CN115200655A - 计量装置和计量液体介质的方法 - Google Patents

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Abstract

一种计量装置,该计量装置具有用于分配液体介质(20、38)的计量梢部(12)和带加压气体(28)的至少一个压力器皿(26),在压力器皿中,过压或负压可以通过压力调节器(30)被设定为内部压力(p)的预先限定的压力设定点值(pS),内部压力(p)借助于作用在第一液体介质(20)上的加压气体(28)来设定。提供了一种双向流量计(24)来测量由压力器皿(26)中存在的内部压力(p)移动的第一介质(20)的量。此外,提供了一种设置在计量梢部(12)上游的计量阀(22),该计量阀适于允许或禁止第一介质(20)从流量计(24)流动至计量梢部(12)。为了精确计量,第一介质(20)借助于至少一个压力器皿(26)的内部压力(p)的预先限定的压力设定点值的改变来移动,并且第一介质(20)的移动量借助于流量计(24)来测量。

Description

计量装置和计量液体介质的方法
技术领域
本发明涉及计量装置和计量液体介质的方法。
背景技术
用于分配约1μl至50μl范围内的极少量液体的计量装置需要非常精确地输送一定量的液体。
由于这种计量装置经常用于制药工业中、例如用于诊断中,或者还用于食品行业中,其中,避免经计量的液体被其他物质污染是极其重要的,因此必须确保所使用的液体不会接触计量装置的可能转移污染的其他介质或部件。
为此,经常采用一次性部件,例如用于液体运输的隔膜泵,该隔膜泵具有用于精确吸入(抽吸)和精确输送(分配)单个介质的计量梢部。
这会产生大量的塑料废物,大量的塑料废物在环境保护方面是不利的。
发明内容
本发明的目的是提供一种计量系统,在该计量系统中,可以减少废物并且关于对量进行计量方面提供高度灵活性,同时提供高度精确性。
该目的通过一种计量装置实现,该计量装置具有用于分配液体介质的计量梢部并且具有至少一个带加压气体的压力器皿,在压力器皿中,内部压力可以通过压力调节器而被设定为预先限定的压力设定点值,该预先限定的压力设定点值是相对于计量装置的环境而言的过压或负压,内部压力借助于作用在第一液体介质上的加压气体来设定。还设置了:双向流量计,该双向流量计被设计成测量由压力器皿中存在的内部压力移动的第一介质的量,以及计量阀,该计量阀位于计量梢部的上游并且被设计成允许或禁止第一介质从流量计流动至计量梢部。
计量装置被设计成能够通过从预先限定的值范围中选择预先限定的压力设定点值来使第一介质沿两个方向移动,即朝向计量梢部的方向和远离计量梢部的方向,该预先限定的值范围从负压延伸至过压。当压力器皿中相对于计量装置的环境存在过压时,加压气体沿朝向计量梢部的方向推压第一介质,并且当压力器皿中相对于计量装置的环境存在负压时,第一介质沿朝向压力器皿的方向从计量梢部被吸走。因此,可以根据情况将压力器皿中的内部压力水平设定为过压或负压来分别进行介质的抽吸和分散。
第一介质基本上仅通过压差移动通过计量装置的导管,该压差基于压力器皿内相对于环境的过压或负压,使得压力器皿与计量梢部之间的泵可以被省去。
内部压力的预先限定的压力设定点值以及因此还有压力器皿内部的内部压力也优选地在计量过程期间、即当介质在计量装置的导管中移动时是恒定的。因此,在整个计量过程期间中,压力器皿内的内部压力与计量梢部外部的环境压力之间存在恒定的压差。将内部压力设定为预先限定的压力设定点值应当在计量过程开始之前、即在计量装置内的介质移动之前完成。
当压力器皿内相对于计量装置的环境存在过压时,加压气体将第一介质推向计量梢部,并且在需要的情况下,如果要分配第一介质,则将第一介质推出计量梢部。
压力调节器上游的压力例如可以借助于泵或者还可以借助于压力储存器例如气缸来提供。在任何情况下,都避免了泵对第一介质的直接作用。
使用的加压气体例如可以是空气,而且还可以是适合的惰性气体,比如氮气或氩气。
计量装置的所有内部部件仅与第一介质接触,并且在需要的情况下与加压气体接触。然而,加压气体从不进入流量计,使得始终仅记录第一介质的流量。
因此,计量装置可以以简单的方式设计成使得不会发生由于不同介质而造成的污染,这就是为什么例如计量阀可以被设计成用于多次使用的原因。也没有必要采用一次性泵。
在需要的情况下,也可以多次使用计量梢部。由于总是使用压差进行分配,可以以非接触方式实现分配。因此,计量梢部在分配期间不需要浸入已经存在于接纳容器中的介质中,使得在此也避免了污染。
例如,还可以设想通过利用第一介质冲洗来清洁计量梢部并且移除残留物。以此方式,计量梢部也不需要在每个过程之后被更换。
使用流量计,可以直接地测量第一介质的移动量,这可能对于朝向计量梢部的运动和远离计量梢部的运动都具有高度准确性。
已经发现,这种计量装置允许在短的过程时间内进行非常精确的计量。
计量装置优选地被设计成使得压力器皿中的内部压力的预先限定的压力设定点值可以假定为负压,该负压使第一介质移动远离计量梢部并且将第二液体介质抽吸到计量梢部中。
当压力器皿中相比于计量装置的环境存在负压时,第一介质从计量梢部被吸走并且靠近压力器皿。在此过程中,在需要的情况下,第二介质可以通过计量梢部的出口端部被抽吸并且进入到计量梢部中。
压力器皿中可能产生的负压值和过压值在此应当被选择成足够大来提供足够的动能,以使第一介质借助于过压以如在正常计量过程中的情况下的量移出计量梢部(分配)。在这个过程中可以分配大约1μl到50μl的量。在由压力器皿中的负压所造成的相反方向上的运动的情况下,相同数量级的一定量的第一介质应当是可移动的。
为此,例如,压力器皿内部的压力能够在20mbar(20hPa)与3bar(3000hPa)之间进行调节,特别地能够在500mbar(500hPa)与3bar(3000hPa)之间进行调节。因此,例如,可以预先设定例如500hPa的负压至2000hPa的过压的与计量装置的环境相关的相对压差。
原则上,计量装置可以以不同的模式进行操作。
一方面,第一介质可以用作过程介质。过程介质是在过程中、例如在诊断程序或制造方法中用作试剂的介质。在这种情况下,第一介质经由计量梢部以所需的量分配,例如分配到样品容器中或以用于特定过程中。
在另一模式下,从计量梢部输送出的第一介质可以执行冲洗或清洁步骤,在该步骤中,特别地计量梢部被冲洗干净并且清除残留物。在这种情况下,第一介质用作冲洗溶液或清洁溶液。
在又一模式下,第一介质可以用作系统介质或总体上用作控制介质,并且既可以在由负压驱动的运动中经由计量梢部吸入第二介质以使得第二介质被抽吸到计量梢部中,而且还可以在由过压驱动的运动中经由计量梢部再次分配第二介质。
在这种模式下,第一介质仅用于使第二介质移动。
第二介质优选地仅与计量梢部接触,即该第二介质不移动到计量装置的导管部段中,并且特别地不移动到计量阀中或计量阀上游。以此方式,不会发生第二介质对计量装置的其他部件的污染,因为仅第一介质移动到那里。
第二介质优选地是过程介质,但是在期望的情况下也可以是冲洗溶液或清洁溶液。
如常规已知的,可以将作为过程介质的第二介质分配到适合的样品容器中,其中,抽吸到计量梢部中的第二介质可以借助于计量梢部被运输至所期望的分配点。
如果第一介质也用作系统介质或控制介质,则有利地使用具有众所周知的参数(例如在温度变化情况下的粘度、密度和行为)的液体。例如,在此可以考虑蒸馏水、醇或适合的油。优选地,选择既能够适合作为系统介质又需要在采用计量装置的过程中作为过程介质的液体。
还可以设想利用不同的第一介质连续地操作计量装置,相应的第一介质与当前的预期用途相匹配。
计量装置优选地包括控制单元,该控制单元可以被设计成作为内部电子单元或作为外部单元,其中,外部单元可以在任何期望的系统中实施并且应当适于经由适合的接口连接至计量装置。
特别地,第一介质的参数被存储在控制单元中,在需要的情况下对于不同的第一介质亦是如此,使得可以检索第一介质在不同条件下、例如不同温度下的性质。该数据可以用于选择内部压力的预先限定的压力设定点值并且因此用于以使得第一介质在计量装置中的期望运动被实现的方式来调节压力器皿的内部压力。另外,控制单元有利地具有供该控制单元支配的计量装置的部件的数据,例如,压力调节器、流量计和计量阀的特性曲线,这些特性曲线可以被包含在压力设定点值的计算中。
除了第一介质本身的性质之外,第一介质的移动量由借助于压力调节器设定的内部压力确定并且还由计量阀的切换时间间隔确定,该切换时间间隔指定了计量阀打开的时间段。
流量计通常测量第一介质的移动体积。如果要关于其他性质例如物质的质量或量来进行待执行的计量,则控制单元可以在设定的规格中相应地考虑这一点。在此方面,术语“量”或“数量”和“体积”在本申请中用作同义词。
这些规格可以由控制单元确定。控制单元例如被设计成使得该控制单元处理压力调节器和计量阀并且可以优选地在闭环控制系统中操作压力调节器和计量阀。
计量阀优选地为电磁阀,在该电磁阀中,驱动器例如通过隔膜与介质分离,使得第一介质被防止与阀的驱动部件接触。
对于分配和抽吸两者,可以非常灵活地选择所计量的量。
如果要分配第一介质,也可以分配超过计量梢部的最大填充量的量。
一般来说,当然可以以若干个较小的量分配所抽吸量的第二介质。
第二介质的抽吸优选地从与计量装置分离或能够分离的容器、例如储存容器中进行。在此,第二介质不会与除计量梢部之外的其他部件发生任何接触。
在分配过程中,在需要的情况下,例如可以将第二介质输送到可以与计量装置连接的特定样品容器中。
为了防止第一介质与第二介质之间的接触,在计量梢部中优选地设置有分离辅助物,该分离辅助物由抽吸到计量梢部中的分离介质或插入到计量梢部中的可移动分离元件组成。
例如,在抽吸第二介质之前,可以首先通过在压力器皿中施加负压将分离介质吸收到计量梢部中(并且通常总是在分配和抽吸期间,当然通过打开计量阀进行),并且然后可以抽吸第二介质。因此,第二介质通过分离介质在计量梢部中保持在与第一介质相距一定距离处,并且不会发生第二介质与第一介质的混合。
当第二介质被抽吸时,分离介质以与第一介质相同的方式移动远离计量梢部的出口端部。
通过类推,分离元件防止介质之间的接触。
作为分离介质,当然应当选择不会与所使用的两种介质中的任一者混合的流体。在此,根据第一介质和第二介质,如果两种介质都是水溶液,则通常会考虑油。但是也可以使用空气作为分离介质,特别地在计量梢部的内部直径小到使得毛细力作用于此并且因此气泡保留在期望位置处的情况下。
如果使用结构性分离元件,该结构性分离元件例如可以包括活塞,活塞具有:密封盘,该密封盘布置在计量梢部的远离计量梢部的出口端部定向的加宽部分中并且抵靠计量梢部的内壁搁置;以及杆,该杆从密封盘垂直突出并且突出到计量梢部的较窄部分中,该较窄部分邻接加宽部分而朝向出口端部。
在此,杆用于导引分离元件并且将密封盘正确地定位,而密封盘对第一介质产生密封。
这样做时,杆可以在不接触计量梢部的内壁的情况下突出到较窄部分中。
第二介质被吸收到计量梢部的出口端部与密封盘之间的空间中,其中,密封盘由于所施加的负压而移动远离出口端部以便吸入第二介质,并且该密封盘朝向出口端部移动以便再次分配所吸收的第二介质。
还可以设想使用与计量梢部的内壁牢固连接的隔膜作为分离元件,其中,隔膜在第二介质被抽吸时远离出口端部扩张并且朝向出口端部移动以分配第二介质。
当然,第二介质应当仅被抽吸到计量装置中远到使得该第二介质不会离开计量梢部,并且特别地、适当地不会与计量装置的流体导管接触,并且还将不会到达计量阀或流量计的区域。
可以设置用于产生压差的单个压力器皿,该压力器皿连接至单个压力调节器,其中,在压力器皿中,可以对加压气体施加负压和过压两者(在各自情况下相对于计量装置的环境而言),也就是说,可以针对内部压力的预先限定的压力设定点值来选择负压或过压。
在另一可能变型中,设置两个压力器皿,在这两个压力器皿中的每个压力器皿中存在加压气体,其中,在压力器皿中的一个压力器皿中,内部压利的预先限定的压力设定点值可以特别地被永久地设定为相对于计量装置的环境的负压,并且在另一压力器皿中,内部压力的预先限定的压力设定点值可以特别地被永久地设定为相对于计量装置的环境的过压。这样缩短了过程时间,因为相应的储存器始终对于正压和负压可用,因此可以作用于第一介质上。
为了对第一介质施加适当的压力,优选地在压力器皿与流量计之间设置有切换阀,该切换阀可以将压力器皿中的每个压力器皿安置成与流量计流体连通。切换阀优选地为3/2通阀。
特别地,两个压力器皿中的每个压力器皿都包括其自身的压力调节器并且还可以具有其自身的压力供应件、例如泵。
在最简单的情况下,除了加压气体之外,在各自情况下,压力器皿中还存在有一定比例的第一介质,使得压力器皿中存在的内部压力直接传送至第一介质。然后,所施加的这种内部压力原则上存在于压力器皿与计量梢部之间的整个流体导管中。
如果设置两个压力器皿,则两个压力器皿除了加压气体之外还可以包含一定量的第一介质,其中,内部压力直接传递给第一介质。
然而,也可以设置平衡罐,该平衡罐布置在压力器皿的下游且适于被安置成与两个压力器皿中的每个压力器皿流体连通,并且将第一介质的一部分保持在该平衡罐中。通过将切换阀适当定位并且适当选择相应压力器皿中的内部压力的预先限定的压力设定点值来提供平衡罐中所需的内部压力,平衡罐中的内部压力直接作用在位于平衡罐中的第一介质上。
内部压力的预先限定的压力设定点值在此由控制单元指定成使得预期的计量操作所需量的第一介质可以移动。
在打开计量阀之前有利地预先设定所需的内部压力。这样允许实现更快的过程时间和精确的计量。
平衡罐可以被采用而作为第一介质的储存器,使得更大量的第一介质也可以在所需压力下已经保持可用。这对于需要大量第一介质例如来通过分配第一介质以冲洗计量梢部的过程步骤尤其有用。
如果存在平衡罐,则两个压力器皿可以仅包含加压气体,而平衡罐包含加压气体和第一介质两者。
一般来说,计量单元的流体传导部段从压力器皿开始线性构造,或者在两个压力器皿的情况下从切换阀开始线性构造,其中,压力器皿或多个压力器皿位于切换阀的上游,该切换阀可以位于平衡罐的上游,平衡罐在下游与流量计、计量阀和计量梢部线性地邻接。在期望的情况下,可以完全省去任何其他部件和分支。
上述目的还通过一种借助于如上所述的计量装置对至少一种液体介质进行计量的方法来实现。在此,将至少一个压力器皿的内部压力设定为预先限定的压力设定点值,并且计量装置内的第一介质借助于内部压力与计量装置的环境之间的压差来移动,并且第一介质的移动量借助于流量计的方式来测量,该流量计流体地布置在计量梢部与压力器皿之间。因此,不需要泵对第一介质的直接作用,并且在适用的情况下,第二介质是必要的。此外,执行对第一介质的移动量的直接测量,该直接测量构成对所分配的第一介质的量和所抽吸或分配的第二介质的量的直接测量。这样允许实现计量的高度精确性。
如上所述,通过将压力值分别选择为过压或负压,第一介质可以沿朝向计量梢部的方向和远离计量梢部的方向移动。
预先限定的压力设定点值和内部压力优选地在计量过程期间、即在第一介质移动时保持恒定,并且在计量过程开始之前将内部压力设定为预先限定的压力设定点值。
在一种可能的方法中,通过计量梢部抽吸第二液体介质并且随后通过计量梢部进行再次分配。
当第二介质用作过程介质时,可以从例如存储器皿中通过计量梢部抽吸第二液体介质,并且随后通过计量梢部分配到例如样品容器中。
在此,第二介质的抽吸优选地通过针对至少一个压力器皿中的内部压力的预先限定的压力设定点值选择负压并且由此导致通过第一介质远离计量梢部的运动来实现。
为了防止第一介质与第二介质接触,可以在第二介质的抽吸之前通过计量梢部抽吸分离介质作为分离辅助物,然后分离介质位于第一介质与第二介质之间。替代性地,可以使插入计量梢部中的分离元件移动。在任一情况下,分离辅助物都会防止两种介质之间的接触。
借助于压力-时间控制可以容易地设定预先限定量的待分配的第一介质或预先限定量的待抽吸或待分配的第二介质的计量、即分配或抽吸,其中,在计量过程开始之前,借助于压力器皿内的内部压力来调节压力设定点值,并且测量在切换时间间隔内移动的第一介质的量。
压力器皿或平衡罐中存在的内部压力以及计量阀在此期间打开的切换时间间隔明确地确定了经过流量计的第一介质的量。因此,由流量计输出的值与第一流体的分配量或第二流体的抽吸量或分配量直接成正比。
压力调节器用于优选地在开始计量之前将一个或多个压力器皿中的内部压力设定为压力设定点值。然后控制器确定计量阀在此期间打开的切换时间间隔。
在指定的切换时间间隔过去之后,计量阀关闭,并且将由流量计所测量的流动速率与该计量过程所需的第一介质的移动量进行比较。如果存在偏差,则减小或延长切换时间间隔并且/或者改变压力设定点值。
在下一计量步骤中,使用新指定的切换时间间隔和/或压力设定点相应地执行第一介质的运动。
这意味着,为了检查切换时间间隔和压力设定点值是否被正确地预先限定,可以设置至少一个计量过程,在至少一个计量过程中,仅使待移动的第一介质的总量的一部分量移动,其中,在该计量过程之后,确定在该计量过程中移动的量与待移动的预先限定量的偏差,并且调整用于随后计量过程的切换时间间隔。这样做时,用于下一计量过程的切换时间间隔被调整成使得偏差减少并且优选地减小至零。
可以在开始实际计量之前使用测试量进行一个或更多个这样的计量过程,以便在实际过程中检查计量过程之外的正确设定,并且在必要的情况下重新调节该正确设定。
由于偏差随着经校正的计量过程数目的增加而变得越来越小,因此可以以此方式实现非常精确的计量。
附图说明
下面将参照附图基于几个示例性实施方式对本发明进行更详细地描述,在附图中:
-图1示出了根据本发明的第一实施方式的计量装置的示意图;
-图2示出了根据本发明的第二实施方式的计量装置的示意图;
-图3示出了根据本发明的第三实施方式的计量装置的示意图;
-图4和图5示出了根据本发明的计量装置所用的计量梢部;以及
-图6至图8示出了根据本发明的用于利用根据本发明的计量装置来实施的计量方法的示意流程图。
具体实施方式
图1示出了根据第一实施方式的计量装置10。
计量装置10用于精确地计量极少量的液体(例如在从1μl至50μl的范围内)。为此,液体被压出计量梢部12(也参见图4和图5),使得液体在计量梢部12的出口端部14处离开并且进入适合的容器16、例如样品容器。
在这些示例中,以非接触方式执行到容器16中的计量,非接触方式即为计量梢部12的出口端部14既不接触容器16也不接触该容器16中所存在的介质。
容器16可以构造成插入到计量装置10中,但通常能够与计量装置10分离。另外,原则上,计量梢部12可以与不同的容器配合。
在计量装置10内部,第一液体介质20位于流体导管系统18中。
在此,第一介质20是一种性质众所周知的液体,并且在该示例中,该液体也可以制成为用作过程介质或用作冲洗溶液或清洁溶液。例如,蒸馏水、醇类或特殊油类在此被考虑在内。
流体导管系统18由计量装置10的所有流体运送部件组成。
在该示例中,流体导管系统18在结构上是线性的,其中,计量阀22布置在计量梢部12的上游,计量阀22的上游又跟随有流量计24,导管部段从该流量计24延伸至上游压力器皿26。
计量阀22在此是电磁阀,该电磁阀的驱动单元例如通过隔膜与流体运送区域隔开,使得第一介质20在该第一介质20流动通过计量阀22时将不会与计量阀22的驱动部件接触。
当计量阀22打开时,第一介质20可以通过计量阀22朝向计量梢部12流动以及沿相反的方向流动。当计量阀22关闭时,第一介质20不能移动通过计量阀22。
由于作用在流体导管和计量梢部12中并且由较小横截面引起的毛细力,位于计量梢部12的出口端部14与计量阀22之间的一定量的第一介质20将通常不会从计量梢部12流出。
流量计24可以根据需要进行配置,但重要的是该流量计24能够捕获或记录优选地小于1μl的一定量的液体在任一方向上的通过。
在压力器皿26中,容积的部分填充有加压气体28,该加压气体28例如可以是空气或惰性气体。剩余容积填充有第一介质20。
压力器皿26与压力调节器30流体连通,该压力调节器30能够在较宽的压力范围内将压力器皿26中的内部压力p设定为预先限定的压力设定点值pS。为此,压力调节器30连接至压力源(未示出),例如泵或压缩气体蓄积器。
在该示例中,内部压力p的预先限定的压力设定点值pS可以被选择成介于约20mbar(20hPa)、可能地500mbar(500hPa)与3bar(3000hPa)之间,使得内部压力p可以被设定为在这些限制内的任何所需值。因此,内部压力p既可以被假定为与计量装置10的环境相比显着的负压又可以被假定为与计量装置10的环境相比显着的过压。
在本文中描述的所有示例中,压力器皿26中的内部压力p在计量过程期间保持恒定,使得用以使第一介质20移动的压差也保持恒定。
例如,为此可以使用压力调节器30,但也可以将压力器皿26的容积选择成与计量装置10的导管的供压力器皿26所用的容积相比足够大来提供充分大的储存器,以在计量过程的持续时间内保持内部压力p恒定以用于所有实际目的,甚至无需进行重新调整。
压力器皿26和压力调节器30在此是压力控制单元32的部分,该压力控制单元32在结构上例如被设计为计量装置10的部件。
控制单元34连接至压力调节器30并且可以与压力调节器30交换数据且向压力调节器30提供指令。
控制单元34可以结合到计量装置10中,但是还可以在外部实施且无线地连接至计量装置10或使用适合的接口经由数据线连接至计量装置10。
流量计24、计量阀22和计量梢部12是计量单元36的部分,该计量单元36可以形成计量装置10的另一结构部件。压力控制单元32与计量单元36之间的接口例如通过压力器皿26的出口和流量计24的入口实现。
控制单元34还连接至流量计24和计量阀22,并且特别地接收来自流量计24的流量测量值且指定用于计量阀22的切换时间间隔tI,该切换时间间隔tI在计量过程期间确定计量阀22打开的时间段。
计量装置10可以以几种不同的模式操作。
在第一模式中,第一介质20可以通过计量梢部12被输送,即分配。
为此,为压力设定点值pS指定过压
Figure BDA0003592328520000111
并且压力器皿26中的内部压力p被相应地设定为足够高以克服流体导管系统18相对于计量装置10的环境压力的流动阻力的过压,并且计量阀22打开。因此,处于压力p下的加压气体28使第一介质20移向计量梢部12以及移出计量梢部12。
图6示出了用于分配介质、例如分配第一介质20的控制压力-时间的计量方法的示例(方法A)。
首先,压力调节器30将内部压力p设定为预先限定的压力设定点值pS,该压力设定点值pS例如由控制单元34传送并且限定相对于环境的过压
Figure BDA0003592328520000121
(步骤100和102)。
基于设定点压力值pS(该设定点压力值pS现在对应于压力器皿26中的内部压力p)、待分配的介质的总量以及其他参数例如当前温度、第一介质20的粘度及其密度,控制单元34计算出切换时间间隔tI,该切换时间间隔tI指示计量阀22待打开的时间段以便分配所需量的介质(步骤104)。
在计量阀22打开的同时,开始在流量计24处测量流动速率(步骤106)。
在切换时间间隔tI已经过去之后,计量阀22再次关闭并且流量计24的测量数据被传送至控制单元34。控制单元评估该测量并且确定如由流量计24所确定的已经流动通过的第一介质20的量与待分配的预先限定的部分量之间的偏差(步骤108)。
如果偏差小于预先限定的阈值,则将利用压力设定点值pS的现有值和切换时间间隔tI的现有值继续进行计量以用于下一计量过程。
如果偏差高于阈值,则切换时间间隔tI和/或压力设定点值pS适用于随后的计量过程(步骤110)。
由于偏差随着重复通过该闭环控制系统而变得更小,在大多数情况下,所分配的计量将在几次计量过程后已被设定为所需的值。可以将这些用于在设定的计量过程中分配的介质20的处置,并且当偏差充分小时,仅在步骤112中将介质20用于实际过程。
也可以在总量的分配期间如上所述地执行检查。
在另一模式中,第二介质38可以从外部器皿(例如,图1中的容器16)被抽吸到计量梢部12中。这在图7中被概述为方法B。
为此,借助于压力调节器30来指定与相对于计量装置10的环境的负压pU所对应的压力设定点值pS(步骤101和102)。
如在刚刚描述的示例中,控制单元34针对计量过程确定切换时间间隔tI,该切换时间间隔tI使计量阀22打开直到第一介质20的待计量的量已经流动通过流量计24(步骤104)。
在这种情况下,当计量阀22打开时,第一介质20远离计量梢部12流动并且朝向压力器皿26流动。这会在计量梢部12的出口端部14处产生负压,该负压将第二介质38吸入(抽吸)到计量梢部12中。
在这种情况下,第一介质20纯粹用作系统介质或控制介质以使第二介质38移动。
剩余的步骤106至112按照上述执行以用于分配过程。
例如,计量过程需要约10ms。
在图6和图7的示例中,仅调节切换时间间隔tI,而压力设定点值pS保持不变。但是在所有情况下都可能具有相同的结果,从而也可以改变或仅改变压力设定点值pS
为了防止第一介质20与第二介质38混合并且因此污染第二介质38和计量装置10两者,在此使用分离辅助物。
在一种可能变型中,在第二介质38被抽吸之前,分离介质40作为分离辅助物被抽吸。该结果在图4中进行描绘。少量的分离介质40存在于第一介质20与第二介质38之间并且防止两种介质20、38之间的接触。
所使用的分离介质40例如可以是不与两种介质20、38中的任一种介质混溶的适合的液体,或者由于毛细力而仅是气泡。
在计量梢部12与第二介质38接触之前,分离介质40从单独的容器(未示出)中被吸收(或者,在空气的情况下,从环境中被吸收)。
在图5中所示的替代性变型中,分离元件42容纳在计量梢部12中作为分离辅助物并且在此以活塞的形式构造而成,该活塞在其远离出口端部14的端部处包括密封盘44,杆46从该密封盘44朝向出口端部14垂直突出,该杆46不与计量梢部12的内壁接触并且用作密封盘44的导引件以便保持密封盘44与内壁密封接触。
在该示例中,密封盘44布置在计量梢部12的加宽部分45中,而杆46突出到较窄部分47中。
密封盘44将第一介质20与第二介质38分离,其中,分离元件42由于第一介质20的运动而在计量梢部12内移位。
为了再次分配现在位于计量梢部12的下部部分中的第二介质38,再次进行以上所述的并且在图6中图示的方法A。
可以抽吸更大量的第二介质38并且以较小的量再次分配该第二介质38,例如将25μl吸收到计量梢部12中并且以每份1μl分配成25份单独的剂量。
例如在诊断程序或制造方法中用作试剂的过程介质通常被采用作为第二介质38。
当然,不同的第二介质38可以由计量装置10连续地抽吸和分配。
替代性地或附加地,冲洗溶液或清洁溶液也可以用作第二介质38。
相反,第一介质20可以纯粹用作用于使第二介质38移动的系统介质或控制介质,或者也可以作为过程介质来被分配。在此,第一介质20还用作冲洗溶液或清洁溶液,为此,该第一介质20通过计量梢部12排放以便从计量梢部12中移除残留物。
图8示出了计量装置10的使用几种可能方法的灵活性。在此图示了对第一介质20或第二介质38进行计量。
如果仅要分配第一介质20,则在步骤124中进行根据图6的方法A。
如果要分配第二介质38,则首先将分离辅助物——机械分离元件42或分离介质40——引入到计量梢部12中(步骤114)。如果要使用分离介质40(步骤116),则借助于图7中的方法B的步骤将分离介质40吸收到计量梢部12中。
然后抽吸所需量的第二介质38(步骤118),该抽吸再次借助于图7
中的方法B进行。
随后,在步骤120中,使用来自图6的方法A对第二介质38进行计量,即分配。
最后,可以执行使用第一介质20的冲洗步骤122,在冲洗步骤122中,第二介质38的剩余部分从计量梢部12中被移除并且残留物被消除。为此,图6的方法A在不首先吸收第二介质38的情况下仅利用第一介质20进行。
当然,也能够设想到除了在此示出和描述的那些过程顺序之外的过程顺序;这些可能的过程仅通过示例的方式被提及。
如果分离介质40被抽吸或计量梢部12利用第一介质20被冲洗,这可以以较低的准确性实现并且因此需要较少的时间。
图2示出了计量装置10的第二实施方式,该第二实施方式同样适用于进行上述方法中的所有方法。
与第一实施方式的唯一区别在于在此设置有两个压力器皿26,压力器皿26中的每个压力器皿与其自身的压力调节器30配合,其中,一个压力器皿26的内部压力p被永久地设定为过压
Figure BDA0003592328520000151
而另一压力器皿26的内部压力p被永久地设定为负压pU。以此方式,分配与抽吸之间的转换可以更快地进行,因为压力器皿26不必首先从过压转换至负压,或者不必从负压转换至过压。在计量过程开始之前,例如,压力器皿26中的一个压力器皿的内部压力p被设定为预先限定的压力设定点值pS,其中,在各自情况下仅需要调节过压或负压的水平。
在该示例中,两个压力器皿26都包含加压气体28和第一介质20。
在此,两个压力器皿26借助于3/2通切换阀48与流量计24的入口连接,在需要的情况下,通过作为流体导管系统18的部分的导管与流量计24的入口连接。
为了向计量装置10的流体导管施加期望的压力,切换阀48被安置成与具有设定的压力设定点值pS的相应压力器皿26流体连通。
图3示出了计量装置10的第三实施方式,该第三实施方式同样适用于进行上述方法中的所有方法。
与刚刚描述的实施方式相反,除了两个压力器皿26之外,在流体导管系统18中、于切换阀48和流量计24之间布置有平衡罐50。平衡罐50既保持一定量的第一介质20又保持加压气体28。
在该示例中,借助于切换阀48而与平衡罐50连接的两个压力器皿26仅包含加压气体28,而不包含第一介质20。
在此,对预先限定的压力设定点值pS进行的预先设定是通过借助于切换阀48的定位和两个压力器皿26中的压力值
Figure BDA0003592328520000152
pU设定平衡罐50中的内部压力p来执行,其中,从压力器皿26中的一个压力器皿流动到平衡罐50中或者从平衡罐50流出并且进入到压力器皿26中的一个压力器皿的加压气体28取决于待设定的压力设定点值pS
在期望的情况下,可以借助于平衡罐50内的压力传感器(未示出)来检查该值。
在此,转移至流体导管系统18中的第一介质20的压力对应于平衡罐50中的内部压力p,因此该平衡罐50也用作压力器皿。

Claims (14)

1.一种计量装置,所述计量装置包括:计量梢部(12)和具有加压气体(28)的至少一个压力器皿(26),所述计量梢部(12)用于分配液体的介质(20、38),在所述压力器皿(26)中,内部压力(p)能够由压力调节器(30)被设定为预先限定的压力设定点值(pS),预先限定的所述压力设定点值(pS)是相对于所述计量装置(10)的环境的过压
Figure FDA0003592328510000011
或负压(pU),所述内部压力(p)借助于作用在液体的第一介质(20)上的所述加压气体(28)来设定;双向的流量计(24),所述流量计(24)被设计成测量由存在于所述压力器皿(26)中的所述内部压力(p)而移动的所述第一介质(20)的量;以及计量阀(22),所述计量阀(22)位于所述计量梢部(12)的上游并且被设计成允许或禁止所述第一介质(20)从所述流量计(24)流动至所述计量梢部(12)。
2.根据权利要求1所述的计量装置,其特征在于,所述计量装置被设计成使得所述压力器皿(26)中的所述内部压力(p)的预先限定的所述压力设定点值(pS)能够被假定为负压(pU),所述负压(pU)使所述第一介质(20)移动远离所述计量梢部(12)并且将液体的第二介质(38)抽吸到所述计量梢部(12)中。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的计量装置,其特征在于,在所述计量梢部(12)中存在有分离辅助物,所述分离辅助物由被抽吸到所述计量梢部(12)中的分离介质(40)或插入到所述计量梢部(12)中的能够移动的分离元件(42)组成。
4.根据权利要求3所述的计量单元,其特征在于,所述分离元件(42)包括活塞,所述活塞具有:密封盘(44),所述密封盘(44)布置在所述计量梢部(12)的远离所述计量梢部(12)的出口端部(14)定向的加宽部分(45)中并且抵靠所述计量梢部(12)的内壁搁置;以及杆(46),所述杆(46)从密封盘(44)垂直突出并且突出到所述计量梢部(12)的邻接所述加宽部分(45)而朝向所述出口端部(14)的较窄部分(47)中。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的计量装置,其特征在于,设置具有加压气体(28)的两个压力器皿(26),其中,在所述压力器皿(26)中的一个压力器皿中,所述内部压力(p)的预先限定的所述压力设定点值(pS)能够被设定为相对于所述计量装置(10)的环境的负压(pU),并且在另一压力器皿(26)中,所述内部压力(p)的预先限定的所述压力设定点值(pS)能够被设定为相对于所述计量装置(10)的环境的过压
Figure FDA0003592328510000021
6.根据权利要求5所述的计量装置,其特征在于,在所述压力器皿(26)的下游并且在所述流量计(24)的上游布置有切换阀(48)。
7.根据权利要求5和6中的任一项所述的计量装置,其特征在于,在所述压力器皿(26)的下游附加地设置有平衡罐(50),所述平衡罐(50)适于安置成与所述两个压力器皿(26)中的每个压力器皿流体连通,并且所述第一介质(20)的一部分被保持在所述平衡罐(50)中。
8.根据权利要求7所述的计量装置,其特征在于,加压气体(28)仅存在于两个压力器皿(26)中。
9.一种借助于根据前述权利要求中的任一项所述的计量装置(10)来计量至少一种液体的介质(20、38)的方法,所述方法包括以下步骤:
-将至少一个压力器皿(26)的所述内部压力(p)设定为预先限定的所述压力设定点值(pS);
-借助于所述内部压力(p)与所述计量装置(10)的环境之间的压差使所述第一介质(20)在所述计量装置(10)内移动;以及
-借助于所述流量计(24)测量所述第一介质(20)的移动量,所述流量计(24)流体地布置在所述计量梢部(12)与所述压力器皿(26)之间。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,通过所述计量梢部(12)抽吸液体的第二介质(38)并且随后通过所述计量梢部(12)进行分配。
11.根据权利要求9或10所述的方法,其特征在于,所述第二介质(38)的抽吸通过针对至少一个压力器皿(26)中的所述内部压力(p)的预先限定的所述压力设定点值(pS)选择负压(pU)并且由此导致通过第一介质(20)远离所述计量梢部(12)的运动来实现。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的方法,其特征在于,在抽吸所述第二介质(38)之前,通过所述计量梢部(12)抽吸分离介质(40)作为分离辅助物,所述分离辅助物位于所述第一介质(20)与所述第二介质(38)之间,或者使插入所述计量梢部(12)中的分离元件(42)移动,所述分离辅助物防止两种介质(20、38)之间的接触。
13.根据权利要求9至12中的任一项所述的方法,其特征在于,借助于压力-时间控制来执行计量,其中,在计量过程开始之前,借助于所述压力器皿(26)内的所述内部压力来调节所述压力设定点值(pS),并且测量在切换时间间隔(tI)内移动的所述第一介质(20)的量。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,设置至少一个计量过程,在所述至少一个计量过程中,仅使待移动的所述第一介质(20)的总量的一部分量移动,其中,在此计量过程之后,确定在此计量过程中所移动的量与待移动的预先限定量的偏差,并且所述切换时间间隔(tI)适用于随后的计量过程。
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