DE3120763A1 - Verfahren und vorrichtung zum abmessen kleiner fluessigkeitsmengen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Abmessen kleiner Flüssigkeits-
• mengen Anwendungsgebiet der Erfindung: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abmessen kleiner Flüssigkeitsmengen mit digitaler Vorwahl des abzugebenden Volumens mittels mindestens einer Pumpe mit in einem Zylinder beweglichen und von einem impulsgesteuerten Schrittmotor über einen Antrieb bewegbaren Kolben, eines Ventils zum Öffnen oder Schließen eines Einlaß- und eines Auslaß-kanales und einer Steuer-, Rechen- und Vergleicherschaltung zum Berechnen des Kolbenweges in Abhängigkeit von der vorgewählten Flüssigkeitsmenge und von den Abmessungen des Kolben-Zylinder-Systems und eine Vorrichtuag zur Ausführung des Verfahrens, insbesondere zur Verwendung in analytischer Laboratorien.
• Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Das Abmessen kleiner Flüssigkeitsmengen hat mit der Entwicklung der biologischen und medizinischen Wissenschaften an Bedeutung gewonnen. Die Mediziner arbeiten zunehmend mit Informat ionen, die aus Analyseergebnissen gewonnen werden.
• Aus einer einzigen Probe werden eine Vielzahl verschiedener Analysen vorgenommen. Das Bestreben geht dahin, die für die Durchführung einer jeden Analyse benötigte Flüssigkeitsmenge zu verringern, damit die dem Patienten entnommene Probe so klein nvi; möglich gehalten werden kann. Den Anwendern sthen aus Kostengründen oft nur sehr geringe Mengen der hohe Aktivitäten entwickelnden Reagenzien zur Verfügung.
• Die Verwendung kleiner konzentrierter Proben uncf Reagenzien ermöglicht höhere Reaktionsgeschwindigkeiten und damit einen größeren Wirdungsgrad im Laboratorium. Daneben fordert nicht zuletzt die zunehmende Zahl der durchzuführenden Analysen, die Abmessungen der Instrumente und Geräte zu verkleinern, um die Raumprobleme lösen zu können. Um mit Analysen derart- kleiner Flüssigkeitsmengen weiterhin ergebnisse erzielen zu können, die die für den Zweck gestellten sehr strengen Genauigkeitsforderungen erfüllen, muß das Verhältnis der im Reaktionsbehälter zusammengebrachten Flüssigkeitsmengen einwandfrei exakt sein. Aus diesem Grunde ist das Dosiergerät eines der Elemente, die die Qualität einer Analyse bestimatln.
• Aus DA 26 58 48G (G 01 F, 11/04) ist eine Pipettier- und Verdünnungsvorrichtung bekannt, die aus einer Einheit von zwei unabhängi@ voneinander arbeitenden und austauschbaren Kolbenverdrängerpumpen besteht. Die Kolben werden mittels Übertragungselemente durch impulsgesteuerte Schrittmotoren angetrieben. Im Kopf der Pumpenzylinder sind Umschaltventile vorhanden, die die Einlaß- und Auslaßkanäle öffaen oder schließen.
• Durch eine Steuer-, Rechen- und Vergleicherschaltung erfolgt die Berechnung des Kolbenweges in Abhängigkeit von einer digital vorgewählten Flüssigkeitsmenge und von den Abmessungen des jeweils benutzten Kolben-Zylinder-Systems. In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt die Berechnung des wolben- -weges mittels eines Mikroprozessors.
• Der Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß der Schrittmotor von der Steuer-, Rechen- und Veraleicherschaltung bzw. vom Mikroprozessor Signale erhält, die die möglichen Fehler des Kolbenantriebes und der Kolbenbewegung, wie z. B. Bauabweichungen innerhalb des Toleranzbereiches, Verschleiß der Bauteile, Lockerung im Motor und im Getriebe infolge vorherigen Laufes in die entgegengesetzte Richtung usw., nicht berücksichtigen. Diese Fehler gehen unbeachtet in den Dosiervorgang eine Ziel der Erfindung: Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine danach arbeitende Vorrichtung zu schaffen, bei dem bzw. bei der alle möglichen Fehler des Kolbenantriebes und der Kolbenbewegung erfaßt und ausgewertet werden, so daß dise Fehler nicht als Dosierfehler auftreten.
• Darlegung des Wesens der Erfindung: Die technische Aufgabe besteht darin die Bewegung des Kolbens innerhalb des Zylinders so zu steuern und zu regeln, daß das Ziel erreicht wird.
• Die Merkmale der Erfindung sind darin zu sehen, daß der ven allen Fehlern des Kolbenantriebes und der Kolbenbewegung behaftete, , also tatsächlich zurückgelegte Weg des Kolbens im Zylinder durch eine Längenmeßeinrichtung erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, anschließend das SiD-nal in der Steuer-, Rechen- und Vergleicherschaltung ausgewertet und mit dem errechneten Kolbenweg verglichen wird und abschließend der Motor, ausgelöst von der Steuer-, Rechen- und Vergleicherschaltung, von einem Impulsgenerator mit einer von der Anzahl der Impulse zum Zurücklegen des errnchneten Kolbenweges entsprechend: der aufgetretenen Differenz zwischen tatsächlich zurückgelegtem und errechnetem Kolbenweg abweichenden odar nicht abweichenden Anzahl von Impulsen beauflagt wird.
• Die Längenmeßeinrichtung mit dem beweglichen Taster ist an einer Stelle der Vorrichtung angeordnet, die von allen auftretenden Fehlern beeinflußt wird.
• Die Längenmeßeinrichtung mit dem Taster ist nach den Fehler verursachenden Mitteln des Kolbenantriebes, nämlich Motor, Getriebe, Gewindespindel und Antriebsbalken, und vor den Fehler verursachenden Mitteln der Kolbenbewegung, nämlich Kolben und Zylinder, so angeordnet, daß der Taster den Antriebsbalken, damit das Mittel, dessen Bewegung durch alle auftretenden Fehler beeinflußt wird, berührt.
• Der Kolben ist mit der Kolbenstange und die Kolbenstange ist mit dem Antriebsbalken für die Rolbenstange so verbunden, daß keine unerwünschte Bewegung möglich ist.
• Die Längenmeßeinrichtung erfaßt als kleinste einheit des tatsächlich zurückgelegten Weges des lbens ein Mikrometer.
• Für das Berechnen des Kolbenweges i Abhängigkeit von der vorgewählten Flüssigkeitsmenge und von den Abmessungen des Kolben-Zylinder-Systems, für die Auswertung des von der Längenmeßeinrichtung erfaßten tatsächlich zurückgelegten Kolbenweges, für den Vergleich und die Differenzbildung zwischen errechnetem und tatsächlich zurückgelegtem Kolbenweg und für die entsprechende Steuerung des Impulsgenerators ist ein Mikroprozessor vorgesehen.
• Ausführungsbeispiel: Im folgenden soll an Hand einer Zeichnung beispielhaft eine Ausführung der Realisierung der Erfindung in vereinfachter Darstellung geschildert werden.
• Die Piliape besteht aus dem Kolben 1 und dem Zylinder 2. Auf dem Zylinder 2 ist das Ventil 3 zum Öffnen oder Schließen des Einlaßkanales 4 und des Auslaßkanales 5 angeordnet. Am Zylinder 2 ist dae das verwendete Kolben-Zylinder-System kennzeichnende Teil 6 mit nicht dargestellten Kodierstiften angebracht, das im eingebauten Zustand des Zylinders 2 über ein ebenfalls nicht dargestelltes Gegenstück mittels der bettung 7 mit der Steuer-,- Rechen- und Vergleicherschaltung 8 - nachfolgend kurz Schaltung 8 genannt - verbunden ist.
• Die Schaltung 8 ist mittels der Leitung 9 über den Impulsgenerator 10 mit dem Schrittmotor 11, es ist ein handelsüblicher impulsgesteuerter Motor, verknüpft. Dem Motor 11 ist das untersetzende Getriebe 12 nachgeordnet. Ein nicht näher bezeichnetes Zahnrad des Getriebes 12 ist auf der mit einem Außengewinde geringer Steigerung versehenen Gewindespindel 13 befestigt. Diese trägt den mit einem entsprechenden Mutterngewinde ausgerüsteten Antriebsbalken 14.
• Zur Umwandlung der vom Motor 11 erzeugten und vom Getriebe 12 auf die Gewindespindel 13 übertragenen Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung besitzt der Antriebsbalken 14 eine Bohrung, durch di der Haltestab 15 ragt. Durch diese Anordnung wird das Verdrehen des Antriebsbalkens 14 verhindert und dieser bewegt ich nach oben oder unten, je nach Drehrichtung des Motors 11. Am Antriebsbalken 14 ist die Kolbenstange 16 feStangeschlossen. Ebenfalls fest verbunden ist die Kolbenstange 16 mit dem Kolben 1. Unterhalb des Antriebsbalkens 14 befindet sich die Längenmeßeinrichtung 17, die mit dem Taster 18 den Antriebsbalken 14 berührt. Die handelsübliche Längenmeßeinrichtung 17 hat eine Genauigkeit von # einem Mikometer. Die Längenmeßeinrichtung 17 ist über die Leitung 19 mit der Schaltung 8 verbunden.
• Das dreistellige Vorwahlelement 202 das über die Zeitung 21 mit der Schaltung 8 verknüpft ist, gestattet die Vorwahl der zu dosierenden Flüssigkeitsmenge in digitaler Darstellung des Betrages.
• Die Schaltung 8 ist in einer bevorzugten Ausführung eine Minimalrechnereinheit auf der Basis des Z 80 der Fa. Zilog, USA bzw. des U 880 der Fa. Funkwerk, Erfurt, DDR.
• Verzeichnis der verivendeten Bezugszeichen 1 Kolben 2 Zylinder 3 Ventil 4 Einlaßkanal 5 Auslaßkanal 6 kennzeichnendes Teil 7 Leitung 8 Steuer-, Rechen- und Vergleicherschaltung 9 Leitung 10 Impulsgenerator 11 Motor 12 Getriebe 13 Gewindespindel 14 Antriebsbalken 15 Haltestab 16 Kolbenstange 17 Längenmeßeinrichtung 18 Taster 19 Leitung 20 Vorwahlelement 21 Leitung Leerseite

Claims (6)

1. Erfindungsanspruch: 1. erfahren zum Abmessen kleiner Flüssigkeitsmengen niit diitaler Vorwahl des abzugebenden Volumens mittels mindestens einer Pumpe mit in einem Zylinder beweglichen und von einem impulsgesteuerten Schrittmotor über einen Antrieb bewegbaren Kolben, eines Ventiles zum Offenen oder Schließen eines Sinlaß- und eines Auslaßkanales und einer Steuer-, Rechen- und Vergleicherschaltung zum Berechnen des KolbUnweges in Abhängigkeit von der vorgewählten Flüssigkeitsmenge und von den Abmessungen des Kolben-Zylinder-Systems, dadurch gekennzeichnet, daß der von allen Fehlern des Kolbenantriebes und der Kolbenbewegung behaftete, also tatsächlich zurückgelegte Weg des Kolbens (1) im Zylinder (2) durch eine Längenmeßeinrichtung (17) erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, anschließend das Signal in der Steuer-, Rechen- und Vergleicherschaltung (8) ausgewertet und mit dem errechneten Kolbenweg verglichen wird und abschließend der Motor (11), ausgelöst von der Steuer-, Rechen- und Vergleicherschaltung (8), von einem Impulsgenerator (10) mit einer von der Anzahl der Impulse zum Zurucklegen des errechneten Kolbenweges entsprechend der aufgetretenen Differenz zwischen tatsächlich zurückgelegtem und errechnetem Kolbenweg abweichenden oder nicht abweichenden Anzahl von Impulsen beauflagt wird.
2. 2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Punkt 1 des Erfindungsanspruches, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenmeßeinrichtung (17) mit einem beweglichen Taster (18) an einer Stelle der Vorrichtung angeordnet ist, die von allen auftretenden Fehlern beeinflußt wird,
3. 3. Vorrichtung nach Punkt 2 des Erfindungsanspruches, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenmeßeinrichtung (17) mit dem Taster (18) nach den Fehler verursachenden Mitteln des Kolbenantriebes, nämlich Motor (11), Getriebe (12), Gewindespindel (13) und Antriebsbalken (14), und vor den Fehler verursachenden Mitteln der Kolbenbewegung, nämlich Kolben (1) und Zylinder (2), so angeordnet ist, daß der Taster (18) den Antriebsbalken (14), damit das Mittel, dessen Bewegung durch alle auftretenden Fehler beeinflußt wird, berührt.
4. 4. Vorrichtung nach Punkt 2 und 3 des Erfindungsanspruches, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) mit einer Solbenstange (16) und die Kolbenstange (16) mit dem AntriebE-balken (14) für die Kolbenstange (16) so verbunden ist, daß keine unerwünschte Bewegung möglich ist.
5. 5. Vorrichtung nach Punkt 2 und 3 des Erfindungsanspruches, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenmeßeinheit (17) als kleinste Einheit des tatsächlich zurückgelegten Weges des Kolbens (1) ein Mikrometer erfaßt.
6. 6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Punkt 1 des Erfindungsanspruches, dadurch gekennzeichnet, daß für das Berechnen des Kolbenweges in Abhängigkeit von der vorgewählten Flüssigkeitsmenge und von den Abmessungen des Kolben-Zylinder-Systems, für die Auswertung des von der Längenmeßeinrichtung (17) erfaßten tatsächlich zurückgelegten Kolbenweges, für den Vergleich und die Differenzbildung zwischen errechnetem und tatsächlich zurückgelegtem Kolbenweg und für die entsprechende Steuerung des Impulsgenerators (10) ein Mikroprozessor vorgesehen ist.