Geschichte des M2000

Es ist dem Enthusiasmus von hingebungsvollen Physikern, Wissenschaftlern und Ingenieuren rund um den Globus zu verdanken, das QCM Research ein beträchtlichen Kapital in die Entwicklung eines neuen Produktes investieren kann (und will). Wir haben es uns zum Ziel gesetzt, die bestmöglichen Produkte zu den niedrigsten machbaren Preisen anzubieten.

Während wir dieses Ziel verfolgen haben wir gelernt, das es wünschenswert wäre, wenn ein besseres Steuer und Datensammlungssystem zur Verfügung stünde. Das Modell 1700TM (M1700) Steuergerät, eine analoge Einheit, die Mitte der 70er Jahre entwickelt wurde, wurde 1983 in das Modell 1900TM (M1900) weiterentwickelt. Dieses Steuergerät hat viele Jahre gut gearbeitet (und ist heute immer noch in mehr als 230 Einheiten im Einsatz), jedoch wurde zunehmend eine digitale Version verlangt.

Das M1900 Steuergerät hat gut mit dem Mark 9 QCMTM (MK9) zusammengearbeitet. Als jedoch die TQCMs (das Mark 10TM und Mark 14TM im Besonderen) in Produktion gingen, wurde ein neues Steuergerät notwendig. Das MK9 (und dieselbe Generation von Sensoren) hat ein PRT das als Heizung und zur Temperaturfühlung genutzt wird. Das neue TQCM hat immer noch ein PRT zur Temperaturfühlung, benutzt jedoch ein Peltier (eine Wärmepumpe die im schlimmsten Fall bis zu 1,25 Ampere benötigt) zum heizen und kühlen. Ein neues Steuergerät war gefragt, das Modell 1800TM (M1800), welches später das M1800A wurde. Dieses neue Steuergerät wurde in Verbindung mit dem M1900 verwendet, um die Temperatur zu steuern und um die Frequenz der TQCM zu erfassen. Diese Einheiten hatten externe Frequenz- und Gleichstromausgänge an den hinteren Platten um die gesammelten Informationen zur Speichereinheit, wie z. B. einen Grafikschreiber zu senden.

Diese Vorgehensweise funktionierte für viele Jahre, war jedoch teuer und umständlich, da man, wenn man z.B. sechs TQCMs hatte auch sechs Steuergeräte benötigte. Weiterhin wuchs mit der Einführung des PCs als Laborcomputer der ausdrückliche Wunsch, die Datensammlung und Temperatursteuerung ferngesteuert durchführen zu können (über eine RS232 Schnittstelle).

Das war ungefähr auch die Zeit, als das Mark 16 CQCMTM (MK16) entwickelt wurde. Es hat einen Silikondiodentemperatursensor und ein 2,5 Watt Drahtheizgerät. Keines der gebräuchlichen Steuergeräte hätte mit einer gewissen Einfachheit umgebaut werden können, um mit diesem neuen Sensor zusammenarbeiten zu können. Deshalb haben wir 1988 eine M1800/M1900 Kombination entwickelt und nannten diese treffenderweise Modell 1819TM (M1819) Steuergerät.

Die Ausführungsanforderungen für das M1819 waren, dass das Steuergerät fähig sein sollte als (1) selbständige Einheit zu arbeiten aber gleichzeitig dazu in der Lage ist, Daten an einem fernen Computer zu senden und von diesem Daten zu empfangen und (2) unabhängig bis zu acht MK16 gleichzeitig zu steuern. Diese Ziele wurden letztendlich erreicht jedoch konnte das M1819 die Forderung vieler Kunden nach einer Einheit, die gleichzeitig noch mehr QCMs in verschiedenen Ausführungen (schnell und akkurat) und trotzdem unabhängig voneinander steuern kann, immer noch nicht erfüllen.

Dies bedurfte einer komplett neuen Art von Steuergerät, das Modell 2000 Steuer/Datensammlungsgerät TM (M2000). Es sollte ein Gerät mit geringen Herstellungskosten sein, welches mehrere der von uns hergestellten Massenflussfühler mit einem Universalrechner verbinden kann. Diese Einheit würde eine minimale Frontplatte (Netzschalter, Lampe, Statusanzeige) haben und mit dem Hostcomputer über eine Serielle RS232 Verbindung kommunizieren.

Die vollendete M2000 Ausführung nimmt Si Dioden und PRT Temperatursensoren auf und steuert Drahtheizgeräte, PRT Heizgeräte sowie Einzel und Doppel Peltier Wärmepumpen. Es ist zusätzlich in der Lage, ein externes Heizgerät mit Strom zu versorgen wie es zum Beispiel in einer Effusionszelle in unserer Unterdruck Kinetik Apparatur für Ausgasung/Ablagerung (VODKA) verwendet wird.

Während es unabhängig die Temperatur steuert, werden Temperatur und Frequenzdaten für jeden Kanal über eine serielle Verbindung an den Host übertragen. Die Basiseinheit kann vier Kanäle bedienen und ist auf zwölf Kanäle in vierer Schritten erweiterbar. Die Daten werden mit einer Rate von einem Messwert pro Sekunde pro Kanal (z.B. zwölf Kanäle in einer Sekunde) an den Host übertragen.

Die Temperaturdaten die an den Host gesendet werden sind in Grad Kelvin angegeben, wobei die niederwertigste Stelle das 1/100 eines Kelvins (0,01 K) angibt. Die Genauigkeit des Messwertes wird durch fünf Elemente beeinflusst: Sensorgenauigkeit, Genauigkeit der Kurvenanpassung, Rauschstörung, Massenfehler und thermische Strömung. Die Elektronik beaufschlagt eine zusätzliche Abweichung von 1/4 eines Kelvins (<0,25 K) zur Sensorgenauigkeit, was der absoluten Genauigkeit entspricht. Für die relative Genauigkeit, welche die thermische Strömung eliminiert beträgt die zusätzliche Abweichung weniger als 1/10 eines Kelvins (<0,1 K). Die Frequenzdaten, die an den Host übertragen werden sind in Hertz angegeben. Die relative Genauigkeit ist besser ein Teil pro Million (>1 ppm). Für alle Frequenzen (1 KHz bis 600 KHz) werden sieben Stellen mit einem Gleitkomma übertragen. Dies bedeutet, das die niederwertigste Stelle für eine Frequenz von 100 KHz, 1/10 Hz (0,1 Hz) darstellt.

Wir hatten zunächst beabsichtigt, dass die Software als eine Grundversion dienen sollte, welche der Kunde dann benutzen kann um ein an seine Bedürfnisse angepasstes Endprodukt zu erstellen. Es wurde jedoch schnell deutlich, das von der Mehrheit ein schlüsselfertiges System gewünscht wurde. Die Software die jetzt mitgeliefert wird kann einfach installiert und betrieben werden. Die Software ist in einer integralen Programmiersprache geschrieben die es erlaubt, einfache Befehlssequenzen einzugeben (wie eine Befehlsdatei), sollte dies erwünscht sein. Zum Beispiel: Geh auf 100 C; Verweilzeit eine Stunde; Geh auf -200 C mit 2,5 C/Min; Verweilzeit bis auf Widerruf.

Mehrere Kunden haben den Quellcode der Software verlangt und es vorgezogen, ihr eigenes Programm, wie es zunächst vorgesehen war zu schreiben. Die größere Mehrheit jedoch benutzt die Software “wie geliefert”. Jetzt liefern wir den Quellcode allerdings als Bestandteil des Softwarepakets mit.

Eine spezielle Version des M2000 wurde für den VODKA entwickelt (wie vorher schon erwähnt), was eine fest zugeordnete, spezifische Softwareausführung notwendig macht. Nachdem jeder seine Vorschläge eingefügt hatte war abzusehen, das es schwierig, wenn nicht sogar unmöglich sein würde, alle Bedürfnisse zufrieden zu stellen ohne eine gravierende Umschreibung der Software vornehmen zu müssen und so haben wir beschlossen das Betriebssystem zu wechseln, nämlich auf OS/2. Die neue VODKA Software ist nun ein großer Erfolg und sie macht den Betrieb des VODKAs weitgehend intuitiv (der VODKA wird mit über tausend Seiten an Dokumentation geliefert).

Zurzeit ist eine vielfach gefragte Umschreibung der regulären M2000 Software unter Windows in Arbeit, die eine grafische Darstellung von Testergebnissen in Echtzeit ermöglicht.

Das M2000 ist nun seit mehr als zwei ein halb Jahren auf dem Markt und es hat sich ein sehr großer Kundenstamm entwickelt.

Das M2000:

  1. Kann bis zu zwölf (12) QCMs gleichzeitig steuern
  2. Kann jedwede Kombination von QCMs steuern
  3. Sendet Daten mit einer Rate von einem Messwert pro Sekunde
  4. Ist ausgerüstet um eine Effusionszelle zu steuern
  5. Kommuniziert unter Zuhilfenahme einer genormten RS-232
  6. Schnittstelle und beginnt mit einem günstigeren Preis als das M1900/M1800A System.