und benachbarten Peaks größer als 1.5 ist, wobei die Auflösung als das Verhältnis des Abstandes zwischen zwei Peakmaxima Δ t_n

SS.

zur mittleren Grundbreite der beiden benachbarten Peaks Wm bestimmt ist.

(t_R2 -t )

R = =2

!'Sn W₁ + W,

Dabei sind t_. und t_._o die Retent ions zeiten, W₁ und W₀ die an der Basis zwisehen Tangenten, die an den Eiegungspunkten gezogen sind, gemessenen Peakbreiten.

2. Nicht aufgelöste Peaks

Zwei Peaks werden als nicht aufgelöst angesehen, wenn die Peakauflösung 1.5 oder weniger beträgt. Bei nicht aufgelösten Peaks ergibt sich die logische Folge von Steigungsänderungen, wie sie vorstehend beschrieben wurde. Die Stellung am Ende jedes Peaks mit Ausnahme des letzten Peaks, wo sich die negative Steigung in Null und dann in eine positive Steigung ändert, nennt man das Tal. Die Signalhöhe in der Talstellung unterscheidet sich von der Signalhöhe der Grundlinie. Peakformen und Signalhöhen eines gegebenen Peaks in einer Folge von nicht aufgelösten Peaks können wesentlich von der wahren Peakform abweichen, wenn das Peak voll ständig aufgelöst wäre,

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3. Peakschultern

Schultern an Peaks stellen einen besonderen Fall von nicht aufgelösten Peaks dar und sind gekennzeichnet durch Steigungsänderungen, die ihre unmittelbar vorhergehende Richtung nach Erreichen eines Nullwertes beibehalten. JÜmlich wie Täler sind Peakschultern durch eine Signalhöhe bei Nullsteigung gekennzeichnet, die größer ist als die Signalhöhe der Grundlinie. In gewissen Fällen erreicht die Steigung der Schulter niemals Null, nimmt aber ab, worauf eine Zunahme erfolgt.

4. Peak auf einer lang abfallenden Fläche eines Lösungsmitte lpeaks

Feststoffe und einige Flüssigkeiten werden in den Gaschromatographen durch Auflösung in einem Lösungsmittel eingeführt. Die Konzentration des Lösungsmittels ist für gewöhnlich groß, verglichen mit der Konzentration der interessierenden Komponenten, so daß das vom Lösungsmittel erzeugte Detektorsignal verglichen mit den von den interessierenden Peaks erzeugten Signalen gewöhnlich groß ist. Interessierende Peaks treten aus und werden vor dem vollständigen Austritt und der Auffindung des großen Lösungsmittelpeaks aufgefunden. Bei Gleichzeitigkeit erscheinen sie auf dem "Schwanz" des Lösungsmittelpeaks.

Es ist die Absicht der Erfindung, daß interessierende Peaks, die vor dem vollständigen Austreten des Lösungsmittelpeaks austreten,' meßbar sein sollen, und zwecks Messung wird das abfallende Ende des Lösungsmittelpeaks als Grundlinie behandelt. Peaks mit ähnlicher Form wie ein LösungsEiittelpeak können im Körper eines Chromatogramms auftreten. Sie unterscheiden sich von Lösungsmittelpeaks dadurch, daß ihre Fläche und Konzentration ■in dsr ilnalyse von Bedeutung ist.

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Deutung eines Chromatogramms

A. Berechnungsarten

1. Qualitative Berechnungen

a. Retentionszeit (t^) in Minuten. Gemessen vom Probeaufgabepunkt zum Peakmaximum.

b. Verschobene Retentionszeit t¹ = t_p - t.._t wobei t.-die Entfernung vom Probeauf gabepunkt zur Zeit der Peakspitze einer nicht zurückgehaltenen Verbindung ist.

Beispiel 1. Luftpeak von einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor«
2. Hethanpeak von einem Ionisationsdetektor,

c. Alle vorstehend aufgeführten Verfahren erfordern eine Messung der absoluten Zeit, wie sie durch einen Bedienungsmann oder Probengeber durch Druck auf einen Knopf eingeleitet wird. Ss ist erforderlich, daß der "Start" bei allen Systemen (automatischem Probengeber, Geräteprogrammgeber, Datenverarbeitungssystem) von einem gemeinsamen Schalter betätigt wird.

d. Relative oder Bezugsretentionszeit ^{RRT =} ^(X) oder ^t R(X)

^.(S) ^t§R(S)

wobei X das interessierende Peak und S das Bezugspeak ist.

Bezugspeaks sollen durch Retentionszeitbegrenzungen (d.h. S ? o, 32 aber ^o. 36 Minuten) gekennzeichnet v/erden, die vor oder nach Integration eingeführt v/erden oder nach Berechnung der verschobenen Retentionszeit eingeführt un-, iui - -atischen Eingabe gespeichert werden,, wenn -.icss Berechnungsart in nachfolgenden/laufen verwendet wird, wobei /"Durch- 209844/ 1150

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das größte Peak im Zeitbereich als Bezugspeak zu wählen ist.

2. Quantitative Berechnungen

a. Innerer Standard

wobei C die Komponentenkonzentration in gewünschten Begriffen ist (d.h. Gewichten, Molen oder Prozenten).

f. wird normalerweise von einem Chromatogramm einer Eich — probe mit bekannten Mengen des inneren Standards und interessierenden Komponenten bestimmt.

£ = SA

Dieses Verfahren unterscheidet sich von der Normierung dadurch, daß der innere Standard einer zu analysierenden Probe hinzugefügt wird und alle Peaks darauf bezogen werden, um ihre Konzentration zu bestimmen.

b. Flächennormierung

^Al^fl ^{+ A}2^f2⁺ ··* ²SA ⁺ ··· ^An^fn ⁼ C_x% = ²Sc^x χ loo

Alle Ansprechfaktoren können gleich 1 gesetzt werden (f„), dann ist das Verfahren auf Flächenprozent bezogen.

Wie schon bei innerem Standardbetrieb wird eine Komponente ausgewählt, auf die alle anderen Komponentengewichte bezogen werden; es werden also tatsächlich relative Ansprechfaktoren verwendet.

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• 1. Berechniong der durchschnittlichen fx's aus einem Standarddurchlauf oder einer Reihe von Standarddurchläufen, nachdem die bekannte Konzentration aller Probenkonponenten eingegeben ist. Diese Durchschnittseichfaktoren sind zu speichern (erfaßt durch RRT zur Anwendung auf nachfolgende Analyseohromatogramme.

2. Eingabe der gespeicherten Eichfaktoren zur Anwendung auf nachfolgende Analysechromatogramme«

3. Anwendung von gespeicherten Eichfaktoren auf ein Analysechromatogramm, Normierung und Vorlage von Ergebnissen in der gewünschten %-Konzentration,

B. Peakauf'findung

Das chromatographische Peak ist in vorherigen Abschnitten beschrieben worden. Bei manuellen Verfahren bestimmt ein Bedienungsmann allgemein das Vorhandensein eines Peaks durch Auswertung der Topologie der Chromatogramme. Er ist nicht abhängig von elektrischen Erscheinungen, beispielsweise Steigungsnachweis. Bei der Durchführung des Verfahrens zur Peakauffindung ist es empfehlenswert, daß der Rechner diese menschliche Fähigkeit nachzuahmen versucht, sich an bestimmte Informationen über einen möglichen Peakbeginn zu erinnern, und dabei gleichzeitig die formelle Anerkennung zurückzuhalten, daß dies ein Peak ist, bis spätere klärende Informationen erhältlich sind, daß das Peak durch ein Maximum geht.

Bei den vorstehenden Entscheidungen sollte das Rechenverfahren die Hauptpunkte eines austretenden Peaks, wie Anfangszeit, Biegungspunkte, Maxima, Täler und Rückkehr zur Grundlinie auswählen.

Ferner sollte beachtet werden, daß bedingt durch die Eigenart der Chromatographie frühe Peaks schnell und scharf sein können, während spätere Peaks sehr breit sein können. Das Verfahren sollte daher Abtastgeschwin-

digkeiten und Glättungsprogramme enthalten, die eine Punktion von Peakform und/oder Zeit darstellen können.

Wie schon in vorstehenden Abschnitten beschrieben wurde, sind nicht alle Peaks in einem Chromatogramm klar aufgelöste Peaks. Der Bedienungsmann soll die Nahl haben, die nicht aufgelösten Peaks so zu behandeln, daß entweder die Gesamtfläche der nicht aufgelösten Peaks bestimmt wird oder die einzelnen Flächen durch Ziehen einer Senkrechten vom Tal nach unten bestimmt werden. Eine Ausnahme bilden Peaks, die auf der auslaufenden Flanke eines Lösungsmittelpeaks austreten? hier werden Peaks dadurch ermittelt, daß nur die auslaufende Flanke des Lösuncfsmittelpeaks als Grundlinie gewählt wird.

C. Grundlinienberechnuncen

Im Idealfalle sollte das System den Bedienungsmann nachahmen, der ein Chromatogramm beendet hat und Grundlinie und richtige Peakflächen entsprechend dieser Grundlinie einzeichnet. Die vom Bedienungsmann verwendete allgemeinste Regel besteht darin, eine gerade Linie durch die letzte klar aufgelöste Grundlinie von einem Peak (oder Folge von unaufgelösten Peaks) und der ersten klar aufgelösten Grundlinie nach dem Peak au ziehen. Ss werden vom Bedienungsmann Ausnahmen zu dieser Regel aufgrund vorheriger Kenntnisse über die Grundlinie vorgenommen (beispielsweise von einem "Lear"-Chromatogramm oder Eichdurchlauf). Das bedeutet normalerweise, daß eine Grundlinie von reproduzierbaren Punkten gezogen wird, die sich unterscheiden von Grundli-nienpunkten, beispielsweise einem klar bestimmten Tal. um diese Funktionen auszuführen, muß das System zu folgendem in der Lage sein:

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1. Die Grundlinie zu messen und die Messung bei der Bestimmung der Grundlinie während des Durchlaufs zu verwenden.

2. Das letzte Grundliniensegment und den Punkt auf der Grundlinie zu messen und zu speichern, -bevor ein Peak oder eine Reihe von nicht aufgelösten Peaks beginnt.

Anmerkung: Ein Grundliniensegment wird bestimmt als zwei aufeinanderfolgende Grundlinienmessungen, Ein Punkt auf der Grundlinie ist eine Messung der Grundlinie. Diese Messungen sind in Zeitabständen durchzuführen, die mit der Abtastgeschwindigkeit für die Peakanalyse variieren sollten, d.h. bei raschen und scharfen Peaks sollte die Abtastgeschwindigkeit und die Meßgeschwindigkeit des Punktes auf der Grundlinie rasch erfolgen.

3. Alle Talpunkte zu messen und zu speichern.

4. Den nächsten Punkt auf der Grundlinie nach einem Peak oder einer Reihe von nicht aufgelösten Peaks zu bestimmen und zu messen,

5. Das letzte Grundliniensegment zu verlängern gemessen vor Beginn eines Peaks oder einer Reihe von nicht aufgelösten Peaks (diese Verlängerung ist ein Grundliniengradient) zum Vergleich mit Gradienten, die aus dem letzten Punkt auf der Grundlinie dieses Grundliniensegmentes bestimmt werden, zu allen Talpunkten innerhalb einer Reihe von nicht aufgelösten Peaks, die entweder durch das Auftreten einer vorgegebenen Anzahl (experimentell zu bestimmenden Anzahl von nicht aufgelösten Peaks, vorliegende Anzahl ist zehn) von nicht aufgelösten Peaks oder einen neuen Grundlinienpunkt beendet werden. Diese Gradienten v/erden nacheinander untersucht, und der erste Gradient, der kleiner ist als ■ der Grundliniengradient, bestimmt seineu Talpunkt oder Endpunkt auf der Grundlinie als Endpunkt für dia Grundlinie gezogen vom letzten Punkt auf de,:.; Zr,*:,■ ... ...o-iisegment. Diese Grundlinie wird dam* zur rldch^n-

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berechnung aller Peaks darüber verwendet. Ihr Endpunkt ist der neue Anfangspunkt für die Wiedereinleitung der-Grundlinienaufsuchung.

Wenn es keinen Gradienten gibt, der kleiner ist als der Grundliniengradient, dann wird der Punkt, der den kleinsten Gradienten in der Reihe darstellt, als der Endpunkt für die Grundlinie für die Flächenberechnung von allen Peaks darüber gewählt. Dieser Endpunkt ist wiederum der neue Anfangspunkt für die Wiedereinleitung der Grundlinienaufsuchung.

Wenn kein letztes Grundliniensegment vor Beginn eines Peaks vorhanden ist(beispielsweise, wenn ein Endpunkt als neuer Anfangspunkt bezeichnet wird), dann bestimmt das System Gradienten vom Anfangspunkt zu allen TaI-punken und/oder einem Grundlinienpunkt,und der kleinste Gradient zeigt den nächsten Endpunkt für den Grundlinienaufbau an.

6, Die Ausnahme zu diesem Verfahren bringt es mit sich, daß während eines Durchlaufs vorher festgelegte Grundlinienpunkte verwendet v/erden müssen. Ein Minimum von vier vorher festgelegten Grundlinienpunkten sollten die Bestimmung von Grundlinien in komplizierten oder ungewöhnlichen Chromatogrammen wesentlich verbessern. Ein festgelegter Grundlinienpunkt sollte vom Bedienungsmann oder Verfahrensprogramm in Minuten festleg-bar sein. Diese Zeit gibt an, daß das erste darauf folgende Tal als Grundlinienpunkt zwecks Bestimmung der Grundlinie behandelt wird.

Anpaßbarkeit A. Instrumental

Es ist bekannt, daß die Leistungscharakteristiken von einzelnen Gaschromatographen die wirkliche und scheinbare Arbeitsweise jedes Datenverarbeitungssystems beeinflussen

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.können. Darüber hinaus gibt es einige Geräte, die ohne Abänderung vollständig ungeeignet sind. Es ist jedoch für den Absatz wesentlich, daß das gaschromatographische Daten verarbeitungs sy steril so ausgebildet ist, daß es nicht die Anpaßbarkeit an andere GasChromatographen auf dem ülarkt und Gebiet willkürlich unmöglich macht. Es ist daher erforderlich, daß Betriebsversuch-sverfahren zur Verfügung stehen, welche die Arbeitsweise des Datenverarbeitungssystems unabhängig vom Chromatographen, mit dem es benutzt wird, prüfen.

Das System sollte in der Lage sein, Daten von folgenden Arten von Detektorsystemen und ihßr zugeordneten Elektronik zu verarbeiten:

1. T'Iärmeleitfähigkeitsdetektoren

2. Flammenionisationsdetektoren

3. Elektroneneinfangdetektoren

4. Thermionische oder H-P Detektoren.

B. Umgebung

Da dem Datenverarbeitungssystem die Daten eins zu eins eingegeben werden, müssen alle Komponenten des Systems und das System selbst in Laboratoriumsumgebung optimal arbeiten können. \

Temperatur: Zur Einhaltung der g-ünstigsten Arbeitsbedingungen ist ein Temperaturbereich von +15°c bis +32⁰C vorgesehen.

Netzspannung: Zur Einhaltung der günstigsten Arbeitsbedingungen sind 117V - lo% , 6o Eertz vorgesehen. Sogenannte 22o V-Ausführungen sollten Abgriffe für Soll-Netzspannungen bei 21o, 23o und 25o - lo% aufweisen.

Störung: Das Datenverarbeitungssystem muß in encjar physischer Nähe zu folgenden Einrichtungen arbeiten können:

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1. GasChromatographen, mit siliziumgesteuerten Gleich-.richtern, welche große Spannungsstoße auf den iJetzleitungen erzeugen.

2. Wasserstoffbereiter.

3. Einrichtungen mit mehrfachen Magnetspulen, welche Rauschen auf der Hetzleitung erzeugen.

4. Elektromechanische Rechner, welche ebenfalls Rauschen auf der Netzleitung erzeugen.

C. Entfernung

1. Maximale Entfernung der Datenverarbeitungsanlage zum entferntesten GasChromatographen 3o4 m,

2. Haximale Entfernung der Datenverarbeitungsanlage zur entferntesten Ausgangsvorrichtung 3o4 m.

Ein Datenverarbeitungssystem für GasChromatographen sollte analytische Fähigkeiten aufweisen, die zumindest besseren Integratoren gleichkommen und die Fähigkeit haben, den Analytiker von der Belastung durch die Berechnungen nach der Aufnahme der Gasehromatogramme zu befreien. Eine Hinimumforderung ist Genauigkeit, Empfindlichkeit und Präzision, die den hochwertigsten Integratoren gleichkommt. Die Empfindlichkeitsbeäingung sollte so sein, daß Peaks, deren Höhen mehr als das dreifache Umgebungsdetektorrauschen betragen und deren Flächen 3o Mikrovolt-Sekunden überschreiten wiederholbar aufzufinden sind.

Die Flexibilität des Systems sollte dem Integrator hinsichtlich der Fähigkeit, die folgenden nicht vorgegebenen Peakverläufe zuverlässig aufzufinden und quantitativ zu berechnen, wesentlich überlegen sein:

- 24 209844/1150

1. extrem raschen Peaks (2 pro Sekunde), typisch für Kapillarsäulen,

2. extrem langsamen und niedrig liegenden Peaks,

3. Peaktailing, und

4. extrem positivem und negativem Grundliniendrift.

Das System sollte eine Minimumanzahl von Steuerungen aufweisen (bestimmt nicht mehr als bei einem Integrator)·

Es ist das allgemeine Ziel, in der Fähigkeit des Systems die Merkmale aufzunehmen, die für ein großes Rechensystem typisch sind. Gewünschte Merkmale, die den Analytiker von der Belastung durch nach dem Durchlauf durchgeführte Berechnungen aufgrund der rohen Austrittszeit und der Peakflache befreien, sind

a. Flächennormierungsberechnungen

b. Relative RetentionsZeitberechnung

c. Normierung oder innere Standardberechnungen aufgrund korrigierter Peakflächen

d. Eine automatische Berechnung der Ansprschfaktoren zur Korrektur von Peakflächen, und

e. Komponentenidentifikation zwecks namentlicher Aufführung von Komponenten auf der Ausgabe und

zur Auswahl von Ansprechfaktoren, die zur Korrektur einzelner Peakflächen erforderlich sind.

Die Steuerung der Analyse sollte Kompliziertheit vermeiden (wie sie sich widerspiegelt in der Forderung nach einigen "analytischen¹¹ Druckknöpfen) · Die Einführung von äußeren Informationen oder "Verfahrensdaten zu Beginn (d.h. Komponentennamen, Eichgewichten usw.) sollte direkt, Mcht zu lernen und so zu steuern sein, daß eine Belastung des Analytiker^ durch mühsame,

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keine Fehler zulassenden und nicht flexiblen Dateneingabeverfahren vermieden wird. Die Verfahrensdaten aus Ilassenanalysen sollten im System ständig entweder elektrisch oder auf irgendeinem, automatisch erzeugten Träger, beispielsweise einem Lochstreifen gespeichert werden..Der Analytiker sollte -unter keinen Umständen gezwungen sein, Verfahrensdaten"außerhalb" oder ohne Hilfe des Systems zu erzeugen.

D. Fehler in Syntax oder Datenfehler im Zusammenhang

1. Numerische Daten sollen in abgegrenzten Feldern so eingetragen werden, daß bei Erkennung einer fehlerhaften Eintragung diese gelöscht und in das Feld neu eingetragen werden kann,

2. Reihen oder ein Satz von Feldern zwischen Reihenbegrenzern sollen ebenfalls einer Forderung zugänglich sein , und die gesamte Reihe richtig neu eingetragen v/erden.

3. Die vollständige Eingabe des Rechenverfahrens kann jederzeit unterbrochen werden.

E. Automatischer Betrieb

Das Grundsystem ist nur in der Lage, Verfahrensstreifen zur Speicherung zu verwenden. Es soll möglich sein, eine automatische Folge von Analysen durchzuführen, bei denen Verfahren automatisch eingegeben werden. Für den Fall, daß ein Beobachter zugegen ist, muß ein einfacher Betrieb wie das Drücken eines Startknopfes am Interface bei Eingabe der Probe" für die gesamte durchzuführende Analyse genügen. Bei einem automatischen Probengeber muß der Programmierer des Probengebers (oder der GasChromatograph) die gesamte Arbeitsfolge einleiten können.

- 26 -

209844/1150

220Α377

F. Ausgabe

1. Die Ausgabe liegt in folgender Form vor: Eingriff durch Fernschreiber

Verstärk. Peak Zeit RRT faktor Comp % Fläche

(minimier 1 o,ol 1 ο,οοοΐ AA ο,οοοΐ Ilert)

(maximaler 2oo 327,67 32767 3,2767 ZZ 99,9999 2ooooooo Hert)

Flaches muß ganzzahlig sein

muß Peaks kleiner als 1 Teil/Million darstellen braucht nicht vier signifikante Werte zu überschreiten.

B. Kernspeicherung

Bei der Ausführung des gaschromatographischen/Verarbeitungs-/ systems mit gespeichertem Verfahren ist eine Kernspeicherung von Verfahren mit Komponentennamen und eine zusätzliche Flexibilität erforderlich. Diese Ausführung kann alle im. Abschnitt "Betrieb" vorstehend erörterten Funktionen zusätzlich zu folgenden ausführen:

1. Ein Minimum von 16 analytischen Verfahren kann im Kern gespeichert werden.

a. Diese Verfahren enthalten die Komponentennamen. Ein Minimum von 6 Buchstaben pro Name ist erforderlich, jedoch sollten die Verfahren so ausgebildet sein, daß sie mehr Buchstaben pro Name bei kleinen Komponentenaufstellungen oder gegebenenfalls kürzere Namen bei längeren Aufstellungen ermöglichen,

b. Die Kernverfahren können leicht von Verfahrensstreifen eingegeben und auf den Verfahrensstreifen entfernt werden.

c. Bei Verwendung eines automatischen Probeaufgabesystems wird die auf die Folge von Proben anzuwendende Folge von Verfahren vor Beginn des automatischen Zyklus¹ eingegeben.

209844/Π50 - ²⁷ -

' Daten-

377

ii. Minimaler Peaksehwellwert": Ss kann ein Viert eingegeben werden, unter welchem ein Peak als unbekannt behandelt· wird.

d. Der Bedienungsmann kann Verfahren im Kernspeicher abändern..

Zusätzliche Flexibilität: Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Betriebsweisen führt das System folgende durch:

a. Steuerung des Fernschreibers: Alle Druckknopfbefehle am Interface werden durch Fernschreiberbefehle nachgeahmt.

b. Schwellwertangabe: Das System gibt die automatischen Berechnungen der Schwellwertparameter (Grundlinie, Peakflache, Schulter) für den Bedienungsmann an.

c. Von Hand einstellbare Schwellwerte: Der Bedienungsmann hat die Wahl einzugeben:

1. Fläche - ein Wert, der einen Schwellwerk bestimmt, den ein potentielles Peak erreichen muß, um als Peaks eingestuft zu werden. Die Fehlanzeige verwendet den vor der Analyse automatisch berechneten Wert. Zu berücksichtigen ist die Verwendung eines Eichfaktors auf die automatischen G.rundlinienschwellwerte.

2. Schulter - ein Wert, der einen Schwellwert bestimmt, um die Auffindung einer Schulter zu'bestimmen. Bei Auffindung werden eine Retentionszeit und Fläche angegeben. Man erhält die Fläche, indem man die Senkrechte vom Biegungspunkt nach unten zieht. Bei Fehlanzeige würden alle Schultern angegeben werden.

d. 3nde-des-Durchlaufs-Anga.be: Wenn die" Analysenzeit am Gerät beendet ist, teilt das System dem Bedienungsmann die Gerätezahl mit und gibt eine Diagnose darüber, was den Datenerwerb beendete.

e. Luft- oder versetztes Peak: Als Alternative zur Luftpeakzeit ist die Eingabe eines Wertes (in Hinuten) möglic.i, υ/,ι Tiine scheinbare Luftpeakaeit anzugeben. Der liiert wird vu:i der Zeit des ersten i-eaks abgezogen, und di'- α-' ch ergebende se..einbare '2e·<■■>]<.zelt wird zur

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— oo _

f. Mehrfache relative Retentionszei.tr Bis zu vier Bezugspeaks können zur Bestimmung von Bezugsretentionszeiten (RRT) verwendet werden.

g. Mehrfache innere Standards: Bis zu drei innere Standards können zur Bestimmung von Konzentrationen bei Betrieb mit innerem Standard verwendet v/erden.

h. Minimaler Peakschwellwertt Es kann ein Wert eingegeben werden, unter welchem ein Peak als unbekannt behandelt wird.

i. Gedruckter Schwellwert: Es kann eine Minimumkonzentration eingegeben werden, unter welcher das Peak nicht in der endgültigen Ausgabe gedruckt wird.

j. Durchschnittseichungen: Es können mehrere Eichdurchläufe der gleichen Standardprobe durchgeführt werden, xxpsx die Wiederholbarkeit des ganzen Systems zu überprüfen. Der laufende Durchschnitt dieser Eichfaktoren kann vom System berrechnet und als das Verfahren beim Analysebetrieb verwendet werden.

k. Fernschreiberzuordnung: Bei mehr als einem Fernschreiber im System kann der Bedienungsmann bestimmte Fernschreiber bestimmten Chromatographen zuordnen.

1. Fehleranzeiger: Bei positiver Anzeige am Fernschreiber, daß die folgenden Fehler aufgetreten sind:

1. Ein Peak hat den Systembereich verlassen (gaschromatographischer Ausgang oder Interfaceeingang).

2. Verschiebung der Grundlinie unter Hull.

3. Flächensummiererüberlauf.

Bei dem vorgesehenen Rechenprogramm sollten analytische Forderungen gegenüber Berechnungen, die nach' Durchlauf durchgeführt werden, Vorrang haben. Das analytische Programmieren erfordert die Entwicklung neuer Mtorlthmen, die eine Verbesserung gegenüber klaps/'sr < <■.-■.■. -rfahren der Peakauffindung und Grundlinien':«./--.! 5 rstellen,

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Berechnungen, die nach dem Durchlauf durchgeführt werden und eine Mechanisierung bestimmter Formeln darstellen, erfordern nicht die Entwicklung von Algorithmen, erfordern aber andererseits ein hochentwickeltes System, um innerhalb der gegebenen Kostenbegrenzungen des Gesamtsystems von den vorgegebenen"Möglichkeiten einen möglichst umfangnsLchen Nutzen zu haben.

Das klassische Verfahren zur Auffindung eines Peakbeginns, wenn die Signalsteigung einen gewissen ■Schwellwert überschreitet, und zur Bestimmung der Rückkehr zur Grundlinie , wenn sich entweder die Signalsteigung Null nähert oder wenn die Signalhöhe unter die Höhe einer früher bestimmten Grundlinie absinkt, sollte vermieden werden, wegen (1) der innewohnenden Empfindlichkeit der ersten Ableitung des Signals gegenüber Rauschen, (2) der ünempfindlichkeit der ersten Ableitungsnäherung gegenüber langsamen, niedrigliegenden Peaks, und (3) der durch positiv steigende Grundlinien verursachten Verwirrung.

Der besondere Vorteil der Tatsache, daß das System einen Rechner verwendet, sollte so viel wie möglich ausgenutzt werden. Diese Vorteile bestehen in der Fähigkeit der Mechanisierung relativ komplizierter Algorithmen oder Drtecbaddungsverfahren, die so häufig bei der Deutung realer Erscheinungen erforderlich sind, aber mit nichtlinear abnehmendem Verhältnis zwischen Kosten und Kompliziertheit.

Man kann sehen, daß ein großer Unterschied zwischen dieser Art von System und einem typischen Rechensystem und einem Gerät nach dem Stand der Technik besteht. Das vorliegende System im Verhältnis zu einem Gerät hat eine einzige bstimmte Aufgabe. Sein Benutzer ist vertraut mit Geräten, aber nicht mit Rechensystemen. Dennoch ist das

2098U/1150 -3ο-

- 3ο -

vorliegende System offensichtlich ein Rechner und als solcher mit Verstand ausgerüstet, wohingegen dies bei einen Gerät nicht der Fall ist. Uas Rechnern Verstand gibt, ist das Gedächtnis. Eine vielleicht funkt ions gerechtere Bezeichnung für das vorliegende System würde sein "ein Gerät mit Gedächtnis". Diese menschenähnliche Eigenschaft macht es ihm möglich, Vorentscheidungen zu treffen, wann eine Entwicklungsrichtung zunächst die kleireteliöglichkeit eines bevorstehenden Ereignisses andeutet, und diese Entscheidung dann ständiger Neubewertung, möglicherweise .Ablehnung zu unterwerfen..

£in"Gerät mit·Gedächtnis" hat folgenden Vorteil:

1. Das Filtern bei Geräten "ohne Gedächtnis" geschieht elektrisch und ist daher von Natur aus exponentiell, so daß sich eine Signalverzerrung ergibt, da das zukünftige Verhalten des Signals von Bedeutung ist. Andererseits kann das "Gerät mit Gedächtnis" eine symmetrische Bewertung des laufenden Signals durch- -fuhren, wobei dem vergangenen und zukünftigen Verhalten gleichermaßen Bedeutung gegeben wird nach einer Glättung über die kleinsten Quadrate. Das Filtern braucht auch nicht auf fortlaufende Funktionsverfahren beschränkt zu werden. Durch logische Betrachtung verschiedener fortlaufender Punkte auf einem Signal kann das Gerät mit Gedächtnis durch logische Betrachtung den am deutlichsten abweichenden Punkt identifizieren.

2. Das "Gerät ohne Gedächtnis" ist darauf beschränkt, eine unwiderrufliche Entscheidung hinsichtlich des Auftretens eines Peakbeginns, Scheitels oder Endes vorwiegend am laufenden Verhalten des gaschromatographischen Signals zu treffen. Ein "Gerät mit Gedächtnis" könnte, wie es der Analytiker selbst bei Beobachtung eines austretentenden Peaks auf einem Schreiber tun würde, eine Vorentscheidung hin-

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sichtlich des Auftretens eines Ereignisses treffen und dann seine Entscheidung einer ständigen !•Jeubewertung unterwerfen und sie rückgängig machen seilst wenn zukünftiges Signalverhalten ihre Ungültigkeit zeigen sollte. Ein Rechner kann also mit der "Integration" eines Peaks beginnen, sobald das Signal eine positive Richtung einnimmt, d.h. positiv wird selbst un nur einen Bruchteil eines Ilikrovolts.

3. Das "Gerät ohne Gedächtnis" ist gezwungen, ohne Kenntnis der folgenden Spektrumtopolocyie ein Peak in Bezug auf die Grundlinie sofort zu korrigieren: Es kann nur den zuletzt gemessenen Grundlinienwert oder irgendeinen davon ausgehenden extrapolierten Wert abziehen. Das Gerät mit Gedächtnis kann als Rechner das gesamte Spektrum prüfen und dadurch die Grundlinie mit einem Interpolationsverfahren korrigieren,

4. Diese Aufbaumerkmale der Erfindung normieren einerseits die Signalverarbeitung vor der Bewertung und vermitteln andererseits einen gesamten analytischen Zugang zu der Bewertung, Die Signalsteigung als primäre Bestimmungsgröße wurde bereits aus den früher angegebenen Gründen ausgeschlossen. Man verließ sich wieder auf die Analogie zum "menschlichen Beobachter" als Mittel zur Entwicklung eines Rechenschemas, mit dem Signalveränderungen beobachtet werden, das Peak bestimmt wird, der Peakbeginn, Scheitel, usw. bestimmt werden. Es hat sich gezeigt, daß der Rechner durch Beobachtung von Integralen und Zähleriritegralen das gleiche Verfahren durchführen kann.

5. Ein Beobachtungsverfahren über Integrale funktioniert

als Kriterium zur Bestimmung von Peakbeginnen und -scheiteln,

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hat aber keinen Wert bei der Bestimmung der Grundlinie, die im Gegensatz zu den anderen interessierenden topologischen Punkten ein Zustand des Wichtauftretens eines topologischen Ereignisses ist. Das einfache Verfahren anzunehmen, daß die Grundlinie nicht ansteigt oder abfällt und den Signalwert WuIl hat, kann man nur bei Grundlinien annehmen, die sich nicht verschieben. Dieses Problem wurde zuerst angegangen in der Bemühung, eine Grundlinie zu bestimmen, oder besser ausgedrückt, es wurde der Versuch unternommen zu entscheiden "wann eine sich verschiebende Grundlinie keine Grundlinie sondern ein Peak ist". Die Antwort darauf war " wenn sie nichtlinear ist". Es wurde daher entschieden daß das Signal als Grundlinie gekennzeichnet werden sollte, wenn das Verhalten der ersten Ableitung über einen längeren Zeitraum hinweg lineare Merlotiale zeigt, "lit anderen Porten, wenn die zweite Differenz des Signals über einen längeren Zeitraum innerhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt, ist eine Grundlinie vorhanden, wobei der Schwellwert eine Punktion des Uiigebungsrauschens am Detektor ist.

6. Es besteht allgemeine Übereinstimmung darüber, σ-aß bei jedem digitalen Abtastverfahren die Abtastgeschwindigkeit von den Charakteristiken des Signals bestimmtes ein sollte. In der GasChromatographie sollte die Abtastgeschwindigkeit umso langsamer sein, je langsamer die Peaks sind. Eine hohe Abtastgeschwindigkeit muß beim Arbeiten mit Kapillarsäulen verwendet v/erden um sicherzustellen, daß zwischen jedem topologischen Erejgiis mehrere Abtastungen durchgeführt werden, u:n den Verlauf eines Ereignisses zwischen zwei benachbarten Abtastungen zu vermeiden. Eine Verminderung der Abtastgeschwindigkeit in dem Maße, in dem die Probe durch die Säule wandert, erhöht nicht nur die Empfindlichkeit, sondern normiert auch das Spektrum im Zeitbereich, so daß die verschie-

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denen Schwellwerte und. anderen Entscheidungskriterien allgemein auf das Spektrum angewendet werden können, ilanentschloß sich, die Abtastgeschwindigkeit automatisch herabzusetzen, wenn ein Durchlauf fortschreitet und Peaks sich breiten.

Um eine maximale Anzahl von Merkmalen im System zu erzielen, entschloß man sich zur Entwicklung eines Betriebssystems unter Verwendung zahlreicher Programniertechniksn, wodurch folgendes erzielt wurde:

A. Sine Rangordnung in der Software wurde erzielt, dia frei von der Schwierigkeit vtfar, die Anwendungsmerlunale, die der Benutzer sieht von vornherein codieren zu nüssen. Die Sangordnung erleichtert auch gestaltungsnäßicre Abänderungen als Ergebnis tatsächlicher Betriebserfahrungen.

E. Die Möglichkeit xrarde geschaffen, einen Überschuß gegen einen Manael einzutauschen. Bei einem kleinen Spezialrechner für eine begrenzte Anzahl von Geräten ist der Überschuß die Zeit - und der Mangel das Gedächtnis.

Schlüsselmerkmale des Systems in Bezug auf Kern, Zuordnung, wirksame Aktenraumführung, Auflistungsverfahren und das Fällen von Entscheidungen werden durch Algorithmen erzielt, in denen bestimmte Zustände angesteuert werden.

Schließlich wurde entschieden, daß zwei Ausführuncren benötigt wurden, nämlich eine Grundausführung, welche nur die als wesentlich erachteten Merkmale enthielt und eine weitergebildete Ausführung, welche die meisten der als wünschenswert erachteten Merkmale enthielt. Es wurde jedoch festgelegt, daß im Einklang mit dem vorrangigen Anwendung^ zweck die analytischen Charakteristiken beider Ausführungen strikt identisch sein müssen. Wodurch sich die beiden Ausführungen wirklich unterschieden voneinander war das Datenführungsverfahren.

2098U/1150 _₃₄_

Diese wesentlichen in der ^? rundaus führung enthaltener, "lerlnnale sind:

a. ITormierung und. innere Standardberechnuncr unter Verfahrenssteuerung.

b. Flächenkorrektur durch Änsprechfalctor.

c. L'ichberechnunr-on zum Zunche der automat is c^v.?;n 3er schaurig von Ansprechfaktoren.

■:'-.. Auflösung dar Analyse uncl .'ülingabe 6.3?, riechanvar ^aAr-"? ent"'7Ou3r clurch direkten lüinqriff das Benutzers cfer -f.uroh Ijochstreifaneir-a.be an einer einzigen ™arnsc"*roir-?.r~tello.

e. J.Lorstellung von Verfahr-ansstreifen als Mittel zur ";reicherung des .lechenverfahran?.

f. rs'.higlieit zur Bedienung von z^T.-;ei Heräten.

In der -./aiterentwickelten Ausführung v-mrc-en folroncia " Ie rl anale auf genarmen:

a. Ständige Verfahren-sspeicharung ira S ν st era zur.c.tzlich

zur Lochstreif enspeicheruncr. Dies bringt mehrere untergeordnete Ilerlanale mit sich, die erforderlich «ind, mn die gespeicherten P.echenverfahren zu handhaben:

(1) Verfahrens einer abe zu jedem Zeitpunkt entweder durch direkten Eingriff oder Lochstreifen. *

(2) Ausdrucken des gespeicherten Rechenverfahrens oder Lochstreifenherstellung.

(3) Abänderung eines gespeicherten .Rechenverfahrens durch direkten Eingriff, -.-/obei bestimmte Daten eingesetzt, ausgelassen oder abgeändert warnen krr.nor.

b. Auffüliren von Komponenten bis zu 23 Buchstaben ohne Uachteil in der Speicherung bei Hanen, die ];i.r^3r -nine¹., oder bei übermäßigem Gebrauch von Namen.

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c. Vorsortieren der Datenausgabe, umHas.Ausdrucken von Peaks zu unterdrücken, deren Flächenanteile kleiner sind als der vom Benutzer angegebene ?Tert.

d. Berechnung von Ansprechfaktoren als laufender Durchschnitt mehrerer Eichdurchläufe.

3. Gleichseitiger direkter Eingriff und Ausgabe an bis zu drei Fernschreibern.

f. l^?ähic-keit bis zu 3 Gas Chromatographen zu handhaben.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, durch welche die Ausgangssignale eines Analysengerätes zwecks Auswertung einem Rechner zuführbar sind.

Erfindungsgeinäß ist ein Analysengerätesystem gekennzeichnet durch die Kombination der nachstehenden Bauteile:

A) ein Analysengerät, welches ein Ausgangssignal erzeugt,

B) einen Rechner mit einer Eingabe/Ausgabe-Schiene zum Analysieren dieses Ausgangssignals,

G) ein Interface zwischen dem Analysengerät und dem Rechner, enthalten

a) einen Analog-zu-Pulssignal-Wandler, der analysengeräteseitig angeordnet ist,

b) eine rechnerseitig angeordnete und mit der Eingabe/ Ausgabe-Schiene des Rechners verbundene Digitalschaltung zum Speichern einer begrenzten Anzahl von Pulsen, die von dem Analog-zu-Pulssignal-Wandler erzeugt werden.

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Sin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben:

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems, dessen Steuerpulte auseinander ge zogen gezeigt sind.

Fig. 2 ist ein elektrisches Schaltschema zur Erläuterung des Interface¹ von Fig. 1.

Fig. 3 ist eine schematische Rückansicht der Datenverarbeitungsanlage von Fig. 1 und zeigt ihren bausteinartigen Aufbau.

Fig. 4 ist ein Chromatogramm von n-Butylacetat.

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild der speziellen digitalen Schaltung an der Datenverarbeitungsanlage von Fig. 1, welche den Anschluß an das Paar von Interfaces von Fig. 1 erleichtert.

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild der Rechneranlage von Fig. 1.

Fig. 8 ist ein Schemabild der Eingabe/Ausgabe-Sammelleitung der Rechneranlage von Fig. 7.

Fig. 9 ist ein logisches Blockschaltbild einer typischen Verbindung zwischen einem Geräteeinleseregister, einem Geräteausdruckregister und der Rechneranlage von Fig. 7.

Fig.Io zeigt schematisch den zeitlichen Ablauf der Eingabe und Ausgabe der Rechneranlage von Fig.

Fig.11 ist eine schematische Darstellung des Gerätewählers und Befehldecodierers der Rechneranlage von Fig. 7.

Fig.12 ist ein logisches Blockschema und zeigt die richtige Verwendung von Takt impulsen in Bezug auf Kennzeichnungsschritte der Rechneranlage von Fig.7,

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3«

Fig. 13 bestehend ana Fi,::. ΉΛ und Fi;;. ]~}->, die s.:_o :,uzusammen zu Fig. 13 ergeben, ist ein r.ohr ins - einzelne gehendes jc:.altbild eier Rechneraulage von Fig. 7 und sei _:;t den arithmetischen Datenfluü der ;I)atenverarbeituri saniere.

Fi:;. 14 ist ein Pluiä diagramm .fur die Schrittfolge, die die Kechneranlage von Fig. 7 und 13 bei Addieroperationen macht, die zwischen verschiedenen Hegiatern ablaufen.

Fi.'^T. 15 beste/iend aus Fig. 15A und Fig. 1^C3L, ei Le "^U3^r tnmen Fi/j. 1^l3 ergeben, ist ein .Blockschaltbild ce:j i.i der Datenverarbeitungsanlage von Fig. 1 vorgesehenen Ausgangsinterface'.

Fi'f. ']o bestenend aus Fig.' 1bA und Fig. 16B, die zusammen Fig. 16 ergeben, ist ein Schaltbild der Logik das "Interface¹ zwischen dem Gascuromatogrr'nhen und der Datenverarbeitungsanlage von Fig. 1.

Fig. 17 bestehend aus Figo 17A'und Fig. 17t, die zusammen Fig. 17 ergeben, ist ein Schaltbild eines normalen Interfacowandlers, der für die Hechneranlage von Fig. 7 und 13 vorgesehen ist.

Fig. 18 ist ein elektrisches Schaltbild, teilweise in Blockform, des Interface' 14 von Fig. 1.

Fig. 19 bestehend aus Fig. 19A und Fig. 19L, die zusammen Fig. 19 ergeben, ist ein elektrisches Schaltsc^ema. von einem Teil des Interface¹ 14 von Fi;.. 1.

Fig. 20 bestehend aus Fi;;:. 2OA und Fig. 2Oj, die :,ua,'!iüraen Fig. 20 ergeben, ist ein elektrisches 8c>. ltsciv-na von einem Teil des lnterfa.ee¹ von Fi;. 1.

BAD ORIGINAL

2098Α4/Ί150

Fig» 21 ist ein Blockschaltbild und zsigt die in der Anlage von Fig. 1 vorgesehenen elektrischen und Erdverbindungen *

Fig. 22 ist ein elektrisches Schaltschema und zeigt die für den erdfrei verbundenen Eingangsverstärker IC2 von Fig. 19 verwendete Schaltung,

Fig. 23 ist ein elektrisches Schaltschama ,und zeigt die für den Eingangsverstärker IC2 von Fig* 19 mit geerdeten Differentialeingang verwendete Schaltung

Fig. 24 ist ein weiteres elektrisches Schaltschema und zeigt die für den Eingangsve stärker IC2 mit geerdetem Differentialeingang verwendete Schaltung.

Fig. 25 ist ein elektrisches Schaltschema und zeigt die für den Uingangsverstärker IC2 rn.it einpoligem Eingang ver?;endete S cha Itung.

Fig. 26 ist eine Korrekturkurve zur Umrechnung von verschobenen in relative Retentionszeiten für die Anlage.

Allgemeine Beschreibung des Systems

Das gaschromatographische Gerätesystem Io der Erfindung ist allgemein in Fig. 1 gezeigt» Das System Io enthält einen oder mehrere Gaschromatogra-phen 12, die jeweils mit einem Interface 14 versehen sind, das über ein Kabel 16 an eine Datenverarbeitungsanlage 13 angeschlossen ist. Die Datenverarbeitungsanlage 13 ist über ein Kabel 2o an eine Datenstation 22 angeschlossen. Die Datenverarbeitungsanlage oder Rechner 18 ist mit einem oder mehreren gespeicherten Programmen versehen. Zusätzliche Verfahrensprogratnme sind auf Streifen 24 gespeichert, die in den Rechner 13 am Streifenleser 26 eingegeben werden können*

- 4o 209844/1 150

- 4ο -

In Fig. 2 v.'sist jedes analoge Interface 14 drei Eauptkomponenten auf. Entweder einpolige oder erdfreie Eingangssignale vom Chromatographen werden von Stationen 23 und 3o auf einen Vorverstärker 32 mit einem Verstärkungsgrad 1 oder Io je nach dem verwendeten Detektor gegeben. Das Signal vom Vorverstärker 32 geht dann auf einen einstellbaren Verstärker 34. Wie nachstehend noch erläutert wird, wird der Verstärkungsgrad des einstellbaren Verstärkers 34 von der Datenverarbeitungsanlage IS gesteuert.

Das Signal vom einstellbaren Verstärker 34 ist auf einen Spannungs-Frequenzwandler 36 geschaltet, c.sr an eier Station 3 8 ein dem Detektorausgang proportionales digitalisiertes Signal erzeugt. Dieses Signal wird auf den Rechner 18 über das Kabel 16 gegeben. Der Spannungs-Freguenzwandler 36 und ein am Rechner 13 angeordneter Zähler liefern sine integrierte Änalog-Digitalumwandlung. Da nur digitale Signale (veränderliche Frequenzimpulse) vom Interface 14 auf Kabeln 16 an den Rechner 18 gegeben werden, ist es nicht notwendig, die analogen Daten auf einem Kabel zu übertragen»

Die Frontplatte 4o des Interface¹ 14 (Fig. 1) ist mit Druckknopfschalterη und Anzeigelampen versehen. Die Schalter dienen dazu, dem Rechner zu signalisieren, einen Vorgang zu beginnen oder zu beenden. Die Anzeigelampen an der Frontplatte 4o des Interface· werden abwechselnd vom Rechner und der Software zur Anzeige des jeweiligen Rechenstandes betätigt»

Das Herz der Anlage ist der Rechner 18, dessen Rückseite schematisch in Fig. 3 gezeigt ist, iiie in Fig# 3 zu sehen ist, kann er bis zu drei .-palchsreinleiten von 4o96 (4K) Porten jeweils in Speicherschutz ar: 42, 44 bzv/ und fünf Eingabe/Ausgabe-(I/O) -DcK. ~ :i,.r-: . m S

2098U/1 UC - 4i -

gabe-Schlitzen 43, 5o, 52, 54 bzw,56 aufnehmen. Die mindest erforderliche Grundausrüstung der Anlage arbeitet mit einer einzigen Speichereinheit von 4K Uorten in einem der Schlitze 42, 44 oder 46·. Zusätzliche Speichereinheit kann in 4k Einheiten bis zu insgesamt J.2K Worten in den übrigen Schlitzen aufgenommen werden.

Die Eingabe/Ausgabe-Tafeln sind dem Gerät zugeordnet, eine Tafel kann entweder ein oder zwei Gaschromatographenkabel oder eine Datenstation 22 handhaben.

um die Anlage zu erweitern, erfordert ein zusätzlicher GasChromatographenkanal nur ein zusätzliches Interface am Chromatograph 12 (Fig. 1) und eine zusätzliche Eingabe/ Ausgabe-Karte in einem Paar 48 bis 46 für jeweils zwei Kanäle. Um die Datenfähigkeit oder analytischen 'lerkmals zu vergrößern, können zusätzliche Speichereinheiten von 4K Horten jeweils in einem Paar von Schlitzen 42 bis 46 hinzugefügt werden. Die DruckschaltungstafeIn zur Steuerung des Rechners sind in Schlitzen 58 angeordnet, die Datenflußkarten in Schlitzen 6o, die Energie Im Schlitz 62 und eine Bedienungstafel kann im Schlitz 64 untergebracht werden. Zusätzliche Energiekomponenten sind unten bei 63 angebracht.

Die Fronttafelsteuerungen zur Vorbereitung des Rechners 13 sind weggelassen, mit Ausnahme von EIN- und AUS-Knöpfen 63, 7o, eines LAUF-Knopfes 72 und einer EINGABE 74 zur Eingabe der bestimmten Verfahrensprograxnme über den Streifenleser 26 an der Station 22.

Die Datenstation 22 kann ein mit einem Lochstreifen-Leser/ Locher 26 ausgerüsteter, abgewandelter ARS-33 Fernschreiber sein. Die Station 22 dient dazu, die verarbeiteten Daten in Form eines Ausdrucks auszugeben und die Anlage für die Durchführung des analytischen Verfahrens vorzu-

209844/1150

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bereiten. Das typische Chromatogreinn 76 von n-Butylacetat (Fig. 4) zeigt die getrennten Komponenten eines Gemisches, dargestellt durch die acht Peaks 1-3 und aufgezeichnet auf dem vom Stand der Technik gelieferten Schreibstreiien. Diese Rohdaten werden von der Datenanlage in sinnvolle Ergebnisse umgesetzt - Komnonentenidentifizierung und liorrponentenkonzentration - in Fom eines Ausdrucks 73 nach Pig. 5.

Fig.5: Auswertung des Chromatograrams nach Fig. 4

Scm-.^Tell^r,;erte 2oo loo Gerät 1, . Verfahren 9, ;7TS loooo, 15 oo Seiten l,6o; 17,oo; Schwellv/erte , Unbek./Luft 1,oooo; TOL ο,οο; 1 ; Bezugspeak Ι,οοο; STD n-Butylacetat

File

8, lo>

327,67; 327,67;

327,67

Zeit Fläche RRT

2,26 I,ol23

3,27

4,22

4,71

6,77

8,Io

9,73

•t _ Λ Γ™

3,o774
3,39o3
1,3659
2,4243
2,1471
o,o22o

lo,35 1,1348
14,29 2,75o4

o,333 o,433 o,623 o,695 Ι,οοο 1,196 1,437 I,6o2 2,Ho

O, OO

5,ο 6,oo; 7,5o

Verstärk, faktor

l,436o o,9452 o,5713 o,6996 o,9996 I,o536 Ι,οοοο ο,9963 1,1164

9,ool2 18,ool6 11,9992

6,ooo4 I5,ooo8 I4,ooo4

o,1365

7,ooo8 I9,oo32

i,; am s

Methy1-äthyIki

n-Eutanol

Benzol

Heptan

n-Butylacetat

Olct an"

ί unbe]cannt

Non an

Decan

iton

Die Programme sind im Kern (Hauptspeicher) des Rechners 12 gespeichert. Sie liefern die Funktionschare.j-.t^ristil-.en von Peakauffindung, Crundlinienkorrektur, Eichung, !-formierung, Berechnungen des inneren Standards, Derec-inunger. der relativen Retentionszeit, Signalglättung und unterdrückung von Rauschen und automatischer Bestimmung und Einstellung dieser Parameter.

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Diese Programme werden mit dar Anlage geliefert. Der Analytiker braucht daher Iceine Programmierung des Rechnars vorzunehmen und kann trotzdem das Programm durch sehr einfache Eingriffsbefehle steuern.

Arbeitsweise der Anlaore

Der Bedienungsmann beginnt eine Analyse, indem er der Anlage mitteilt, daß er eine Analyse einleiten will, und welches gaschromatographische Gerät zu verwenden ist, mittels:

Des STAPJI-Knopfes 3ο am Interface (Fig. 1). Ohne weitere Eingabe? es werden sogenannte Fehlwerte im Programm verwendet, die im Rechner 18 gespeichert werden. Stattdessen kann der Bedienungsmann nach Drücken des START-i'nopfes die Startparameter eingeben.

Entweder verlangt das Programm/Parameter und der Bedie- /die nungsmann gibt die gewünschten Werte oder Fehlwerte an der Station 22 ein oder die Parameter werden automatisch in einem vorbereiteten Verfahren eingegeben.

Gewisse Steuerparameter können vom Bedienungsruann entweder von Hand oder über das Verfahren eingegeben werden, und zwar folgende:

Gesamtzeit (in Minuten) - Zeit von der Probeaufgabe bis zun r^ncls der Datenaufnahme. Der Fehlwert ist vorzugsweise 327 üinuten.

Grundlinienpunkt-Seiten- Seiten von der Probeaufgabe bis zum Ende des ersten Peaks nach jeder der genannten Zeiten zur Festlegung der Grundlinie. Der Benutzer kann eine derartige Zeit eingeben. Der Fehlwart ist keine festgelegte Grundlinienzeit; und

Tal - ein ".!'ert, der einen Schwellwert angibt _g um zu bestimmen,

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ob die Flächen von zwei oder mehr nicht aufgelösten Peaks einzeln ausgegeben v/erden, indem man sie mit einer am Talpurit nach unten gezogenen Senkrechten trennt, oder addiert werden. Im Fehlfalle werden Senkrechte von allen Talpunkten nach unten gezogen.

!lach Aufforderung zur Durchführung der Analyse, aber vor der Probeaufgabe analysiert die Anlage das Signal vom Chromatographen bei maximaler Empfindlichkeit, um die Höhe des Signal-"Rauschens" festzustellen und Empfindlichkeitswerte zu errechnen. Dies wird an der Interfacetafel 4o durch Aufleuchten einer VOnBERECHNUNGS-Anzeigelampe angezeigt. Diese Abfragezeit wird neu eingestellt und überschreitet normalerweise eine Minute nicht, muß aber eine definitive Gesamtzeit haben, um an automatische Probeaufgabesysteme anpaßbar zu sein. Die Anlage zeigt das Ende dieser Zeit durch Aufleuchten einer BEREITSTELLUHGS-Anzeigelampe an der Interfacetafel 4o an. Der Bedienungsmann kann dann die Probe aufgeben und dies der Anlage melden durch Betätigung eines AUFGABE-Knopfes 82 an der Interfacetafel 4o.

Beim Niederdrücken des AUFGABE-Knopfes, geht die BEREIT-STELLUNGS-Anzeigelampe aus und eine VORBERECHNUMGS-Anzeigelampe an der Interfacetafel 4o leuchtet auf. Beim Austreten eines Peaks während der Analyse leuchtet eine PEAK-Anzeigelampe an der Tafel 4o während des Peakdurchgangs beim Austritt der Probe auf, und der Rechner 18 führt die Grundberechnungen anhand der auf dem Kabel 16 ankommenden Daten durch. Er stellt den Verstärkungsgrad des einstellbaren Verstärkers 34 (Fig. 2) ein und speichert die für die Analysenberechnung erforderlichen berechneten Datenergebnisse.

Die Anlage geht in den 3erechnungsbetrieb ("Analyse") über, wenn die Gesamtzeit erreicht ist, αϊ · jg: -. anjsmann leitet die Gesamtzeit von Hand ein, oder der Date i;>pe; eher ist über-

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gelaufen. Falls bei der Rechnung eine Flächennormierung erwünscht ist, wird von der Anlage eine normierte Auswertung der Analyse geliefert. Falls die Rechnung
Ansprechfaktoren oder innere Standardisierungsgrößen
enthält, liefert der Bedienungsmann oder das Verfahrensprogramm diese Information.

Der Bedienungsmann hat die Möglichkeit, das erste gefundene Peak zur Festsetzung von t_M oder Gleichsetzung von t_T. gleich O auszuwählen. Kenn ein Luftpeak als
erstes Peak bezeichnet wird, wird es in der Analyse
nicht gequantelt. Der FäHLwert gibt nicht korrigierte
Retentionszeiten.

Der Bedienungsmann wählt die Grenzwerte (Bereich)in der wirklichen Zeit (Minuten) der Erwartungszeit des Bezugspeaks. Wenn andere Peaks in diesen Zeitbereich fallen, so wird als Bezugspeak das Peak ausgesucht, das die
größte Fläche in diesem Bereich aufweist. Die relative Retent-ionszeit (RRT) des Bezugspeaks ist 1. Die
Fehlanzeige, die nur bei dem normierten Verfahren angewendet wird, zeigt an, daß die relative Retentionszeit nicht umgewandelt wird, und daß die Zuordnung zwischen Komponente und Peak über die absolute oder verschobene Retentionszeit erfolgt.

Der Bedienungsmann wählt die Toleranzen für die Zuordnung des Peaks. Das ist ein prozentuales Verhältnis, xfelches die Abweichung der relativen Ret ent ions zeit eines Peaks von der relativen Retentionszeit in der Komponentenliste und trotzdem der-en Zuordnung zu dieser Komponente gestattet.

Bei der Analyse von Proben kann der Bedienungsmann die Durchführung quantitativer Analysen verlangen, und zwar:

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1.. Hur durch Flächennormierung ohne Komponenten-Dateneingabe,

2. Normierung nach Verwendung von Ansprechfaktoren, wenn Ansprechfaktoren durch Fernschreibareingriff oder gespeichertes Verfahren eingegeben werden.

3. Verhältnis eines inneren Standards mit oder ohne zugeführt 8 Ansprechfaktoren zu den interessierenden Peaks, lienn Ansprechfaktoren erforderlich sind, werden sie durch Fernschreibereingriff oder das gespeicherte Rechenverfahren eingegeben.

Die folgende Eingabe ist für (2) und (3) erforderlich.

1. Ansprechfaktoren sind auf Peaks anzuwenden, die nicht in der Komronentenliste aufgeführt sind (unbekannt). Von ο,ο bis 3,2767 können eingegeben werden.

2. Für die Analyse durch innere Standards ist das Standardgawicht (Volumen) und das Probegewicht (vor Einführung des Standards)erforderlich.

3. Die Komponentenliste - die relative Retentionszeit und der zugeordnete Ansprechfaktor für jede Komponente in der Analyse. Das Zeit-Bezugspaak und Peak des inneren Standards sind gleich.

(Beim Eichbetrieb wird die Komponentenkonzentration eincjegeben und der Ansprechfaktor wird be""rechnet.)

Der Bedienungsmann zeigt dann an der Station 22 an, ob die Auswertungsdaten unter Abschluß der Rechnung ausgedruckt werden sollen, oder ob die Daten zugleich ausgedruckt und gespeichert werden sollen.

Bei Uichbetrieb werden Daten von einer "Eich-"Probe verwendet, um Detektoransprechfaktoren zu berechnen, die bei Anwendung auf die Flächen von Peaks, die als den einselnnen Faktoren zugeordnet bezeichnet sind, und nach korrigierter Flächennormierung, den Prozentgehalt der gesamten

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Probe, der dem Prozentgehalt der Mischung entspricht liefern,

Komponentenidentifizierung bei der Berechnung von Aisprechfaktoren geschieht durch die relative Retentionszeit (RRT).

Die Komponentenkonzentration in ganzzahligen "jerten soll durch Fernschreibereingriff eingegeben werden.

Komponenten, die als solche nicht in der Eichprobe vorhanden sind, aber in der Analyse von Interesse sind, können in das Verfahren durch Angabe des verwendeten Ansprechfaktors eingegeben werden.

Nach Errechnung der Ansprechfaktoren werden diese zur Verwendung bei der Anwendung der Faktoren im Analysebetrieb gespeichert.

Allgemeine Beschreibung des Interface¹

Das Interface 14 ist zum Anschluß an die spezielle digitale Schaltung am Rechner 18 bestimmt, die ihrerseits an die Eingabe/Ausgabe-Sammelleitung eines kleinen Digitalrechners für allgemeine Zwecke angeschlossen ist. Darin ist ein26-3it Wortsystem offenbart. Die Wahl der Wortlänge ist im wesentlichen willkürlich.

Die VJege des Eingangs/Ausgangssignals des hier offenbarten Rechners sind im einzelnen in Fig. 3 spezifiziert. vJeiterhin sind vorgesehen ein Zeitgeber von 1,76 kHz, eine Freileitung, eine 12 V-Leitung für die Lampen und eine Brdleitung. Bits O bis 15 stellen eine Datenschiene dar, von/Bits 8 bis 15 zur Datenstation 22 gehen./"denen nur die ...'

Die spezielle Schaltung Sl am Rechner, die eine Einsteckkarte mit eingedruckter logischer Schaltung zum Einstecken in ein Paar von iüingabe/Ausgabe-Schlitzen 48 bis 56 in Ver-

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bindung rait einem oder zwei Gaschromatographen aufweist, ist in Blockform in Fig. 6 gezeigt.

Ei? ist zu beachten, daß ein Paar Zählregister 33 und jeweils mit den spannungs-proportionalen Frequenz Impulsen von der Ausgangsstation 38 des Spannungs-Frequenzwandlers 36 des Interface¹ 14 gespeist x^ird. Die Impulse vom Interface Hr. 1 werden also auf das Zählregister Hr. 1 und die Impulse von Interface Nr. 2 auf das Zählregister LIr. gegeben. Diese Zählregister können bis zu 215 Impulse von ihren jeweiligen Interfaces zählen. Wenn sie voll sind, werden Überlaufbits auf entsprechenden überlaufbit-Leitungen 36 und S3 auf eine logische i'ennzeichnungseinheit 9ο gageben. Die Zählregister werden wiederholt vom zentralen Rechner durch Angabe ihrer Adresse an einer Geräteadressenschiene 92 abgefragt. Die Geräteadresse wird von einer Geräteadressentafel 94 auf eine Geräteadressendecodier - ICingabe/Ausgabe-Befehlsdecodiereinheit 96 gegeben, welche die übertragung der Zählung in dem jeweiligen Register 83 oder 34 auf die Datenschiene 90 bewirkt. Registerbefehle werden auf Registerbefehlsleitungen loo oder Io2 gesendet. Der zeitliche Ablauf wird von einer Eingabe/Ausgabe-Befehlsschiene Io4 gesteuert. Nenn vor der normalen, sich wiederholenden Abfragung ein Zählregister überläuft, zeigt dies eine logische Kennzeichnungseinheit 9ο dem Rechner über Unterbrecher- und Eprungschienen Io6 bzw, loS an.

Nie nachstehend noch ausführlich erläutert wird, zeigen bei Ho angedeutete Datenschienenbits 14 bis 15 zusammen mit der Geräteadressendecodier- Eingabe/Ausgabe-Befehlsdecodiereinheit 114 den Verstärkungsgrad an, bei welchem ein einstellbarer Verstärker 34 des Interface¹ 14 (Fig. 2) arbeiten sollte.

Es ist dem Fachmann und aus der nächste*■--^n ausführlichen Beschreibung verständlich, daß der Verst''r':vj"--sgrad des

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einstellbaren Vastärkers 34 hoch ist, wenn niedrige Signalspannungen vom Gaschromatographen erhalten werden und niedrig ist, wenn große Spannungssignale erhalten werden, so daß der gesamte Bereich des- Spannungs-Frequenzwandlers 3 6 über Teile eines kleineren Bereichs von Spannungssignalen verwendet werden kann, die von den Gaschromatographen erhalten wurden. Bei zu häufigem Auffüllen des Zählregisters 83 oder 84 verringert sich der Verstärkungsgrad, und bei zu langsamem Auffüllen erhöht sich der Verstärkungsgrad. Die Verstärkungsgradbits werden aufVerstärkerbitleitern 116 und 118 des gemeinsamen Kabels 16 (Fig. 1) signalisiert. IJie vorstehend erwähnt, ist jedes Interface mit einer Mehrzahl von Schaltern und Lampen versehen, welche von der Schalter- und Lampensteuerungseinheit 12o gesteuert werden. Befehle werden auf die Interfaces 14 und von diesen über Schalter und Lampenleiter, die allgemein bei 122 angedeutet sind, gegeben.

Es versteht sich weiter für den Fachmann und aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung, wie die Zählungen in den Zählregistern 33 und 34 und/oder ihre üfoerlaufanzeigen durch Signale zu und von der logischen Kennzeichnungseinheit 9ο im Rechner zur Ableitung der erforderlichen Signalinformation verwendet werden können.

Allgemeine Beschreibung der Rechneranlage

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild des Rechners und zeigt die R-Register, die Recheneinheit und die Eingabe/Ausgabesteuerungen. Der gezeigte statistische Zugriff des Kernspeicher s ist eine magnetische Speichereinheit, die in jeder Untereinheit 4o96 Worte von je 16 Bits enthält. Daten vom Speicher werden auf und vom Rechner über das :!-Register übertragen. Die Funktionseinheiten des Rechners unterteilen sich in zwei Kategorien: Adressierbar und nicht-

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ädressierbar. Die adressierbaren Einheiten stehen dem Programmierer durch Ausführung von einem oder mehreren der verschiedenen Befehle im Befehlssatz zur Verfügung. Alle anderen Einheiten sind nicht-adressierbar und werden vom Rechner verwendet, um Daten und Befehle zu handhaben, sind aber für den Programmierer nicht dLrelct verfügbar.

Adressierbare Einheiten

Die R-Register (R.) - vier 16-Bit-Register, die als pri-

märe arithmetische Summierer und Logikregister im Rechner verwendet werden. Zvjd der Register, R₂ und R₃ erfüllen eine doppelte Aufgabe als Indexregister. Die R-Regster werden mittels des tiefgestellten Index¹ i adressiert, der gleich o, 1, 2, 3 sein kann.

Der P-Zähler (P) - ein 16-Bit-Register (auch Programmzähler genannt), das den Speicherplatz des nächsten auszuführenden Programmbefehls enthält.

C-Register (C) - ein 1-Bit-Anzeiger der dem Summierer und Addierer zugeordnet ist, der den sich aus der Durchführung von arithmetischen Befehlen und gewissen Komitiaverschiebungen ergebenden überlaufzustand speichert.

V-Register (V) - ein 1-Bit-Anzeiger, der den Summierern und dem Addierer zugeordnet ist, der den sich aus der Durchführung von arithmetischen Befehlen und gewissen Kommaverschiebungen ergebenden überlaufzustand speichert.

Unterbrechungszustand - ein 1-Bit-Anzeiger, der dem externen Unterbreciiungssystem zugeordnet ist. Bai "Einschaltung" spricht der Rechner auf externe unterbrechung zwischen Defehlen an. Bei "Ausschaltung" ignoriert der Rechner externe Unterbreche—ung.

Eingabe/Ausgabe-Schiene - eine zweiwegige 16-Bit-Gruppe von leitungen, welche Daten zum oder vom Rechner/führt. / und den angeschlossenen e:rternen Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen ...

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Eincfabe/Ausc-abe-Befehlsschiene - 3 zur. I3ingabe/Ausgabe-Steuerung verwendete Leitungen.

Geräteadressenschiene - 8 zum. Adressieren einer Eingabe/ Ausgabe-Vorrichtung verwendete Leitungen,

Hicht-adressierbare Einheiten

Addierer - führt die maßgebenden Rechenverfahren von Addition und Subtraktion aus,

■M-Recfister (M) - ein zur übertragung von Xnformationen zum und vorn magnetischen Kernspeicher verwendetes 16-Bit-Ragistsr.

Α-Register (A) - ein zur Aufnahme der Adresse während des Kernspeicherzyklus¹ verwendetes 16-Bit-Register.

O- Register - ein zur Aufnahme des Betriebscodes während eines Befehls verwendetes l6-3it-Register,

Es ist jedoch zu beachten, daß der in Fig. 7 gezeigte Aufbau mehrfache Summierer unter Verwendung von zwei Summierern als Indexregister vorsieht.

Ein wesentliches Merkmal des Rechners ist die Einfachheit und Anpaßbarkeit der Singabe/Ausgabe-Operationen. Die Möglichkeit, Daten zwischen dem Rechner und einem weiten Bereich von externen Geräten zu steuern und zu übertragen, ist ein wichtiger Faktor in der erfolgreichen Anwendung des Rechners auf die Steuerung von Geräten. Zwei Arten von Eingabe/Ausgabe-übertragungen sind vorgesehen:

Die programmierte Datenübertragung, Die unabhängige Datenübertragung.

Die programmierte Datenübertragung ist durch die Tatsache gekennzeichnet, daß für jeden Betrieb eines externen Gerätes ein iiechner-Eingabe/Ausgabe-Befehl erforderlich ist.

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Die Übertragung von 16-Datenbits zu dam bestimmten Register vorn externen Gerät erfordert einen "Hinlese"-Befehl; die Übertragung von 16-Datenbits von dem bestimmten Register auf das externe Gerät erfordert einen "Ausdruck^ll-Befshl. Verschiedene Zustände des externen Gerätes werden durch Kennzeichen abgetastet und durch·"Zustands"-Befehle gelöscht. Manchmal werden Datenübertragung und 2u«?tands.b3.fehl zweckmäßig zu einem Befehl kombiniert· Dia programmierte Singabe/Ausgabetec'mik führt allgemein zu einem vereinfachten Aufbau des externen Gerätes, ist aber hinsichtlich der Geschwindigkeit begrenzt wegen der zur Versorgung der abhängigen Unterbrecher erforderlichen zusätzlichen Software,

Die unabhängige Datenübertragung unterscheidet sich von der programmierten Datenübertragung dadurch, daß da« externe Gerät an der übertragung von Datenblöcken direkt zum oder vom Speicher unter Steuerung c,es Rechners beteiligt ist, anstatt daß ein einzelner Befehl für jedes '.'"ort übertragen wird. Im allgemeinen wird eine Startacre ss a gegeben und ein die Blocklänge identifizierender Zähl.Impuls, Datenübertragungen zum oder vom externen Gerät erfolgen dann unabhängig vom einmal eingeleiteten Kauptprogramm; der einzige llachteil besteht in einer etwas verminderten Verarbeitungsgeschwindigkeit aufgrund der i-Jicht-Verfügbarkeit dieser von der unabh.ancf.gen Datenvorrichtung gesteuerten Speicherzyklen. Der Abschluß der Blockübertragung führt zu der entsprechenden Einstellung der Kennzeichen der unabhängigen Datenvorrichtung und ^eciinerunterbrechung, Die unabhängige Datenübertragung ist verbunden mit/relativ hoher Geschwindigkeit /"mit

arbeitenden Datenübertragungsgeräten, beispielsweise einer Geheibe, Band oder möglicherweise dem Vorderende eines Ilassenspektraneters,

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Das jJingabe/Ausgabe-SchisnansystsTi von der Rechne ran lage her gesehen ist in Fig. 0 gezeigt. Daten und Steuerung werden mittels des Eing-abe/Ausgabe-Schienensystems zu und von eicternen Geräten übertragen. Aufgrund der Forderung nach paralleler "ODER-Verknüpfung" auf den Datenschienen, ist eine logische eins auf" der Schiene negativ (O Volt) und eine logische null positiv (+5 Volt). Im folgenden ist eine Zusammenstellung der Unterabschnitte des Schienensystens gegeben:

Bezeichnung	Anzahl V.Leitungen
Geräteadres sen- schiene	8
Eingabe/Ausgabe- Datenschiene	16
Eingabe/Ausgabe- Befehl	3
Taktimpulse	2
Unterbrechungs schiene	1
Sprungschiene	1

Rückstellung

Beschreibung d.Richtung Gerätewahl» Hur Ausgabe.

Daten-Eingabe/Ausgabe, zweiwegig.

Durch das gewählte Gerät auszuführender Vorgang. Nur Ausgabe,

Gibt Zeittakte auf die Geräte. Hur Ausgabe.

Eine Anzeige des Gerätezustands, der die Aufmerksamkeit des Rechners erfordert. Nur Eingabe.

Eine Anzeige des Gerätezustands, der unter Ansteuerung eines der Kennzeichen-Befehle ausgesucht wird. Nur Eingabe.

Ein Signal vom Rechner, welches die Auslösung des externen Gerätes oder Einschaltung des Rechners bewirkt. Nur Ausgabe.

Mehrfache Geräte werden auf dem Eingabe/Ausgabe-Schienensystem dadurch untergebracht, daß alle Unterabschnitte parallel zu den verschiedenen Geräten auf der Länge des Schienensystems angeschlossen sind. Auf diese Weise kann jedes

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der Geräte den Zustand jeder der Ausgabeleitungen des Rechners abtasten und bei Unterbrechung oder Programmsteuerung den Zustand der Eingabeleitungen des Rechners beeinflussen.

Daten v/erden zwischen dem Rechner und den externen Geräten auf einer 16-Bit-Zweiwegeschiene übertragen. Das Befehlsfelci (Bit 3 davon) zeigt an, ob eine Datenschiene auf übertragung (Bit 3=1) oder auf Empfang (Bit 3 = o) geschaltet ist. Es versteht sich, daß die Datenschiene niemals zu einem Gerät direkt körperlich führt. Stattdessen ist der Rechner an das Gerät über ein zwischengeschaltetes Pufferregister geschaltet. Allgemein gibt das Gerät Daten in ein oder mehrere dieser Register ein oder empfängt sie von diesen. Der zeitliche Verlauf der übertragung von Daten zwischen einem Gerät und einem dieser Register wird von den Eigenschaften des Gerätes bestimmt und allgemein vom Gerät selbst gesteuert. Gleichermaßen werden Zustandskennzeichen in Bezug sowohl auf Übertragungen von Daten und dem Gerätezustand zwischen dem Gerät und dem externen Zubehör unter Steuerung durch das Gerät eingegeben. Andererseits werden Übertragungen zwischen dem Rechner und dem Pufferregister des externen Zubehörs vom Rechner mittels Eingabe/Ausgabe-Befehlen und Gerätewählmechanismus gesteuert. Ebenso^ wird die Synchronisierung dar Übertragungen zwischen dem Gerätepufferregistern und dem Rechner wie auch. die Abfragung und Löschung von Kennzeichen durch den Rechner durch die Vervrendung der Taktimpulse 1 und 2 durchgeführt.

Fig. 9 zeigt eine typische Verbindung zwischen einem Geräte einleseregister, einem Gerateausdruckragister un·?. dem Rechner. Man beachte, daß jedes Bit der mit einer ¹¹ODSR-Ver2;nüpfung" versehenen Schiene aus dem Einleeeregister ausgetastet wird. Andere, anderen Geräten zugeordnete

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register teilen diese Schiene ebenfalls.

Daten vom Rechner zum Gerät können in das Ausdruckregister unter Programmsteuerung eingegeben .v/erden.

Die Zustandskennzeichen und das Pufferregister dienen dann als Zwischenglied zwischen dem Rechner-Eingabe/Ausgabe-Interface und dem besonderen Gerät, dem es zugeordnet ist. Im allgemeinen ist das Gerät so ausgebildet, daß es mit einer Vorrichtung zur Anpassung seiner Eingangs/Ausgangsverhältnisse und seines Zeitverhältnisses an den Rechner versehen ist.

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Programmierter übertragungsverlauf

Fig. Io zeicft den Zeitverlauf des Informationsflusses zwischen dem Rachner und den externen Geräten. Es wird vorher ein Eingabe/Ausgabe-Befehl abgerufen, gegebenenfalls der S'eitverlauf festgelegt, und im Falle des Ausdruckbefehls entweder R oder R, auf das M-Reqister

Ol

und von dort auf die Eingabe/Ausgabe-Leitungen übertragen. 2oo nsec. nach den Zeitbezugspunkt wird ein Taktimpuls "1" von 1,2 ,usec. Dauer erzeugt und auf alle Gerste gegeben. 4oo nsec. nach Ende des Taktimpulses "1" wird ein zweiter Taktimpuls "2" von 1,2 yusec. Dauer auf alle Geräte gegeben. Diese Impulse befinden sich auf getrennten Leitungen und treten nur während eines lüingabe/Ausgabe-Befehls auf. Der Einleseimpuls und der Kennzeichen-Prüf impuls des Rechners sind in ihrem zeitlichen Verlauf dem Taktimpuls "1" zugeordnet, und daher müssen diese Befehle in der Steuerung des externen Gerätes in der "eise wirksam werden, daß sie zusammen mit einem Taktimpuls "1" auf die Eingabeschiene oder Sprungschiene gegeben v/erden. Je nach Art der GerMteausführung können Register-Ausdruckbefehls oder Hennzeichenlöschbefshle mit dem Taktimpuls "1" oder "2" ausgetastet v/erden.

Gewöhnlich werden Register-Ausdruckbefehle zusammen mit dem Taktimpuls "I" und Kennzeichen-Löschbefehle mit dem Taktimpuls "2" ausgeführt. Bedingt durch die Verzögerung in der übertragung kommen Eingabedaten an den Datenschienen-Endanschlüssen des Rechners je nach Entfernung der Geräts vom Rechner und insbesondere der Übermittlungsverzögerung in den Schaltstufen der externen Interface-Logikschaltung selbst gegenüber der Seit ihres Entstehens mit Verzögerung an. Der genannte Seitablauf ist auf das gegebene Ausführun-sbeisriel sucreschnitten und häncrt von eier Rechrer^sr. :· .λ .^;.^r-- U.c

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und einer Vielzahl von Schaltungsbedingungen ab. Der 5o nsec.-Impuls im Rechner tritt am Ende des Taktimpulses "1" auf und erlaubt daher einen entsprechend großen Spielraum in der Synchronisierung.

Programmunterbrechung

Die Einrichtung zur Programmunterbrechung ist für eine wirksame "Wechselwirkung zwischen dem Rechnerprogramm und den verschiedenen im Direktbetrieb angeschlossenen externen Geräten wesentlich. Die verschiedenen Kennzeichen-Register in den e:-cternen Geräten sind ohne Austastung über offene Sammleransteuerungen in der "ODER Verknüpfung" an die gemeinsame "Unterbrechungs-"Schiene angeschlossen. vJenn also ein oder mehrere der Gerätekennzeichen geräteabhängig (im allgemeinen asynchron) eingeschaltet werden, ist der Unterbrechungszustand auf der Schiene eine logische eins (O V). Wenn der Unterbrechungszustand angezeigt wird, xtfird die Unterbrechungsursache zwischen Rechnerbefehlen festgestellt; anderenfalls wird die Unterbrechungsursache nicht festgestellt. Eine Programmunterbrechung führt zum Ausschalten des Unterbrechungszustands im Rechner und einem automatischen Sprung in das Unterprogramm im Speicherplatz o. Der Inhalt des Programmzählers wird im Speicherplatz ο gespeichert und das im Speicherplatz ο beginnende Wiederaufnahmeprogramm muß das Gerätekennzeichen identifizieren, das die Unterbrechung bewirkte, diese Unterbrechungsursache beseitigen, den Unterbrechungszustand wieder einschalten und zum Hauptprogramm zurückkehren,

iliingabe/Ausgabe-Sprung

Das Singabe/Ausgabe-Sprungsystem dient der Prüfung der Kennzeichenzustände in den externen Geräten. Durch Eingabe seines Wertes auf eine, gemeinsame " ODER-Verknüpfungs-" Schiene wird das Kennzeichen abgefragt. Diese Funktion

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wird beim Eintreffen eines der an das Gerät adressierbaren Zennzeichenbefehle in Gerät ausgelöst. Nenn die Sprungschiene vom Rechner beim Abfragen als logische eins abgetastet wird (O V) , nimmt der Viert des Prograramzählers schrittweise urn. eins zu und der nächste Folgebefehl wird übersprungen; anderenfalls wird der nächste Folgebefehl ausgeführt. Der Sprungzustand v/ird vom Taktimpuls "1" auf die Sprunc'schiene gegeben, damit er vom Sprungimpuls geprüft werden kann. "Tenn bei der Prüfung kein ,Sprungzustand vorhanden ist, wird die übertragung des Taktimpulses "2" vom Rechner unterdrückt. Es kann ein Prüf- und Rückstellbefehl gegeben werden, wobei die .Rückstellung mit dem Taktimpuls "2" erfolgt, ohne daß ein gleichlaufendes Stellen und Rückstellen des geprüften Zustande zu befürchten ist. Dadurch kann jedes der verschiedenen, die Unterbrechung hervorrufenden Gerätekennzeichen einzeln geprüft und das Programm auf den jeweiligen Sustand, wieder zurückgeführt werden.

Programmierte übertragung der externen Daten allgemeine Eigenschaften

Das verwendete ^ingabe/Ausgabe-Schienansystem erfordert gewisse Interfaceschaltungen mit jedem externen Gerät, die nachstehend beschrieben werden:

1. Gerätawan1

Jedes externe Gerät hat eine oder mehrere Geräteadressen, deren Decodierung von Schaltungen im externen Gis rät durchgeführt wird.

2. Eingabe/Auscjabs-Befehlsdecodierung

Ls sind Austaster erforderlich, um die zur ^r'teusrung den externen Gerätes notwendigen verschiedenen Befehlszustände zu decodieren.

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3. Taktimpulse

Die beiden Taktimpulse "1" und "2" sind zur Synchronisierung des e2cternen Gerätes mit dem Sechner erforderlich." Im allgemeinen wird der Taktimpuls "1" zur Prüfung von ISinlese- und Kennzeichen-Befehlen oder für Ausdruck-Befehla verwendet, während der Taktimpuls "2" für Kennzeichen-Löschbefehla verwendet wird, obgleich auch andere Anordnungen möglich sind.

4· kennzeichen

Jedes Gerät enthält wenigstens ein Kennzeichen-Register, welches den Gerätezustand anzeigt. Im allgemeinen wird der Zustand dieser Kennzeichen vom Ablauf im externen Gerät bestimmt ; wenn beispielsweise ein Kennzeichen "gesetzt" ist, sthen Daten "bereit".

5. E incrabs/Ausgabe-Austastung

In jedem Gerät sind Austaster erforderlich, um Daten von den Sinlese-Hegistern im Gerät zur Datenschiene zu übertragen; oder um Daten von der Datenschiene zu den Ausdruck-Registern zu übertragen. Diese Austaster werden wahlweise von entsprechenden Eingabe/Ausgabs-Befehlen und Geräteadressen angesteuert und gemeinsam mit dem jeweiligen Taktimpuls bei Bedarf geöffnet.

Geräteauswahl und Befehlsdecodierung

Der Gerätewähler und Befehlsdecodierer sind schematisch in Fig. 11 gezeigt. Jedem Gerätewähler ist ein bestimmter Code zugeordnet. Das Ausgangssignal der Gerätewählschaltung kann nur wirksam werden, wenn die Codierung der Geräteadressenschiene mit dem zugeordneten Auswahlcode des externen Gerätes übereinstimmt. Sweckmäßigerweise sollte jeweils ein Gerät immer nur einen Kreis auf den Üingabe/Ausgabe-Schienenleitungen belasten. Die Pufferschaltunren befinden sich also zwischen dem Gerätewähler

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und der Geräteadressenschiene, welche ebenfalls als Ausgang beide Phasen der Eingabeleitungen liefern.

Ebenso v/erden die Befehlsdecodierschaltungen über vergleichbare Pufferschaltungen an den Befehlsteil der Eingabe/Ausgabe-Schiene angeschlossen. Der Ausgang der Befehlsdecodiereinheit kann einen von acht Zuständen annehmen. Wie bereits erwähnt, sind zwei der Zustände Kennzeichenprüfungen , zwei Zustände Einlesevorgängen vorbehalten, und der Roät ist frei,

Taktimpulse und Kennzeichen

Efcj. 12 zeigt die entsprechende Verwendung von Taktimpulsen in Bezug auf Kennzeichen-Prüfvorgänge und Kennzeichen-Löschvorgänge. Es ist zu beachten, daß das Kennzeichen von der Gerätewählleitung gewählt wird, und die Kombination von Löschbefehl (einem der freien Befehle) und Taktimpuls "2" wird zur Rückstellung des Kennzeichens verwendet, während das Kennzeichen mit der Kombination eines Prüfbefehls, Taktimpulses "1" und des entsprechenden Gerätewählers abgefragt wird.

Arithmetischer Datenfluß

Fig. 13 zeigt die Ausführung des arithmetischen Datenflusses. Der Datenfluß besteht aus den adressierbaren Registern, welche die vier 16-Bit-Saramler ("R^H-Register), das Übertragsregister (C-Register), das überlaufregister (V-Register) und den Programmzähler (P-ZHhler) aufweisen. Darüber hinaus sind drei 16-Bit-Register zur Verbindung zwischen dem Kernspeicher und den externen Eingabe/Ausgabe-Geräten erforderlich. Diese sindι das Adressenspeicher-Register (A-Register), das Datenspeicher-Register (M-Register) und das Codierungs-Register (O-Register)·

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Die Ilechen-, Logik- und KoKimaverschiebungsvorgänge werden in einen 4-Bit Addierer durchgeführt, der zwischen dem M-Register und den R-Registern angeschlossen ist. Datenschienen verbinden Hauptsegmente des Rechner-Datenflusses untereinander. Einige S'chienen, und zwar die dem Addierersysteni zugeordneten Schienen sind vier Bits breit; andere, und zwar die dem M-Register, den anderen parallelen Registern und der Eingabe/Ausgabe zugeordneten Schienen sind 16-Bit breit.

Die Serien-Datenübermittlung

Die Serien-Datenübermittlung erfolgt über die vier R-Reg-ister, den Addierer und das M-Register. Befehle, welche die Verwendung des Addierers erfordern, werden je vier Bits auf einmal verarbeitet. Vier aufeinanderfolgende Bits eines 16-Bit "Tortes sind hier als Byte bezeichnet. Die Daten werden dann jeweils ein Byte in der Serien'ibemittlung verarbeitet. T7enn man beispielsweise annimmt, daß der Inhalt von ?. (Register o) auf R (Register 1) gegeben werden soll, und der Inhalt

sich folgende Folge ergeben:

von R durch die Summe ersetzt werden soll, dann würde

(1) Datenübertragung ^⁰"¹⁵ ■* M °~¹⁵

(2) Addieren Π⁰"¹⁵ + F^⁰"¹⁵·» H_o°"¹⁵

d.h. der Inhalt von insgesamt l6-3its von R wird auf Ii

JL

übertragen.(Der tiefgestellte Index zeigt das bestimmte R-Register, der hochgestellte Index die betreffenden Bits an). Dann sind alle IS-Bits, M+ R zu addieren, und das Ergebnis R einzugeben. Wegen der Serien-Datenübermittlung muß dies von jeweils vier Bits (ein Byte) ausgeführt werden,

des Aädierzyklus' wird/der ursprüngliche Inhalt von R verwendet und durch die Summe ersetzt. Dies wird durch die ^MDopnelrang"-Struktur der R & !-!-Register ermöglicht.

/ in einem Zyklus

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Der Vorgang verlauft von der niedrigen Ordnung zur hohen Ordnung. Sich aus jeder B^te-Addition ergebende Überträge werden gespeichert und in den Addierer eingegeben, *7βηη das R"ta der nächst höheren Ordnung verarbeitet ^T.-7ird.

Der Addierer

Der ^Addierer ist als ein P-Ii Rechner ausgebildet und zur Durchführung der folgenden serienmäßigen Rechnungen in Bytes bestirarat:

(1) ?Jinfache Datenübertragung

(2) Addition

(3) Subtraktion der streit an ^rgclhsung

(4) Die logischen Verkn^uncan : üi:d, ODjJR, ^UR ODJR,

(5) Die algebraischen, und logischen Vergleiche (S) r.oiTir.avorschiebungen in beide Richtungen

Der spezielle Aufbau des Addiererteils in Rechner, -.■ro'oei dieser die längste Verzögerung in dar Datenverarbeitung zwischen den jav/eiligen 2 e it impuls en darstellt, bedingt, daß seiner Ausführung besondere Aufnerksamkeit gewidmet v.mrde, um die Kosten und die Verzögerung in der "rbertragung in geeigneter !!'eise aufeinander abzustimmen.

Die Parallelübermittlung von Daten

Das ll-?.egister ist sowohl zur serienmäßigen (Byte) und parallelen (15-Bit) Pbemittlung von Daten geeignet. Das Register kann Daten serienmäßig in Dytes auf den Addierer übertragen oder von diesem aufnehmen. Darüber/v^rlendie / h Daten parallel in 16 Bits in das .'!-Register und die K-, 0- und P-Register und über die D-Schiene eingegeben, Dia Daten !tonnen auf die D-Schiene von jedeir. der Register A, 0, P oder M und von den Kingabe/Ausgabe-Leitungen, den Echalt-

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register leitungen, den Speicherdaten-Au.sgabelsitungen oder den unabhängigen Datenadressen-Eingabeleitungen gegeben werden.

Rechnerablauf und Befehlsfolgesteuerung

Aufgrund der Eigenschaften des Kernspeichers und nach der Analyse der längst möglichen Verzögerung des Addierers ist eine logische Periode von 25o nsec. vorgesehen. Jeder Hauptrechenzyklus besteht aus 16 solchen Perioden. Die folgenden zwei Grundzyklen sind in der Ausführung des Ρ-Ξ Rechners vorgesehen:

(1) Der AbrufZyklus.

(2) Der VerlängerungsbetriebsZyklus.

Beim Betrieb zwischen verschiedenen Registern (und zwar denen, die nur mit dein Inhalt der R-Regist er arbeiten) ist in allgemeinen nur der Abrufzyklus erforderlich. Die Speicherinhaltsprüfbefehle (und zwar jene, die mit einen Speicherinhaltsprüfoperanten und den R-Registern arbeiten) erfordern einen Abrufzyklus und mindestens einen Verlängerungsbetriebszyklus. Indirekte Speicherinhaltsprüfuncen erfordern noch einen weiteren Verlängerungszyklus. Die gesarate Zeitfolge für jeden dieser Zyklen ist 4,usec. (16 χ o,25o,usec. = 4 ,usec.)

Das in Fig. 14 gezeigte Flußdiagramm, welches die Rechnerfolge für einen Addiervorgang zwischen verschiedenen Registern darstellt, zeigt an, auf x^elche Weise ein Rechenbefehl gehandhabt wird.

lü lnga.be/Ausgabe-Datenf luß

Daten- und Steuerimpulse werden mittels des Eingabe/Ausgabe-Schienensystems zu und von externen Geräten übertragen.

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Die bestimmten Spannungs- und Ixnpedanzwerte, die an integrierte Schaltungen anpaßbar sind, unrl Kabelverbindungen, und auch die Einrichtung zur Einschaltung und überwachung der Netzspannung, sind in einer nachfolgenden Ausgabe in einzelnen aufgeführt. Im folgenden ist eine Zusammenstellung der Unterabschnitte des Schienensystems gegeben:

Bezeichnung

Geräteadressen schiene

Eingabe/Ausgabe-Datenschiene

Singabe/Ausgabe-Befehl

Taktimpulse

ünterbrechungs" schiene

Sprungschiene

Anzahl V.Leitungen Beschreibung d.Richtung

Gerätewahl. Nur

Ausgabe.

Daten-Eingabe/Ausgabe.

Zweiwegig.

Durch das gewählte

Gerät auszuführender Vorgang. Kur Ausgabe-

Gibt Zeittakte auf

Geräte, Nur Ausgabe.

Eine Anzeige des Geräte-

zustands, der die Aufmerksamkeit des Rechners erfordert. Nur Eingabe,

Eine Anzeige des Geräte-

zustands, der unter Ansteuerung eines der Kennzeichenbefehle ausgesucht wird.
Nur Eingabe.

Ein Signal vom Rechner,

welches die Auslösung des externen Gerätes oder Einschaltung des Rechners bewirkt. Nur Ausgabe.

Mehrfache Geräte können auf dem Eingabe/Ausgabe-Schienensystem dadurch untergebracht werden, daß alle Unterabschnitte der Schiene mit den verschiedenen Geräten auf ,der Länge des Schienensystems in Reihe geschaltet sind. Auf diese Weise kann jedes Gerät den Zustand jeder der Rechner-Ausgabeleitungen abtasten und bei Unterbrechung oder Programmsteuerung den Zustand der Eingabeleitungen des Rechners beeinflussen.

Rückstellung

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Programmierte übertragung der externen Daten allgemeine Eigenschaften

Das verwendete Singabe/Ausgabe-Schienensystem erfordert gewisse Interfaceschaltungen mit jeden externen Gerät, die nachstehend beschrieben werden:

1. Gerätewahl

Jedes externe Gerät hat eine oder mehrere Gerelteadressen, deren Decodierung von Schaltungen im externen Gerät durchgeführt werden.

2. !Singabe/Ausgabe-Befehlsdecodierung

Us sind Austaster erforderlich, um die zur Steuerung des externen Gerätes notwendigen verschiedenen Befehlszustände zu decodieren.

3. Taktimpulse

Die beiden Taktimpulse "1" und "2" sind zur Synchronisierung des externen Gerätes mit dem Rechner erforderlich. Im allgemeinen wird der Taktimpuls "1" zur Prüfung von Sinlese- und Kennzeichenbefehlen oder für Ausdruck-Befehle verwendet, während der Taktimpuls "2" für Kennzeichen-Löschbefehle verwendet wird, obgleich auch andere Anordnungen möglich sind.

4. Kennzeichen

Jedes Gerät enthält wenigstens ein Kennzeichen-Register, welches den Gerätezustand anzeigt. Im allgemeinen wird der Zustand dieser Kennzeichen von Ablauf im externen Gerät bestimmt; wenn beispielsweise ein Kennzeichen "gesetzt" ist, stehen Daten "bereit".

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- S6 -

5. Eingabe/Auscabe-Austastung

In jedem Gerät sind Austaater ar forderlich, um Daten von d-sn Einlese-Registern Im Gerät zur Datenschiene zu übertragen; oder um Daten von der Datenschiene zu den Ausdruck-Registern zu übertragen. Diese Austaster v/erden wahlweise von entsprechenden Hingabe/Ausgabe-befehlen und Geräteadressen angesteuert unl cameinsam mit den jeweiligen Taktimpuls bei Dedarf geöffnet.

Speicherung

Ein wesentlicher Bestandteil des Rechners ist sein r.ernspeichersYsteru. Das Herz dieses Gystens ist die Speicheranordnung, in welcher Daten gespeichert und von dieser abgerufen werden. Die Anordnung besteht aus 65536 scheibenartig geformten Ferrit-Fernen, mit einer?. innendurchmesser von o,5o8 rom oder o,7S2 mm, die in 4o96 16-Bit Porten angeordnet sind. Jeder Hern ist ein winziger .Magnet, der ein Informatior.s.bit speichert; die Richtung des "lagnetfeldes in Kern kann elektrisch verändert werden, aber einmal gesetzt behält es seinen Magnetismus für unbestimmte Seit, bis es elektrisch abgeändert wird.

Die Kernanordnung selbst kann keine andere Funktion ausführen als die Daten aufzunehmen. 9ie nuß von aktiven Schaltungselementen betrieben v/erden, die sie zur Aufnahme und Abgabe von Daten nach einem Plan veranlassen können, die alle dar erforderlichen einzelnen Schritte synchronisieren können, und die alle Umwandlungen vornehmen können, die erforderlich sind, um eine Ver3:>induncf zwischen dem ::i-P,egister des Rechners und der Speicheranordnung zu ermöglichen. Diese Kombination von Speicheranordnung und ihren zugehörigen elektronischen Schaltungen bildet das Speichersystem.

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. - 67 -

Durch /anlegen von 3 Sätzen von Signalen an seine Eindanschlüsse kann ein Informationswort in diesem Speichersystem ausgedruckt werden.

(1) Das zu speichernde Wort darstellende Datensignal^.

(2) Adressensignale, welche genau ancjeben, wo es gespeichert ist.

(3) Befehlssignale, die die Speicherung auslösen.

IM ein gespeichertes Informationswrt abzurufen, sind nur zv/ei Sätze von Signalen erforderlich:·

(1) Adressensignale, welche angeben, wo das ?7ort gespeichert ist.

(2) Befehlssignale, die bewirken, daß das gewünschte !'ort an den Datenausgabe-Endanschlüssen erscheint.

Das Kernspeichersystem nimmt diese Signale von den Registern des Rechners auf, und die elektronischen Schaltungen wandeln sie in nach Format und Seit den Erfordernissen der Speicheranordnung angepaßte Signale um.

+12 V-Spannungsregler: Jede Veränderung in der Ausgangsspannung wird von der Vergleichsschaltung abgetastet und mit einer Bezugsspannung verglichen. Der Unterschied wird durch den Stromverstärker verstärkt und auf die Emitter-Verstärker gegeben. Die Konstantstromquelle hält den Strom konstant und verursacht dadurch eine Stromänderung im EmitterVerstärker-3asisstrom. Das verursacht den Reglerablauf. Der Kurzschlußwiderstand schließt den Regler kurz, wenn eine +^V-überspannungs-abschaltung oder eine Abschaltung der 12V-Speichersicherheitsleitung erfolgt.

Die Stromabtastschaltung tastet den Spitzenstrom über den rait den Durchflußtransistoren in Reihe geschalteten

Understand Vi ab, und betätirrt über ein ODSE-Gatter einen s

Schalter, um den Regler abzuschalten. Der andere 3inc/ang

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des gleichen ODHR-Gatters wird vom -67-Regler über eine Verzögerung gespeist, ^TTenn die +5V erscheinen, wird das ODER-Gatter nach einer gewissen Verzögerung betätigt, und der Schalter öffnet und bewirkt das Auftreten der +5V« Ein großar Kondensator am Ausgang des Brückengleichrichters speichert einen ausreichenden Snergiebetrag, so daß bei Uetzausfall die Ausgangsspannung auf +12V gehalten wird, bis der F.echner seine Daten ständig gespeichert hat.

-12V-g;oannungsregler: Der -l2V-Spannungsregler ist eine fachbildung des +^V-Spannungsreglers.

+SV-Spannungsregler; Die Ausführung des +l2V-Spannungsreglers ist eine Uiederholung der +.SV-Spannungsversorgung mit einigen Abwandlungen. Die Vergleichsschaltung besteht aus zwei aufeinander abgestimmten lüPK-Transistoren, die zwecks Temperaturstabilität in einer Hülse untergebracht sind.

überspannungsschutz: überspannungsschutz der drei Spannungsversorgungen wird durch getrennten Vergleich der +12 und +5 V mit einer positiven Bezugsspannungsguelle erzielt. Die Vergleichsscnaltuno-en überwachen ständig diese Spannungen, und wenn sie einen vorgegebenen :7ert in ihrem jeweiligen Fall überschreiten, wird, ein Signal erzeugt, daß die entsprechende Spannungsversorgung abschaltet.

Speicherverlustsicherheitsschaltung; Die im Spannungsversorgungssystem enthaltene Speicherverlustsicherheitssclialtung soll den Verlust von im £-->eicher gespeicherten Daten bei i-Iet zaus fall verhindern. "enn sich die "Jetzspannung wesentlich unter ihren (vorgegebenen) Sollwert ändert, schaltet diese Schaltuncf ο ie *>5o-.lör ordnunr.-s- ce^.r.ß aus und verhindert den Dec-i.in yn-. :.:-;-ue.n Syrien. Das c-escaieht auf folgende "ei.iej

2098A4/11B0 " ^ "

- öS -

z z u 4 d /

Die ungeregelte Spannung +V wird mit der Bezugsspannung wie in anderen Fällen verglichen, und es wird ein Signal erzeugt, wenn die ungeregelte Spannung +V gleich der Bezugsspannung ist, wodurch das Flip-Flop gesetzt wird. Dieser übergang des Flip-Flops überträgt das Speicherverlustsicherheitsschaltungssignai auf den Rechner und betätigt die Unijunktionszeitschaltung, um ordnungsgemäß eine Abschaltung des Rechners mit Verzögerung zu ermöglichen. Hach dieser Verzögerung (ungefähr 1 msec.) wird ein Signal erzeugt, welches das Flip-Flop zurückstallt und

die - l2V-,9pannungsversorgnngen abschaltet. Das gleiche Signal schaltet nach zusätzlicher Verzögerung ebenfalls, die +SV-Spannungsversorgung ab.

Testtafel für den Rechner

Allgemein; Ein wesentlicher Teil das Rechners ist die Ausführung und Herstellung einer Testtafel für den Rechner. Diese Tafel mit der zugehörigen Schaltung war ursprünglich als Prüfeinrichtung für die Beseitigung von Störungen bei Prototypen bestimmt. Die Tafel wird ebenso bei der Herstellung von Untersystemen, Prüfungen und/oder endgültigen Prüfungen des Rechners und zur Wartung des Rechners verwendet. Die Tafel kann ferner Benutzern zugänglich gemacht werden, die sich mit der Entwicklung von Software befassen.

Visuelle Anzeiget Der Inhalt von allen Registern im Rechner wird auf der Tafel angezeigt. In allen Fällen befindet sich das am meisten signifikante Bit auf der linken Seite (Zeichenbit) und das am wenigsten signifikante Bit auf der rechten Seite (Bit 15). Der Inhalt der folgenden Register wird angezeigt:

Die R-Register Ro, Rl, R2, R3

Die Übertrags- und Überlauf-Register C, V

Die parallelen Register P, O, C, V

Der Unterbrechungszustand, „ _Ä Einqabe/Ausgabe-ϊϊ 9 tf U 71 1 S O Einschaltung

to -

Susi'tzlich -..'erden bestimmte Sustlr.näs der Folgesteuerung angezeigt:

Abrufsvklus: Der Abrufzyklus

läuft.

Verlllngerungs Zyklus: Speicher inhalt s-

prüfungs- oder anderer Verlängerung Zyklus läuft.

Ι·in nützliches Hilfsr.ittel bei der Beseitigung von Störungen ist eine Tabelle von Gedächtnishilfen für jede der fünf umfassenderen Instruktionskategorien. Dabei führt die Tafel diese Gedächtnishilfen und ihre Beschreibungen auf einer drehbaren Trommel; vrenn die 17IUiIscheibe beispielsweise auf den Satz von Gedächtnishilfen für Speicherinhaltsprüfung gedreht ist, leuchtet die Anzeigelampe für die Speicherinhaltsprüfung auf (SR) , nieichermaj3en leuchtet jeder der anderen vier Anzeiger auf, vein die "ählscheibe auf ihre Instruktionskategorien gedreht ist (IR: äischanregisterinstruktionen, 10: Eingabe/Ausgabe-Instruktionen, SS: Systemzustand, direkte Instruktionen).

Schaltersteuerungen

Es sind auf der Tafel -verschiedene Handsteuerungen vorgesehen, um direkte Eingriffe an den Rechner-Datenflußregistern, Steuerungen und dem Kernspeicher zu ermöglichen; diese sind folgende:

Schalter

Eingabeschalter: 16-Datenschalter.

Arbeitssteuerung:

Programmsteuerung: Fronttafel außer Betrieb.

Tafelsteuerung: Rechner außer Betrieb, Fronttafel in Betrieb.

Druckknopf

Speicherung: Speicherung des Inhalts des

Datenschalters im Kern.

Registerbeladung: Verbindung· des Datenschalters

mit einem bestimmten Geeister. 209844/1150

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Prüfung: Auslesen der gewählten Speicheradresse

in Kern.

Einzelbetrieb: Ausführung eines vollständigen Rechner-

befehls und. Anhalten.

iuinzelz^fklus: Ausführung eines vollständigen Rechner-Zyklus ' und Anhalten.

Rückstellung: Löschung der Steuerungen, Rückstellung des Frograramzählers.

Unterbrechung: Verursacht Unterbrechung, wenn der Unterbrechung? zustand eingeschaltet ist.

Die Fernschreiber-Interface-Ausführung

Allgemeine Beschreibung : Fig. 15 ist ein Blockschaltbild den Feriaschreiberzubehors und zeigt alle zur Steuerung des ASR 33 Fernschreibers erforderlichen Verknüpfungselerriante, Der Fernschreiber und die zugehörigen Gtauerschaltungen werden in der gleichen ".'!eine gshandhabt wie alle anderen Uingaba/Ausgabe-^aräte, die über zahlreiche Leitungsschienen mit dam Rechner verbunden sind.

Bei der 1 lininalausführung ist die zur Steuerung des Fernschreibers erforderliche Schaltung zusanrcen mit der für das C5ar".teinterface erforderlichen Schaltung auf einer 3o4,B rxi >: 331 rrru-Tafel mit gedruckter Schaltung angebracht, die im P.eclmergestall angeordnet ist. Die Logikschaltung besteht fast ausschließlich atis integrierten Schaltungen nach Art dar DTL (Dioden-Transistor-Schaltung).

Mit dem ilodell 33 ASR (für automatischen Sende- und Enpfangr?™ betrieb) können Daten mit einer Geschwindigl-eit von Io Zeichen ;pro Sekunde eingeschrieben, eingelesen, und ausgedruckt oder gelocht werden.

Zwischen dem Fernschreiber und der Steuerungslogikschaltung übertragene Signale habsn dsn -üblichen 11-stelligen Fern-

dm APCII Format. Der Il-stellicf3 Code

" 72 ^c=

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setzt sich zusanmen aus 1 Start impuls/ 3 Datenimpulsen und 2 Stoppiinpulsen. Diese Impulse bestehen aus Markierungszeichen und Zwischenräumen auf der Leitung vom Fernschreiber zur Steuerlogikschaltung und aus Einsen und nullen auf den Leitungen zum .".Rechner.

Die Fernschreibersteuerung ist in zwei Teile geteilt. Der 3üinleser/die Tastatur und zugehörige Logikschaltung bilden den Sendeteil und der Drucker/Locher und die zugehörige Logikschaltung stellen den Emrfangsteil dar.

Die Arbeitsweise des Sendeteils (Einleser/Tastatur) ist wie folgt: Jedesmal wenn eine Taste niedergedrückt oder ein Zeichen in den Sinleser eingelesen wird, wird ein Zeichen entsprechend seiner Reihenfolge von den "Sende"-Endanschlüssen des Fernschreibers zu den elektronischen Steuerschaltungen übertragen. Zwischenräume entsprechen der BinHrzahl O und IZarkierungszeichen entsprechen der Bine'rzahl 1. Das Zeichen wird in dein in Fig. gezeigten 8-Bit Einlese-Register gesammelt, und xtfenn das Register voll ist, wird das Einlese-Kennzeichen gesetzt, Uenn die Unterbrechung nicht verwendet wird, prüft das Programm das Kennzeichen und gibt bei einer Eins den Einlesebefehl aus, um das Kennzeichen zu löschen und den Inhalt des Einleseregisters auf den Sammler im Rechner zu übertragen. Das Einlese-Kennzeichen ist eine 1 und kann auch eine Programmunterbrechung hervorrufen, wenn der Unterbrechungszustand eingestellt i^et. !Tenn die Daten vom Lochstreifenleser kommen, schaltet der Einlese-Befehl den Einleser zu seinem nächsten Zeichen weiter und der gleiche Vorgang findet statt.

Die Arbeitsweise des Empfangsteils (Drucker/Locher) ist wie folgt: Bei einem Befehl vom Rechner, ?;ird ein Seichen νονά Sammler des Rechners parallel auf das Augdruckregister

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gegeben. Das Seichen wird dann entsprechend seiner .Reihenfolge von der Steuerlogikschaltung im richtigen Fernschreiberformat auf den Drucker/Locher gegeben. Wenn das Seichen ausgedruckt/gelocht ist, wird das Ausdruck-Kennzeichen auf 1 gesetzt und zeigt an, daß das Ausdruck-Register zur Aufnahme eines weiteren Zeichens vom Rechner .bereit ist. Das Programm fragt das Ausdruck-Kennzeichen über die Sprungschiene ab und löscht bei einer Eins das Kennzeichen und gibt einen Ausdruckbefehl aus, um ein neues Zeichen vom Sammler auf das itedruck-Register zu übertragen und löst einen weiteren Ausdruckzyklus aus. Das Ausdruck-Kennzeichen ist eine 1 und kann ebenfalls eine Progranimunterbrechung bewirken, wenn der Unterbrechungszustand eingestellt ist.

Die Ausführung des Interface¹ zur GasChromatographie

Die Anlage zur Erfassung gaschromatographischer Daten besteht aus einer Tafel mit gedruckter tSchaltung für die Interface-Fernschreiberlogik im Rechnergehäuse und einer Verkleidung für einen Verstärker und Spannungs-Frequenzwandler. Der Regelteil der Energieversorgung ist ebenfalls in der Verstärker/rJandlar Verkleidung untergebracht; der gefilterte Gleichstrom wird van Rechner geliefert. Ein Blockschaltbild der Anlage ist in Fig. 16 gezeigt.

Die Ausführung ist dadurch vereinfacht worden, daß in der Rechnerverkleidung Raum für die Tafel mit gedruckter Schaltung für die Interface-Fernschreiberlogik vorgesehen ist und die Energieversorgung für den Rechner gleichzeitig für die anderen Geräte mitbenutzt wird, Un die Aufnahme von Rauschen auf ein ilinimum herabzusetzten und einen leichten Zugang zu den Steuerungen zu ermöglichen, ist der analoge Teil (Verstärker und Spannungs-Frequenzwandler) dicht am Chromatograjphen angebracht, iiußere Kabel führen Versorgungs- und Steuer-

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Spannungen und übertragen das Signal vom Chromatographen zum Interface als digitale Impulse.

Uni die kritischen Versorgungsspannungen des Verstärkers und ^T7andlers frei von Rauschen und kurzzeitigen Störsignalen zu halten, erfolgt die endgültige Regelung der Versorgungsspannungen in der Verstärker/^andler-^-ruppe.

Die Interface-Fernschreiber Schalttafel enthält ein lS-3it Register, um Sählimpulse während jeder Einleseperiode zu summieren, ein überlaufbit, um anzuzeigen, wann das Register voll ist, Austaster, uri das Register vom Rechner zu isolieren und um die übertragung von Registerbits auf den Rechner zu gestatten. Steuerregister und Gerätewähler decodieren Rechnerbefehle. Ein Impulsgenerator mit einer Frequenz von Io Impulssn/sec. ist auf der Schalttafel ebenfalls als Bezug für die Aufnahme der Retentionszeit von 3?eaks und als Zeitbasi?? für die Summierung von Zählimpulsen angebracht.

Im Sechner ist eine Anschlußdose für zwei Interface-Fernschreiber Schalttafeln und hinreichend Kapazität der Energieversorgung vorgesehen, um den Betrieb von zwei vollständigen Anlagen für die Gaschromatographie^mit einem Rechner zu gestatten. Die größere Energieversorgung und Schaltung für den zweiten Satz von Zndanscalüssen führt gegenüber nur einer Chromatograrhenanlaga zu zusätzlichen Kosten, Die Kosten sind jedoch verhältnismäßig niedrig, und dia Einsparungen durch den Anschluß einer zweiten Anlage wesentlich.

Jedes Interface hat zwei lerätewähler, dia es ±".w. gestatten, den auf das bestimmte <7-erät gegeberer Rechnerbofalil herauszusuchen. Alle Schalttafeln sind genau gleich, aber die Befehle werden durch Anschluß dar Befehlsleitungen an eine verschiedene Kombination von ^ir.Yo fangs lindan.^chlüssen auf jeder Schalttafel decodiert.

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Standardausführung das Interface-Tiandlers

Die Funktion des in Pig. 17 gezeigten Staiidardinterface-Tiandlers besteht in seinem Wirken als Zwischenglied zwischen dem Eingabe/Ausgabe-Schienensystem das Rechners und einem mit dem Standardinterface betriebenen Gerat. Durch Verwendung von getrennten Leitungsansteuerungen und Le ituncrs empfänger η im Handler ist die Fernübertragung von Daten in größerer Entfernung vom Rechner als um das Eingabe/Ausgabe-Schienensystem möglich.

Datenübertragung vom Gerät zum Rechner; Der !"analer hat zwei Teile. Der eine Teil unterbricht den Rechner und bewirkt die übertragung der Eingabedaten vom Gerät zum Rechner. In diesem Teil sind "Eingabe-Sinlese"-Austaster vorgesehen, um Daten vom Gerät zu der 'iÜngabe/Ausgabe-Datenschiene zu übertragen. Ein "Einlese-" Kennzeichen wird von "Bereit" Sianal des Gerätes o-esetzt, welches eins ünterlirechung des Rechners bewirkt. Der Rechner löscht dann das "Einlese-¹¹ Kennzeichen und überträgt programmgesteuert die Eingabedaten vom Gerät auf die Einga.be/Ausgabe-Datenschiene und setzt, gleichzeitig das "Interface -Aufnahme" Flip-Flop und gibt ein "Interface-Wandler-Aufnahrae " Signal surüc!: auf das Gerät. Das "Interface - Aufnahme" Flip-Flop wird durch Verschwinden des "Bereit" Signals des Gerätes neu gesetzt.

Datenübertragung vom Rechner zum Gerät; Der zweite Teil des '.Yandlers ist für Übertragungen vom Rechner zu einem Gerät verantwortlich. T7enn das Gerät Daten aufnehmen kann, verschwindet das "Aufnahme" Signal des Gerätes. Dadurch wird das "Ausdruck-" Kennzeichen gesetzt und dar Rechner unterbrochen. Der Rechner löscht das "Ausdruck-" Kennzeichen und wenn er Daten auf das Gerät zu geben hat, werden die Daten vora Rechner auf da·= Ausdruck-Register rlurch einen weiteren Bafehl übertragen. Gleichzeitig wird

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cLas "J era it "-Kennzeichen gesetzt, -'reiches ein "Interface-"andler 3ereit" Signal auf das neri't gibt. Das Gerät kann dann die Daten aufnehmen, und das "Aufrahme" Signal wird -ereben, welches das "Sareif-F.ennzeichen und das Ausdruckr neu setzt.

"betrieb"-Anzeige: Die "Betrieb"-Anzeige des Interface-/Jandlers erfolgt durch Setzen eines "Betrieb"-Kennzeichens durch einen Ziingabe/Ausgabe-Befehl. Dies betätigt ein Haiais, welches einen Kontaktschluß bewirkt und die "3etrieb"-Anzeige in üblicher Weise gibt.

Besondere Beschreibung der Interface-Analogschaltung

Das analoge Interface für jeden Chromatographen ist in Fig. 13 in Blockform gezeigt.

Diese Einheit besteht aus einem Operationsverstärker ir.it Rückkopplungsgliedern, die mittels Feldeffekttransistoren geschaltet werden, um Verstärkungsbereiche von xl, ::0 und x64 zu erzielen. Der Operationsverstärker hat folgende iüigenschaften:

1. Genauigkeit des Verstärkungsgrades

a) Unterschied zwischen Ausgang im s3-Bereich und den achtfaden Ausgang im xl-Bereich bei einem Hingang von 0 bis lc/3 V: bei Umgebungstemperaturen zwischen 25°C und 45°C maximal - 2,5 mV.

b) Unterschied zwischen Ausgang im x64-3ereich und dem achtfachen Ausgang im xC-Bereich bei einen¹. Eingang von 0 bis lo/64 Vj bei Umgebungstemperaturen zwischen 25°C und 45°C maximal - 2,5 mV.

2. ."laximale 2ait für 3ereichwechsel: Einstellzeit loo,usec. oder weniger bei einem Fahler von 2,5 mV am Ausgang.

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3. ':ia::irnale Tera^eraturvarschiebunr: - lo,uV/°C beaccen auf

■ /

den lüingang in allen drei Bereichen.

4. 'l-la::Anales Rauschen: /l ,uY/Zζ oberhalb 1 Es. 1/f Häuschen

mit einer Steigung von 3 db/Olr.tave unterhalb 1 :::s. /"Effektiv.

5. Ausgangsberaich: ::ini:~>al -1 bis +12V bei InA. o. Aus gamrs impedanz: :.:ar.r.ial IiI.

7. Eingangsimpedanz: Iliniraal lc" XL.

3. Ijinganrsbereich: -1 bis +12 V.

9. :£ereiclT:7echselsignal: 2 'Zits, ο bis +3 V.

lo. S^annun^sversorauno;: +3.5 V - o,5 \⁷

_i ς -7 ί r·· R V

. DiG Schaltung ist eine einfache Abwandlung eines konventionellen Operationsverstärkers für anzeigende C-ar'lte.

Tn der scneraatisehen Darstellung vor. rig. IS stellt dar obere Teil die Verstärkerschaltung dar, während der untere Teil die zur Verstärkungsc'-nderung erforderliche Schaltung darstellt.

Der Verstärkungsfaktor des unbelasteten Versts'.rkers ist annähernd 2,5 :c lo^D und kann Ausgangs spannungen von -1 bis +12V bei einer Belastung mit 12 !-.«Liefern. Mit daa einstellbaren Widerstand n44 kann die Ausgangsspannung auf ο eingestellt werden.

Der VerstcÄrkungsgrad des Verstärkers wird durch loo% Rückkopplung der Aus gang sspannunc zur Jürzielung des ::1-Bereichs, 1/8 des Ausgangs fv.r 2il6 und i/o4 für :c64 verändert. F/J3A, ?.13:i und RH3C sind genau ins VBrh'lltnis gesetzt, urt lie richtigen Bruchteile des Ausgangs zu liefern.

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Die Feldeffekttransistoren ^19, ^2ο und °>2l schalten die erforderlichen Hi'ckkopplungpverhj-lltnifrse. ° 19 ist ein n-I:analiger J-Feldeffekttransistor, führend ^-2o und ~_:2l IIOS-Feldeffekttrar.sistoren sine.. Die letzteren v^erden von als Sener-Diodan geschalteten bauteilen C?.2" und C?„29, und Π17, ~1" geschützt.

IC3 und IC4 sind integrierte Vergleichsschaltuiigen A 7lo, die als Differer.tialtreiber verwendet varden. Dio.=,e stellen eine Isolierung z-risahen dan Dirritalteil ira r.ecliner 1" und dera Interface 14 (Ti^. 1) recen _.rde her. P.5o und ".52 sind ;i:nd".7xderstc'nde für die ab^eschirt^ten verdrallten zweiadrigen Leitunc-en IS vom Rechner 13. "157, ?.5O, ~:63 und ?.G5, C22o, C221, 0:^22 und GP.24 schützen -en. liin-anc· de? Verstclr3:er.·= gegen 'Ubers^annunren. ?59 und Π64 be^ir^'.en eine P.v.clclcopplunr· von einem Z-ustanrl zu^ra anderer...

rirr. 2c seigt sche/natipch ein Schaltbild des· C-^ag 7requenz /andlers. Die<?e 'ichaltung i«:t von der Firma Vidar Inc., !Mountain Vio⁷⁷, Γ-'alifornien in Lizenz gegeben und ihre Arbeitsweise geht aus d.sz\ Technischen Handbuch von Vidar hervor, auf das hier :'>ezug ^-eno't-T.en --rircl. 'Js ist f"'Är der. 7ach".iann verständlich, cle.1 der Ausgang des einstellbaren Verstärkers über den "'iäerstand Γ.1 auf den !·!onruir.rcitor C2 rac"3ben ^T-7ird. dessen .?.ufladurx'" über einen P.ückkor-plunrsv/ec- von Transistor 06 üLer den ^r:iderstand ?.4 und den A-bstlnrokondensator Cl linear verlüuft.

+15V, -15V und +45V sind für den ilp den einstellbaren Verstärker und der. Vorverstärker erforderlich. Der gröi'te Teil der Energie ^r-7ird νοτ,ι Spannunrsfrequenz· /andler b enöt igt:

+45V bei 45mA

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- 4 or ->
.jei 25mA

-15V bei δorr..⁷i.
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Der einstellbare Verstärker und. Vorverstärker benotigen zusammen ?reniger als Io mÄ. von +15V und -15V.

Die liege !spannung bei + und -15V kann bis zu -o,l-o der Ausqancsfrrannun^ bei einer Änderung von-loS in dejr Leituners spannung ohne Beeinträchtigung der Regelung betragen. Jedoch sollten sich die +45V nicht mehr als -o,o3% bei einer -inderunc von -Ιοί in der Leitungsspannung ändern. Prüfungen werden auf simulierten Brettschaltungen durchgeführt. Diese Prüfungen zeigen, dal?, sich dia +15V und -iSV-Gpannungsversorguncen -o,ol5% !sei einer Änderung von - lo-o in der Leitungss-pannung ändern. Die gleiche .'"Inderung in der Leitung?spannung beeinflußt die +45V Spannungsversorgung um 0,02^. Sua größten Teil V7ird diese Minderung von der sich längsat.i ändernden Temperatur des Ai?:. 723 bei Minderungen in der Versorc-unrss^annunc? bewirkt. / "

Dies könnte gegebenenfalls durch Einschalten einer Zener-Diode in dio Versorgungsspannung zur Vorrec-elung herabgesetat -ierdeii, Ovder es könnte eine Wärmeableitung an dan λιΑ gelegt v/erden. Ifegebungstenperaturprüfungen sind noch durchzuführen. Dia TTelligkeit betregt von 1 bis 2mV bsi I2o Hz. Spitze-Spitze bei c,3 mV Spitze-Spitze hochfrerpisatera St or rauschen auf der I2o Hs. Frequenz.

jlonibinierte Lampen und Schalter, Typ 5l3-o3o9,mit Lampen, Τγρ 332, werden für die Tafel 4o (Fig. 1) verwendet. Diese Lampen arbeiten nit 14V, o,o3A bei einer Lebensdauer von 5oooo Stunden. Ihre Lebensdauer sollte sogar noch langer sein, da sie mit 12V betrieben werden. Fig. 4 zeigt ihre 3eschaltung.

Die digitale Rpezialschaltung mit ihrer Verbindung zwischen der Hechenanlage und dem Interface 14 an z;-7ei Gaschromatographen ist als Blockschaltbild in Pig. G gezeigt.

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- 3ο -

Alle Verbindungen zu den Gaschromatographen sind entkoppelt, um die Möglichkeit von den Digitalteil beeinträchtigenden kurzzeitigen Störsignalen von außen zu verringern. Die einzigen Ausnahmen bilden die Leitungen vom Spannungs-Frequenz-Wandler, die Impulse bis zu einer Frequenz von 1 Hegahertz führen und daher nicht abgeleitet v/erden können.

2s sind in jedem Interface bis zu acht Lampen und Schalter vorgesehen. ;7enn nur vier Lampen und Schalter erforderlich sind, können die nicht benötigten IC Vorrichtungen aus der Anordnung weggelassen werden.

Impulse vom Spannungs-Frequenzwandler, die der Amplitude des Signals von GasChromatographen proportional sind, werden in einen ,uA7lo über ein Leitungsabschlußnetzwerk eingegeben. Der 7lo wird als Leitungsempfanger verwendet und bewirkt, daj3 die Erdungen der beiden Systeme gegeneinander isoliert sind.

Von 7Io werden Impulse über Steueraustaster auf den Hingang eines l6-3it Registers gegeben. Alle Bits des Registers werden auf die Daten-schienenleitung des Rechners gegeben. Tienn das Register überläuft, wird das einzige ?lip-?lop umgelegt und wirkt als Kennzeichen.

Ss sind Austaster vorgesehen, um in die Register einzulesen, sie zu löschen und ebenso eine Eigenprüfung des Registers zu erleichtern. Dabei wird ein programmierter Impuls auf das "Prüfimpuls !"-Register gegeben, um das Register schrittweise Bit um Bit zu erhöhen. Die Löschfunktion wird nur gelegentlich verwendet, das das Programm das Register 15- oder 3o-ntal/sec. prüft, ohne es zu löschen.

Die gleichen Daten-Schienenleitungen geben sowohl Information zurück auf den Digitalteil und nehmen sie von diesen auf,

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-Sl-

Die Daten-Schienenleitungen 8 bis 15 sind aber Puffer nit den 1813-Sperren verbunden, um sowohl Befehle auf den Digitalteil als auch auf den Analogteil zu creben. Dadurch werden Anzeigelampen erregt, der Verstärkung·=; grad wird gewählt, ein PrüfImpuls erzeugt, und die Unterbrechung kann ein- oder ausgeschaltet werden.

K origination en von Bits von den "Eingabe/Ausgabe-JBefehls-" Leitungen können für Befehle verwendet werden. Diese Befehle werden alle intern auf der digitalen Schalttafel verwendet.

Der Analogteil weist drei Befehleschalter auf, die dazu dienen können, den Beginn eines Vorgangs anzuzeigen, in eine unterschiedliche Betriebsweise urazuscha.lten, der. Durchlauf zu annullieren usw. Der Befehl wird durch vorü'Dergehenden Kontaktschluß auf einer an einen Satz von Austastern angeschlossenen. Leitung gegeben, die ihrerseits an die Dater.-Schienenleitungen G bis 15 angeschlossen sind. Die diesen Austastern anliegende Information steht für den Rechner zur Verfügung, wenn der Befehl "Digitale Eingabe-Ilinlese" gegeben wird.

Urn die Steuerung bei übertragung oder Aufnahme von Informationen zu erleichtern, liefert der Rechner nacheinander zwei Impulse, und zwar den Taktimpuls "1" und dann den Taktimpuls "2". Im algemeinen wird der Taktimpuls "1" zur Prüfung von Kennzeichen, Einlese oder Ausdruck verwendet, während der Taktimpuls "2" zur Kennzeichen-Löschung verwendet wird. Jeder Impuls hat eine Datier von 1,2,U^eC.

Der Rechner muß mit wenigstens sechs Gaschromatographen und zwei Fernschreibern gleichzeitig arbeiten können, aber in einem gegebenen Fall kann er natürlich auch nur mit einem arbeiten. Um die externen Geräte auszuwählen und zu kennzeichnen, ist jedem Gerät eine "Geräteadresse"

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BAD ORIGINAL _. ₈₂ -

Die Adresse ist ein codierter Satz von achts 3its und nach diesem Schema könnten bis zu 256 Geräte theoretisch identifiziert werden.

Ss ist ein Austaster mit ^rJ "ünc-än-en, IVo 13c3, vorgesehen, an da-α zwei der acht GercVteadrassenleitungan vor. Rechner anliegen. Die übrigen sech? Leitungen sind an ein S-pesialverbindmigßglied ("Continental Connector") angeschlossen, das als Schalter virht und die Codierung liefert, :"enn eine !deine Schalttafel mit der richtigen .Anschlussan in diesen Verbindungsglied ainc-e=etst "ird, '⁷ird den beiden ^asChromatographen auf dieser Schalttafel dadurch eine eindeutige Adresse für dieses "ystar. „ureordnet.

Bei sechs Gas ehr C". at o<~.'rauher zugeordneten Coaierun<"en V3.rv⁷endun^:

C i c-n a 1

dia ■^co

■^col~

Gerelt
GasChromatograph 1
G:asChromatograph 2
G-aschromatograpli 3
Gaschromatograph 4
Saschromatograph 5
Gaschromatografie 6

ocoo oooo oooo oolo oooo oloo oooo elIo ooco looo oooo lolo

inc.an jeweils

f. taue run c

oooo oool

oooo ooll

oooo olol

OOOO Olli

ooco lool

oooo loll

"Sicnal" und "Steuerung¹¹ sind auf die folgende Eingabe/ Ausrrabe-^efahlstabelle bezogen:

TcJ:ti7iruls "1

ooo
ool
öl ο

oll Einlosen

Aus cabe-3 s f eh Ie Taktinoul? "2" Gedächtnishilfen BAD ORIGINAL

"DT

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Taktimpuls "1"

loo	Ausdrucken
Ιοί
11ο
111
ΟΟΟ	Xennzeichenprüf.
OO1
οίο	Registereinlesen
oll	Registereinlesen
loo
Ιοί	Prüfimpuls
11ο	Verstärkungs einstellung
111	P r ogr amme in- stellunc

Taktimpuls "2'

Geda.ch.tnish.iIfen

^T7R0

?,ec-isterlöschen

RCG

TPG

GHD

Ils ist zu !beachten, daß das ar.ⁿ. wenigsten signifikante Bit des Sicnalcodes inraer Null und die Steuerung immer Eins ist. Die vier ata meisten signif ikanten Bits kennten fest verbunden sein, da sie bei diesem Code irarxer Kuli sind.

Susairaaenfassend und unter Bezugnahme auf das Blockschaltbild von Fig. 21 besteht die Datenverarbeitungsanlage für Gaschronatographen aus wenigstens einer Änalogeinheit, einem Rechner und einem Fernschreiber mit Verbindungskabeln. Jede digitale Schalttafel im Rechner kann mit zwei Gaschromatographen betrieben -,-."erden.

Die gesamte die Änalogeinheit von Fig. 21 bildende Schaltung befindet sich auf einer gedruckten Schaltungstafel mit den Heßen 29,21 κ 33,o2cm, die auf Ständern in einem Stahlgehäuse angebracht ist. Das Stahlgehäuse enthält ferner einen :CüIilventilator, einen Transformator für die ünergieversorgung · uncl eine Fronttafel za.lt den Befehlsschaltern und änzeiaelamrjen.

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BAD

sin 13-ac.ri/es, 2-ν·· öl irres abgeschirmtes Kabel vervollst andici: f.is Verbindung zwischen dorn Hecuner und der /vnalogeinheitl. übarlichorvaisa warden Längen von 7,62 m verwendet, aber es 3:'innen abenfnlls Längen bis zu 152,4 ::\ benutzt werden. r:ei ; iiz/endunr-^n, dia eins Lunge von mehr als 152, ά πι erfordern, niu£ ο in zusätzliches ICabal verwendet werden, das Längen bis zu 6c9,G η srr.v" glicht. Die Analogeinhe.it besitzt ihr ei crones Versorqungslr.abel, das in die r-leiche Anschlußdose ^r..^Tie dar Gaschro:.:iator-raph eingesteckt ΐ/erden nuß, um die ^■ehiluse au:; äevc gleichen Potential zu halten. Analoge Hic-nale "werden vora ^aschrcoiatocrraphen zur Analoo-einlieit ".ber ein abjeschirutes, 1,12 n-langes .Aabel übertragen.

In Fig. 22 bip 25 -.^Ti.rd die Ausgan-rsgleichspannung des ^aschroraatogra-Iien in den Vorverstärker gegeben, der in einer von drei "Betriebsweisen betrieben werden kann: 1) Differentialeinrang bei zzl Verstärkung, 2) Differentialeingang bei ::lo Verstärkung, und 3) einpoligor Hingang bei xl Verstärkung. Bei Differentialbetrieb sind beide IJingc'.nge erdfrei, so daß die Einganc'spolaritcit durch Schaltung von Hingangs leitungen umgekehrt warden kann; dies hat aber den Nachteil, daß die fiin-•jangsimpedanz niedrig ist. Bei einer mit den Differentialeingang verbundenen abgeglichenen Quelle beträgt die Eingangsimpedanz 4ooo ü. Der Differentialeingang würde sich zur Anwendung bei Hitzdrahtdetektorbrücken eignen, deren Ausgangs-Endanschlüsse über Er~ipotential liegen.

Die Ausgangsleitungen von Verstärkern eines Elektroneneinfangdetektor müssen wegen des zum Negativen hin fallenden Signals umgekehrt werden. In diesem Fall ist die Erdseite des Verstärkerausgangs an die positive Eingangsleitung des Differentialverstärkers gelegt, während die zum Negativen hin fallende Ausgangsleitung an den negativen Eingang gelegt ist. Bei diesem Betrieb beträgt die Eingangs impedanz 2ooo Xl .

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Auf "Tunsch kann ein positives Signal auf den positiven Eingang geschaltet und der Endanschluß des negativen Eingangs geerdet sein. /7enn jedoch ein xl Vertärkungsgrad annehmbar ist, würde ein einpolicjer geerdeter Eingang wegen der höheren Eingangsimpedanz vorzuziehen sein.

Der Vorverstärker kann bis zu Io V auf den einstellbaren Verstärker (SGA) geben. Der Eingang ist durch die innere ilul Ie in stellung des Vorverstärkers vorgespannt, um +2mV am Ausgang zu liefern, wenn der Eingang null ist. Das ermöglicht eine Verschiebung des Chromatographenausgangs um bis zu 2mV unter null, und trotzdem die Beibehaltung eines Ausgangs von null oder darüber zum einstellbaren Verstärker. Der 3pannungs-Frequenzumwandler kann mit einem Eingang unter null nicht arbeiten.

Zwischen den Vorverstärker und den einstellbaren Verstärker ist ein RC-Glied geschaltet, das den Eingang zum einstellbarenVerstärker um 3 dfo bsi 4 Hz. abschwächt.

Der einstellbare Verstärker besteht aus einem nicht-umgekehrt an Verstärker mit den Verstärkungen τΛ, χΐβ und x64, die in ihrer Höhe von logischen Steuerungen gewählt werden kennen. Das geschieht durch Rückkopplung von 5?rozenten der Auscangsspannung in den Verhältnissan 1, l/l δ bzw. 1/64 auf r.en Eingang. Feldeffekttransistor-Schalter dienen zum Anlegen des Eingangs an die richtige Stalle auf dem Ausgaiigswiderstandsnetzwerk.

Am Ausgang des einstallbaren Verstärkers liegen ein TJi eier Standsnetzwerk und eine Sanar-Diode. .Jei einer Versorgung des Verstärkers mit einer Spannung von 16V - 5% könnte dar Ausgang bis zu 14V ansteigen. Das würde zu einem Verlust an Impulsen zur Digitalanlage führen, da die Spannung beim Ein- und Ausschalten der nechenanlage zu hoch ansteigen würde. Um das zu verhindern,

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ißt ein ?Hegrenzungs glied in Gestalt e^n^r äener-Diode zwischen den einstellbaren Verstärker und den Spannungs-J^reruonzwandler geschaltet, -.zeiche den Ausgang vora einstellbaren Verstärker auf maximal 11,5 V begrenzt.

Die Bandbreite des einstellbaren Verstärkers i^t so groß, daß sich seine Ausgangsspannung innerhalb von 3oo yusec. nach Änderung der Verstärkung auf den neuen ".Jert einstallt.

Γ-üne auf den Eingang des Spanrumgs-Frequerizwandlers gegebene Oleichspannun:; führt zu einer Impulsfolge an Ausgang. Die "Tjbderholungsrate der Impulse ist linear zur Iiingang3srannung.

Gleichspannung von Io V f".hrt su einer Ausgangsfrecruanz von loooooo sr.lilimpulsen/sec. Die IihtuIss sind annähernd 0,5,USeC. breit und haben eine Amplitude von 5V. Die Iinpulse fallen zu-a Negativen hin von +5V bis nahe

um die Impulse über Entfernungen bis zu 6o9,5 η zu übertragen, muß die Hochspannungsleitung eine niedrige Kapazität haben und gegen Rauschen unempfindlich sein. Der Einfluß von gleichphasigem Rauschen wird durch Verwendung einer abgeschirmten verdrallten 2-adrigen Isabels als abc-eglichene Eochspannungsleitung vermindert. Jeder Leiter wird zwischen zwei logischen Höhen von den Impulsen des Gpannungs-Frequenzwandlers angesteuert, die an Hochleistungsaustaster, Typ 74::4o unter Verwendun von 5V B+ anliegen.

Die Spannungsversorgung richtet alle vom VerstärJ'.ar und Uandler benötigter. Spannungen gleich, filtert und regelt :iit Ausnalirae des nochlsistungstransformatorr. sind alle Bauteile auf der Schalttafel angebracht, riach.-^^enc! ^in die erforderlichen GOannunger. aufgeführt:

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Vorverstärker + +

Liinstellbarer Verstärker . + +

Treiber +

Yerg leichsschaltungen +

Dio. Ausgangefrerucns den roejinuiin-s-^re-fuenzvranölsrs i^t unmittelbar auf die +4 5-Varscrgun-g=i spannung bezo^n (2c-3ilhli"TpulsG/Eec./:.iV bei 1 !.lac-ah.erts) , und daher wurden '-■äoOiiif.srs Vor]csh.ru3ir"Gn cetsrofSon^ die^o ^'■'"•amiUD.c c'^r-eii .Jinfl-'-gse von netzs^ennuna uivl Tsr.arera.tur zu regeln,

Die cigitc.le Schalttafel ist in ?.3c"?.nsr angeordnet uno. :\xit. dar iuaalorreinhsit "oar ein abrraschimtai; Eabal nit 13 vardrallteii sviaiaclriren Leitern veröuridsn, Die^o fchalttafal hat dia rrleic-i3 Gr-^;3.0e -.-/äs ö.ia anderen. Fchalt tafeln ira Madaiie?:.

mo Verbindungen ^T.7ie.bei<3pielsvr3i"e 5.io. Datonenen, '"eröltep.dres'sen-, ._^;efel:.l«- und Pteuerleitun^en rd.nd a~ einen '7?.t2 von lindan9chlü«;sen auf der Schalttafel angeschlossen, ^"hrend ''.^rbindun.rsn zur Analo-sinheit, unc". zuar jeweils eine fü:r j eel ar. ^;7ά^"-clironatorra-hen an zvrei !'.leineren nutzen von rindanrchlüssen vorgesehen sind.

?innäiiernd C5 integrierte fchaltuncen sind auf der Schalttafel anrrabracat und bilden ein 16-Bit Register, um Sühlinpulse vor-t Epannun--p-Irre";uensv7andler und der ange-.= chlof?scsnen Logi.cschaltung zu sm^icron., uu den gewünschten ^-aschrontatogrcL-phen zu v-rählen, ""afehle vom ^lech?ier atis zufuhren, "chaltuncssignale vo?i der f-iialogeinheit aufzunelxien und . ^annung sua Betrieb der ?zisei relaxten der .Tj.iiiJ.c;;2iiii'".eit 2U geber.

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Fast alle Schaltungsfunktionen sind doppelt ausgeführt, und zwar eine für jeden Gas Chromatographen. Die Schaltungen für Geriltsadresso, I3inrra.be/Ausgabe-3efehle und Taktimpulsa sind beiden Gas Chromatographen gemeinsam.

Daten

Tabelle I gibt die besonderen Eigenschaften der Bauelemente an und zum Vergleich eine Zusammenstellung der Ergebnisse, die bei der Prüfung zur Bestimmung der Übereinstimmung mit diesen Eigenschaften erzielt wurden. In den meisten Fällen sind die Prüfdaten typisch für die bei verschiedenen Prüfungen an verschiedenen Anordnungen erzielten Ergebnisse.

Der im Vorverstärker und einstellbaren Verstärker verwendete I.C. Verstärker, Typ A752C hat sich als das Bauteil erwiesen, das die größte Abweichung zwischen Prüfungen verursacht. .Mahr als 25 Bauteile verschiedener Herkunft wurden geprüft, und nur ein Bauteil wich so weit von den Eigenschaften ab, daß es unbrauchbar --/ar. Die Aufstellung zeigt die berechneten schlechtesten '»erte für !Tauschen und Temperaturverschiebung.

jis besteht die Auffassung, daß das Interface des Datenverarbaitungssystems bei Gas Chromatographen zahlreiche vor t e i lh a ft e .". ie r Icn a 1 e au f we ist.

Um den Rechner wirksa:?. einzusetzen, muß ein Rechner mit mehreren Chromatographen arbeiten können, die sich in verschiedenen Laboratorien befinden können. Die übertragung der analogen Information vom GasChromatographen zum Sechner über sin langes Isabel könnte das Häuschen erheblich vergrößern wegen des langen ,labels selbst und zum anderen auch wegen des möglichen Unterschiedes im Gehä.lus3-Erd;;otential des Caschroraatogravhen und ies

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Die Anlage beseitigt das Problem/der übertragungsleitung /"bei fast vollständig dadurch, daß das analoge Signal des Chromatographen in ein digitales Signal an einer sich in Nähe zum GasChromatographen befindenden Stelle umgewandelt und nur das digitale Signal zum Rechner übertragen wird. Dieses besteht aus einer Reihe von Impulsen" auf logischen Spannungshöhen und ist daher gegen auf der Leitung auftretendes Rauschen verhältnismäßig unempfindlich. Übertragungsentfernungen bis zu 6o9,6 m sind unter Verwendung von verhältnismäßig billigem •Kabel durchführbar.

Die einpoligen-und Differentialeingangssysteme wurden bereits beschrieben, aber eine Erörterung der Hintergründe dieser Ausführung könnte einige Fragen beantworten, bevor sie gestellt werden. Natürlich wäre es einfacher, mit nur einem Eingangssystem für alle Ausgänge zu arbeiten. Ein solches System wäre ein erdfreier Differentialeingang mit einer Eingangsimpedanz von minimal 1 Ilegaohm. Dazu wäre ein System mit drei Verstärkern zusätzlich zu dem einstellbaren Verstärker erforderlich gewesen, das teuer sein würde und wahrscheinlich die Probleme hinsichtlich Rauschen und Temperatur vergrößert hätte.

Eine Vergrößerung des Widerstands der Eingangswidarstände zum Differentialverstärker wäre ebenfalls von Hutζen gewesen, aber selbst bei 5οοοοΛ -Widerständen war das Rauschen bezogen auf den Eingang annähernd 2o ,uV Spitze-Spitze, verglichen mit 2 /aV bei der vorliegenden Ausführung. Die Temperatureinflüsse waren ebenfalls größer. Die Verringerung der Uingangswiderstände auf loooo/J, besserta die Lage, aber das Rauschen lag immer noch im Bereich von 5,uV und die Eingangsimpedanz war intner noch nicht hoch genug.

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Aus diesen Gründen wurde beschlossen, Singangsausbildungan vorzusehen, die der Anwendung entsprechen. 3ei Brückenausgängen, beispielsweise einigen Hitzdrahtdstaktoren, kann der erdfreie Differentialeincrang verwendet worden. Diese Ausgänge haben eine verhältnismäßig niedrige Impedanz, und daher kann die Eingangsimpedanz ebenfalls niedrig sein, um Rauschen und Verschiebung auf einen Minimum zu halten. Diese erdfreie Ausbildung gestattet gegebenenfalls auch die Umkehrung von Eingangsleitungen, um eine positive Ausgangspolarität aufrechtzuerhalten.

Verstärkerausgänge von Flärmenionisationsdetektoren haben normalerweise eine Impedanz von 2oo bis 3ooo XX und sind geerdet? es ist daher ebenfalls ein einpoliger Eingang mit hoher Impedanz vorgesehen worden, so daß I\bweichungen in der Ausgangsimpedanz vernachlässigbar sind.

Tienn beim Vorverstärker eine Filterung vorgesehen wäre, würde die erforderliche Kapazität wegen der Rückkopplungswiderstände mit geringem *7ert hoch sein (2o liillif arad), Es wäre unzweckmäßig, wollte man Kondensatoren dieser Größe verwenden, die keine Slektrolytkondensatoren sind. Daher ist zwischen den Vorverstärker und de*¹ einstellbaren Verstärker ein Filter jeschaltet. Aufgrund der während der Verstärkungsschaltung erforderlichen schnellen Einstellzeit kann eine Filterung nicht im einstellbaren Verstärker vorgesehen werden.

Die Energieversorgung, die Verstärker und der Spannungs-Frequenzwandler könnten auf Schalttafeln üblicher Größe angebracht werden, in Anschlußdosen eingesteckt und dann verdrahtet werden. Diese Ausbildung bringt jedoch zusätzliche Kontakte zwischen den Schaltungen zusammen mit der Möglichkeit von Verschaltungsfehlern nit sich,, Zxn anderer in Erwägung gezogener Faktor waren Unterschiede in der Kabelanordnung, die auf den gedruckten Schaltungen unter-

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gebracht ist, die bei einer kritischen Schaltung ντιπ dieser werfen der '.Wechselwirkung zwischen. Zuleitungen Probleme varursaclier. könnten.

Es wire logisch gewesen, clde Verst'-lrl-er und den Spannungs-Frequenzwandler auf einor Hohalttafsl und die 3ner--jieversorgung auf einer anderen Schalttafel unterzubringen. Da jedoch der Rechnr sine Schalttafel verblendete, die groß genug war, uri alle drei Teile unterzubringen, vrurde entschieden, äa.C man sich dies zunutze machen sollte, und alle Evrischaiiverbindungen zwischen den Schalttafeln ausschalten -rollte. ?olrlich sind die einzigen Verbindungen zu :1er Schalttafel jene vom Transformator zur Liner gievar sorgung, den Steuerleitungen zum einstel3."oaren Verstärker und dsm Aus ran-.' des Spannungs-Frequenz^andlers.

Die großa Schalttafel ermöglichte eine schmale Ausbildung der Grur?- -^- &°"-i gleichen Querschnitt --7ie der "ascliro-—lato-^raplx. Durch diese _?.usbildunr· vzird der Jlaschinenplatz auf eina-Λ .".lini'MuiTi gehalten und hat ein angenehmes "iuGere, dar» ai?. den Gas Chromatographen anpa3bar ist.

Bei der "..usbilduncr de?. Vorverstärkers für verschiedene jiinc-an-jsverb.indunren vmrden besondere Vorkehrungen retroffen, un die Vsri-jandun'j von Schaltern und ihren sur: hörigen kontakten zur üraschaltunr- von Verbindungen auf den Sinrang des Vorverstärkers zu vermeiden. Solche Schalter, die Signale rait niedriger llikrovolt-Spannung handhaben sind typische Erzeuger von unerv7ünsehten Rauschen und Etabiliti:*.t das ankommenden Signals. Eine Änderung der ■Jingancrsbeclingiinr-en auf dem Interface erfolgt einfach durch ."Lnderung der Stellung eines Hammes an Lötösenstreifen, de?r an eina: i^ncanschlußplatte ir.i Interface-Gehe'use befest i.gt ist.

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Ausganj des Vorverstärkers ist eine Filterung vorgesehen,/ die gewährleistet, daß da? Interface die Bandbreite des Signals nur auf den "ert begrenzt, der sur Beibehaltung der Information der ankommenden Signale erforderlich ist. Alles Rauschen unerwünscht hoher Frequenz sollte unterdrückt oder in diesem .Tilter gedämpft werden.'

nenn das ankommende Signal eine niedrige Amplitude hat, ist es wünschenswert, die Amplitude des analogen Signals vor der digitalen Umwandlung derart zu erhöhen, daß der maximale dynamische Bereich des Digitalwandlers ohne Berücksichtigung von Umwandlung;?fehlern verwendet --/erden kann. In diesem . Fall betreffen Umwand lungs fehler die Unbestimmtheit einer Ziffer der Information bezogen auf die inalog-Digitalumwandlung. Dann ist es wünschenswert, die Signalhöhe derart zu erhöhen, daß die Digitalisierung immer auf einer Höhe stattfindet, die ausreicht, un eine entsprechende Sählimpulsrate su gewährleisten.

Der einstellbare Verstärker kann vom Rechner selbst gesteuert werden; durch Aufnahme von Signalen wird die Verstärkung des Verstärkers bei Befehl des Bauelementenprogramms geändert. D.h. das Bauelementenprogrmam mißt die Höhe des Signals, welches es aufnimmt und bestimmt, bei welcher Verstärkungseinstellung der einstellbare Verstärker für das beste Signal-Rausch-Verhältnis eingestellt ist. Die Schaltung· erfolgt völlig autonaatisch und kein üüngreifen seitens des 3enutzers ist erforderlich. Das Software-Programm berücksichtigt die Verstärkungsänderungen, da es selbst den jeweils eingestellten Verstärkungsbereich kennt.

Spannungs-Frequenzwandler

Tienn einmal das analoge Signal auf seinen gewünschten Bereich verstärkt worden ist, wird das Signal auf einen Spannungs-Frequenzwandler gegeben. Dieser "'Tandler hat eine Eingancsspezifikation von ο bisloV bei einar Ausgnngsspezifikation von

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ο bis 1 rZecahertz oder lo° Irapulsen/sac. H-s ist ein wesentlicher Schritt im übertragungsvorgang, daß der Spannungs-Frequenzwandler in der Lage ist, das ankommende Signal in eina digitale Form umzuwandeln. 3ine Beeinträchtigung des Signals an dieser Stelle nuß- unbedingt vermieder, -,■/erden besonders im Einblick auf die" Linearität der "^andlervorrichtung. Dieser Punkt wird später noch erörtert.

Bei dein Interfacesystem ist aine S-pannungs-Frequenzumwandlung erforderlich, weil es wünschenswert ist, sinnvolle Infomationen iaoer große Entfernungen hin zu übertragen, ohne daß dazu speziell hergestellte Signalleitungan erforderlich sind. Die übertragung von digitaler Information statt analogen Spannungen gewährleistet eine vernachlässigbare änderung in der Sic-nalcharakteristik ohne Rücksicht auf externe iiauschruellen.

.llittels einer Ilonbination von Schaltungen wird die Eingangsspannung in Impulse u?nga"»^ar.delt, welche einen stabilen linearen Dotrieb über einen Dingancrsberaich von loV bei einer !!.nv/andlungsrate von looooo Inrulsen/sec./V erraöglicht. loV erzeugen loooooo Si'hlimpulee/sec. und lo/uV erzeugen 1 Jäählimpulg/sec. Bei einem Verstärkuncrsgrad von χβύ würde jedoch bei niedrigen -i-malhchen 1 ,u"7 6,4 3ah3.impu.lsa/sec. erzeugen.

Vorstehend wurde erwähnt, daß einer der Vorteile dieses "'•ste:¹?.?, d-irin besteht, ^Α.τ.?. as das wirkliche "kniivalent dos Signals vom Chromatographen genau %vn\ Rechner rlb'xrtr-'.>^rt. :o.?.-; erfolgt -:'.urch Übertragung der Im^ul5S3 vor¹. '/and'lor auf eine Schaltung, welche einen Satz vor komnlaricnti-lren Irapulsen hinraichencl hoher JJnergis erzeugt, so da.C sei.j,st ein·- lange übertragungsleitung nicht zu ainer D'li.r-fung rait/folgonden rohler führt. Jeder £s.tz von / nach-

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— 9 ■"■ —

ICapulsan ist nit einer ab^a^chimta:. 2;⁷:aiadri*"an "bertra-■-•un7?laitun-r verbunf.an. ".::■. E-Tipfan-^ancl-a "Tarnen äie Iitiruls-a auf einen ^i^farartialVerstarhar '-eräjer., so da^? das im riabal von a::tarnan ^uallan verursachte ^laichphasi:;e bauschen unbeachtet bleibt uric nur r?ie Information zvrischsn can. Lsituncar. aufwar ordnen vircl.

?.:λ rachnar^nda dar "J/jartra^ur.j clsr anal-ti^ch^- Sacrns^t^

;a ve; o^ ;;

dis r;i;;nale in Gir.on' .^c=rr"il3r. ^ar ^rxnl3r ist In ^or:" eines rie-'i^tars aus"^";.i.lc.^t, "-.'^.lch^v: vo~i ".eahnar "lit dar vor-;^ror:ebsrii5n ."I;tE.Etrats ab;-2ta.r-t3t --rarccin '-:αη:ι. In bastir'-intan Interval lan r-..v"o^t Oa=: r"'.Gr-iot^r can Inhalt fur dan" uir-italan "art auf, da:: auf -:^;.ia Jatenrchisn-a da-s l'.3ch.nsrs ;"a^eben "ror'ion J.~t un" 1^ν·\ sain=:.", ^arm—aichar ain2'ela?an :7orc.e.v:. irt. ^if: Vorteiia i.33 rux.vra?.rvor;;anj3 das clicitalan Int2.rr^caca-na;-i~t?.r?: ":a^t-?."".2" -/!-"iLnahr in ainar Inta^.ration^-;irl:un:- auf <f.ia an-:orT^ej;.^en .^j.gitaler Signala statt in ainar ainfachan O-'r.-:an^.lT.in;.- von analogen in digitale .''icnala ιχτ,χΐ r-'paicharun;- ihrea auc-aiiblicüclichor,. "!'ertas in :.::au;;ts;-3ichar. .^a? .-!""ilracfist-ar -in-L^iart rir-nala zwischen A.ota?tintarvallan. Luf t'ia^a :Taisa raht heina Information verier sr. unö. "'.ain ürrra^Ilur.; ^f ahlar kann rn System ^irhsa^ -;ar3.er;. Das r'ir-itala Intarfaca il'iit nicht nur eine intecrioran^.e Funktion au.·;, ~-::.v.3rn ac .".ann auch .^tauarfu.n3:tionon das ?.echncrs in ^?n"ai-;a.inⁱ=;trU'nontan ZVC.X Intarface surüc]:""bartraran, c"!a.^ri.it ^ia auf 'iar Fronttafol da^ Interf aca' untcrrlrüclit ^v.-^riaro.an. Auf -leiche "'ar-a ~7arden Inforaaticnan von t:ontaj:t.9cr.l.- = =an ar. Jar Frcnttafa] das Interface¹ a^anfallr; auf cien c'.i-italan Intsrfaca a""- ^ataatot, ::'obai diesa Infor'aaticnan ".ber di^ Hatan^chi.on^; sum L:au-"st£^aichar claa r.echnar?: Oartraran -/crdai:.

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Claims (1)

1. 220A377

   Patentansprüche

   Analysengerätesystem. gekennzeichnet durch die Kombination der nachstehenden Bauteile:

   A) ein Analysengerät (12), welches ein Ausgangssignal erzeugt,

   B) einen Rechner (18) mit einer Eingabe/Ausgabe-Schiene zum Analysieren dieses Ausgangssignals,

   C) ein Interface (14) zwischen dem Analysengerät und dem Re chne r, enthait end

   a) einen Analog-zu-Pulssigiial-Wandler, der analysengeräteseitig angeordnet ist,

   b) eine rechnerseitig angeordnete und mit der Eingabe/ Ausgabe-Schiene des Rechners verbundene Digitalschaltung zum Speichern einer begrenzten Anzahl von Pulsen, die von dem Analog-zu-Pulssignal-¥andler erzeugt werden.

   2c Analysengerätesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal ein analoges Signal ist und der Rechner ein akkumulatives Register enthält, welches spe-■ ziell für die Analyse analoger Signaldaten eingerichtet ist.

   3. Analysengerätesystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

   209844/1 1 50

   D) ein Programm für den Rechner, welches mehrere hypothetische Zustände enthält, in denen das analoge Signal für die Analyse angenommen v/erden kann, und bei welchem der dem Signal von dem Programm zuletzt zugeordnete hypothetische Zustand den Schritt bestimmt, den das Programm bei der Betrachtung des Signals unternimmt.

   4ο Analysengerätesystem nach Anspruch 3, da,durch gekennzeichnet, daß das Signal ein Spektrogramm ist»

   Analysengerätesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Analysengerät ein GasChromatograph isto

   6ο Analysengerätesystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch

   D) ein in dem Rechner gespeichertes Programm, welches eine Mehrzahl von hypothetischen Zuständen definiert, in denen das Signal beschrieben werden kann, und bei welchem der von dem Programm bei der nächsten Betrachtung des Signals unternommene Schritt von dem hypothetischen Zustand abhängt, der dem Signal bei der vorangegangenen Betrachtung desselben durch das Programm zugeschrieben wurde.

   Analysengerätesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dalB der Rechner ein >i ogre™.™ zurr: Analysieren des Signals speicnert. welches? .Ie :.?·..'·.::^::■:·-.·-s.i-ier. Schritte

   2098/U/" 3 0

   enthält:

   A) Analysieren das ,empfangenen Häuschens, wenn bekannt ist, daß während einer vorgegebenen Zeit kein Signal vorhanden ist, und anschließendes Vorgeben von Schwellenwerten für kritische Parameter, die durch das Programm aus dem Signal gewonnen werden sollen, wobei die Schwellenwerte größer sind als die Parameter, die durch das gleiche Programm, welches das Signal analysiert, aus dem Rauschen gewonnen werden.

   8. Analysengerätesystem nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Analysengerät ein Spektrogramm ist und einer der kritischen Parameter die Fläche unter Peaks dieses Spektrograinms ist_o

   ο Analysengerätesystem nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß das Analysengerät ein GasChromatograph ist und der kritische Parameter die Fläche unter den Peaks eines öhromatogramms ist»

   10« Analysengerätesystem nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rechner ein Programm gespeichert ist zum Analysieren des von dem Analysengerät erzeugten Signals zur Gewinnung der Auftrittszeit von Peaks in diesem Signal, und daß dieses Programm die nachstehenden Schritte enthält:

   A) 'Wiederholtes Berechnen eines Aufwärtsintegrals, welches das Integral des Signals, während dessen Anstiegs umfaßt, und

   - 4 -. 209844/115 0-

   B) 'Jiederholtes Berechnen eines Abv/llrtsintegrals, welches das Integral des Signals während dessen Abfalls umfaßt.

   11_o Analysengerätesystem nach, Anspruch 1, gekennzeichnet durch

   ή) ein in dem Rechner gespeichertes Programm zum Analysieren des Signals, welches den Schritt der Herstellung einer Grundlinie für das Signal umfaßt, und zwar durch Verbindung von Talpunkten des Signals am Ende des Signals, und den zusätzlichen Schritt der anschließenden Bestimmung der Fläche unter den Peaks in dem Signal von dieser Grundlinie zu den Peaks ο

   12_O Interface für ein Analysengerät, gekennzeichnet durch:

   A) einen Verstärker mit wählbarem Verstärkungsgrad an dem Analysengerät, der auf ein von dem Analysengerät erzeugtes analoges Signal anspricht,

   B) einen Spannungs-Frequenz-Wandler, der auf den Ausgang des Verstärkers mit wählbarem Verstärkungsgrad anspricht und ein Ausgangsfrequenzsignal proportional dem analogen Signal liefert,

   C) eine zentrale Datenverarbeitungseinheit mit einem Zähler zum Zählen der Perioden des Ausgangsfrequenzsignals,

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   D) Mittel zum übermitteln des Ausgangsfrequenzsignals von dem Spannungs-Frequenz-Wandler zu der Datenverarbeitungseinheit und

   ¹D'

   E) Mittel an der zentralen Datenverarbeitungseinheit, welche auf das Ausgangsfrequenzsignal ansprechen
   und den Verstärkungsgrad des Verstärkers mit wählbarem Verstärkungsgrad ändern.

   13o Interface nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
   daß der Zähler nur einem Analysengerät zugeordnet ist und daß die Datenverarbeitungseinheit ein allgemein
   verwendbarer Digitalrechner ist_e

   14o Analysengerätesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner ein Digitalrechner ist enthaltend :

   A) einen programmierbaren Vorra.t von Befehlen

   B) einen adressierbaren Speicher mit einem zugehörigen Pufferregister

   O) einen Datenfluß enthaltend adressierbare Register, nämlich

   a) ein mehrfaches akkumulatives Register,

   b) ein Übertragregister,

   c) ein oberlaufregister,

   d) ein Programmzählerregister,

   2 0 9 8 A 4 / 1 1 S

   e) ein Speicheradressenregister,

   f) ein Speicherdatenregister,

   g) ein Operationscoderegxster zur Abgabe von Adressenund' Steuersignalen an periphere Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung,

   h) eine Eingabe/Ausgabe-Schiene und

   i) Datenschienen, welche die den Datenfluß bildenden Register miteinander verbinden,

   D) eine Addier-Logik-Einheit, welche zwischen die mehrfachen akkumulativen Register und das Speicherdatenregister eingeschaltet ist, zur Durchführung von arithmetischen, logischen und Verschiebeoperationen, wobei dieser Addierer-Logik-Einheit das Übertragregister und das Überlaufregister zugeordnet ist, und

   E) liittel zur Erzeugung geeigneter Zeitsteuer-, Steuer- und Datentransportsignale, durch welche der Digitalrechner ein Programm aus dem programmierbaren Vorrat von Befehlen durchzuführen vermag.

   15e Analysengerätesystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrfachen akkumulativen Register vier wahlweise adressierbare akkumulative Register sind.

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   16o Analysengerätesystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Befehlsvorrat Befehle zur Durchführung arithmetischer und logischer Operationen mit den Inhalten zweier der mehrfachen akkumulativen Register und mit den Inhalt eines der mehrfachen akkumulativen Register und dem Inhalt des Speicherdatenregisters enthält..

   17o Analysengerätesystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Eingabe/Ausgabe-Schiene eine Hehrzahl von Analysengeräten verbunden ist, daß die Analysengeräte zur Aufnahme von Adressen- und Steuersignalen von dem Operationscoderegister eingerichtet sind, daß die Analysengeräte einen Teil eines Adressenwortes als gemeinsame Adresse "besitzen und daß der Inhalt eines der mehrfachen akkumulativen Register mit dem gemeinsamen Teil des Adressenwortes indizierbar ist, um wahlweise eines der Analysengeräte zu adressieren,,

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