DD158310A3

DD158310A3 - Vorrichtung zum abmessen kleiner fluessigkeitsmengen

Info

Publication number: DD158310A3
Application number: DD22451180A
Authority: DD
Inventors: Ralf Guenther; Gerd Broechler; Klaus Kunzmann; Lothar Wille
Original assignee: Ralf Guenther; Gerd Broechler; Klaus Kunzmann; Lothar Wille
Priority date: 1980-10-13
Filing date: 1980-10-13
Publication date: 1983-01-12
Also published as: HU193023B; CS244512B1; DE3120763A1; CH656709A5

Abstract

Vorrichtung zum Abmessen kleiner Fluessigkeitsmengen mit digitaler Vorwahl des abzugebenden Volumens, mindestens einer Kolbenpumpe, einem impulsgesteuerten Schrittmotor, einem Ventil zum Oeffnen oder Schliessen eines Einlass- und eines Auslasskanales, einer Einrichtung zum Erfassen der linearen Verschiebung des Kolbens und einer Steuer-, Rechen- und Vergleicherschaltung zum Berechnen und eventuellen Korrigieren des Kolbenweges in Abhaengigkeit von der vorgewaehlten Fluessigkeitsmenge, den Abmessungen der Kolbenpumpe und den beim Betrieb der Kolbenpumpe auftretenden Fehlern. Der Dosiervorgang soll so ausgefuehrt werden, dass alle auftretenden Fehler erfasst, ausgewertet und beruecksichtigt werden. Der Taster 18 der Laengenmesseinrichtung 17 ist an dem fest mit der Kolbenstange 16 und lose ueber die Gewindespindel 13 und das Getriebe 12 mit dem Motor 11 verbundenen Antriebsbalken 14 so angeordnet, dass die Mittellinien des Tasters 18 und der Kolbenstange 16 miteinander fluchten. Die Laengenmesseinrichtung 17 erfasst die lineare Verschiebung des Kolbens 1 direkt und auf ein Mikrometer genau. Fuer das Berechnen und Korrigieren des Kolbenweges ist ein Mikroprozessor vorgesehen.

Description

B 01 J / 224 51-1

Gerd'Bröchler. Dresden, den 15· April 1982

,8210 Freital · TKP-Brö-Se

Rudeltst.raße

Ralf Günther 8210 Freital Otto-Grotewohl-Straße 7 c

Klaus Kunzmann 8028 Dresden Saalhausener Straße

Lothar Wille •8027 Dresden Leibnizstraße

bevollmächtigter Vertreter: Gerd Bröchler im VEB MLW Prüfgeräte-Werk Medingen, Sitz Freital, 8210 Freital, Leßkestraße 10, Abteilung TKP

vorgeschlagene Ordnungseinheiten: B 01 J, 4/02; G .01 F, 11/04

Vorrichtung zum Abmessen kleiner Flüssigkeitsmengen

Anwendungsgebiet der Erfindung: "

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abmessen kleiner Flüssigkeitsmengen in der Analysenmeßtechnik mit digitaler Vorwahl des abzugebenden Volumens, mindestens einer Kolbenpumpe, einem impulsgesteuerten Schrittmotor zum Antrieb des Kolbens, einem Ventil zum Öffnen oder Schließen eines Einlaß- und eines Auslaßkanales, einer Einrichtung zum Erfassen

der linearen Verschiebung des Kolbens im Zylinder und einer .Steuer-, Rechen- und Vergleicherschaltung zum Berechnen und eventuellen'Korrigieren des Kolbenweges in Abhängigkeit von der vorgewählten Flüssigkeitsmenge, von den Abmessungen der Kolbenpumpe und von den beim Betrieb der Kolbenpumpe auftretenden Fehlern.

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 Informationen, 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 wie.möglich gehalten werden kann. Den Anwendern stehen aus Kostengründen oft nur sehr geringe Mengen der hohe Aktivitäten entwickelnden Reagenzien zur Verfügung. Die Verwendung kleiner konzentrierter Proben und Reagenzien ermöglicht höhere Reaktionsgeschwindigkeiten und damit einen größeren Wirkungsgrad 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 Flüssigkeit smengen einwandfrei exakt sein. Aus diesem Grunde ist ' das Dosiergerät eines der Elemente, die die Qualität einer Analyse bestimmen. . . · "

Aus DE 26· 58 486 (G 01 F, 11/04) ist eine Pipettier- und Verdünnungsvorrichtung bekannt, di.e aus einer Einheit von

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zwei unabhängig voneinander arbeitenden und austauschbaren Kolbenverdrängerpumpen besteht. Die Kolben werden mittels Übertragungselemente durch impulsgesteuerte Schrittmotoren angetrieben*. Im Kopf der Pumpenzylinder sind Umschaltventi-Ie vorhanden, die die Einlaß- und Auslaßkanäle öffnen 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 Kolbenweges mittels eines Mikroprozessors.

Der Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß der Schrittmotor von der Steuer-, Rechen- und Vergleicherschaltung bzw. vom Mikroprozessor Signale erhält, die die möglichen Fehler des Kolbenantri.ebes 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 ein.

Weiterhin ist aus US 39 -12 127 (G 01 F, 11/06) bekannt, beim Betrieb einer Dosiervorrichtung mit Kolbenpumpe auftretende Nichtlinearität en und Diskontinuitäten in den beiden Endpunkten des Kolbenhubes und auftretende Leckverluste mittels einer Einrichtung zu erfassen und zu berücksichtigen. Die Einrichtung zum Erfassen der linearen Verschiebung des Kolbens im Zylinder besteht aus einem an der Kolbenstange angebrachten U-förmigen Drahthalter mit einem zwischen den Schenkeln eingespannten Draht. Der Draht bewegt bei Bewegung des Kolbens di'e Rolle eines Verschlüsselungsgerätes. Dieses Gerät formt sehr kleine lineare Verschiebungen des Kolbens in-elektrische Impulse⁵¹ um.

Der Nachteil,der der Einrichtung zum Erfassen der linearen Verschiebung des Kolbens anhaftet, besteht darin, daß zur Erfassung der Verschiebung die Längsbewegung in eine Dreh-

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, · bewegung umgeformt werden muß. Dadurch wird die Einrichtung aufwendig und ungenau, da eine Anzahl von Bauelementen zwischengeschaltet sind. Abweichungen im Rollen- und im Drahtdurchmesser gehen in das Meßergebnis ein. Eine jede Kolben-pumpe muß mit ihrer Erfassungseinrichtung, vor der ersten Benutzung erst ausprobiert v/erden. Das mehr oder weniger kräftige Anziehen der Schraube zum Spannen des Drahtes hat ebenfalls Auswirkungen auf das Meßergebnis. Weiterhin ist festzustellen, daß mit dieser Erfassungs einrichtung "'nur Kolbenbewegungen, Veränderungen der Stellung des Kolbens, gemessen v/erden können. Absolute Positionen des Kolbens, die für langzeitig reproduzierbare Anfangsstellungen des Kolbens notwendig sind, -sind nicht zu erfassen. Außerdem ist anzuführen, daß diese Erfassungseinrichtung die Kolbenbewegung nur in der Bewegungsrichtung "Ausstoßen" erfassen kann. Bei Verwendung der'Einrichtung auch in der Bewegungsdichtung "Ansaugen" würde aufgrund der auftretenden Hyste- rese eine grobe Beeinflussung des Meßergebnisses erfolgen. Da bei einer Vorrichtung, die Gegenstand dieser Anmeldung ist, die Arbeitsschritte "Ansaugen" und "Ausstoßen" willkürlich aneinanderreihbar sein müssen, eine Erfassung der .Kolbenposition im Ansaug- und im Ausstoßhub ist unerläßlich, würde die Erfassungseinrichtung aus diesem Grunde keine Verwendung finden können.

Letztendlich ist zu bemerken, daß die Dosiervorrichtung mit der beschriebenen Erfassungseinrichtung nur den Arbeitsschritt "Ausstoßen" verv/irklichen kann und nicht den bei einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Anmeldung unbedingt erforderlichen Arbeitsschritt "Ansaugen." Die. Punktion einer Dosiervorrichtung in der Analysenmeßtechnik in der Wirkung eines Diluters ist nicht realisierbar, weil keine Ansaugleitung und kein Umschaltventil- vorhanden sind. Es kann keine Probe dosiert v/erden, es besteht keine Möglichkeit, aus einem Probebehälter eine definierte Probemenge in die Ausstoßleitung aufzunehmen. Die Art' der Ventilsteuerung ist für analysenmeßtechnische Zwecke nicht verwendbar, da die Zuleitungen zum Ventil ständig unter Druck stehen. In der

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Analysenmeßtechnik wird der Kolben angehalten und nicht, .wie in der Schrift aufgezeigt, der Flüssigkeitsstrom durch ein Ventil.

Ziel der Erfindung:

Das Ziel besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der alle möglichen Fehler des Kolbenantriebes und der Kolbenbewegung erfaßt und ausgewertet werden, so daß diese 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 Taster der Längenmeßeinrichtung an dem fest mit der Kolbenstange des Kolbens und lose über die Gewindespindel und das . .Getriebe, mit dem Motor verbundenen Antriebsbalken so angeordnet ist, daß die Mittellinien des Tasters und der Kolbenstange miteinander fluchten. Die Längenmeßeinrichtung erfaßt die lineare Verschiebung des Kolbens im Zylinder direkt und auf einen Mikrometer genau. Für das Berechnen . und eventuelle Korrigieren des Kolbenweges in. Abhängigkeit von der vorgewählten Flüssigkeitsmenge, von den Abmessungen der Kolbenpumpe und von den beim Betrieb der Kolbenpumpe auftretenden Fehlern ist ein Mikroprozessor vorgesehen.

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Ausführungsbeispiel: ·

Im folgenden soll an Hand einer Zeichnung beispielhaft eine Ausführung der Realisierung der Erfindung in vereinfachter Darstellung geschildert werden.

. Die Pumpe besteht aus dem Kolben 1 und dem Zylinder 2. Auf dem Zylinder 2 ist das "Ventil 3 zum Öffnen oder Schließen des Binlaßkanales 4 und des Auslaßkanales 5 angeordnet. Am Zylinder 2 ist das 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 Leitung 7 mit der Steuer-, Rechen- und Vergleicherschaltiing 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 naher bezeichnetes Zahnrad des Getriebes 12 ist auf der mit einem Außengewinde geringer Steigerung versehenen Gewindespindel 13 befestigt. Diese trägt den mit einem entsprechenden Muttemgewinde 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 · eine Bohrung, durch die der Haltestab 15 ragt. Durch diese Anordnung wird das Verdrehen des Antriebsbalkens 14 verhindert und dieser bewegt sich nach oben oder unten, je nach Drehrichtung des Motors 11. Am Antriebsbalken 14 ist die Kolbenstange 16 fest angeschlossen. Ebenfalls fest ver- bunden 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 Mikrometer. Die Längenmeßeinrichtung 17 ist über die Leitung 19 mit der Schaltung 8 ver-• bunden. Das dreistellige Vorwählelement 20, das über die

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Leitung' 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 Pa. Zilog, USA bzw. des U 880 der Pa.. Funkwerk Erfurt, DDR.

Claims

1. Vorrichtung zum Abmessen kleiner Flüssigkeitsmengen in
der Analysenmeßtechnik mit .digitaler Vorwahl des abzugebenden Volumens, mindestens einer Kolbenpumpe, einem impulsgesteuerten Schrittmotor zum Antrieb des Kolbens, einem Ventil zum Öffnen oder Schließen eines Einlaß- und eines Auslaßkanales, einer Einrichtung zum Erfassen der linearen Verschiebung des Kolbens im Zylinder und einer Steuer-, Rechen- und Vergleicherschaltung zum Berechnen und eventuellen Korrigieren des Kolbenweges in Abhängigkeit von der vorgewählten Flüssigkeitsmenge, von den Abmessungen der Kolbenpumpe und von den beim Betrieb der Kolbenpumpe auftretenden Fehlern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taster (18) einer
Längenmeßeinrichtung (17) an einem fest mit einer Kolben-

Stange (16).des Kolbens (1) und lose über eine Gewindespindel (13) und ein Getriebe (12) mit dem Motor (11) verbundenen Antriebsbalken (14) so angeordnet ist, daß die Mittellinien des Tasters (18) und der Kolbenstange (16) miteinander fluchten.

2, Vorrichtung nach Punkt 1 des Erfindungsanspruches, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenmeßeinrichtung (17) die . lineare Verschiebung des Kolbens (1) im Zylinder (2) direkt und auf einen Mikrometer genau erfaßt.

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• Brfindungsanspruch

3. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2 des Erfindungsanspruches, dadurch gekennzeichnet, daß für das Berechnen und eventuelle Korrigieren, des Kolbenweges in Abhängigkeit von der
vorgewählten Flüssigkeitsmenge, von den Abmessungen der Kolbenpumpe und von den beim Betrieb der Kolbenpumpe auftretenden Fehlern ein Mikroprozessor vorgesehen ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung.