DD158310A3

DD158310A3 - DEVICE FOR MEASURING SMALL FLUID QUANTITIES

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: CH656709A5; HU193023B; DE3120763A1; CS244512B1

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.Apparatus for measuring small quantities of liquid with digital preselection of the volume to be dispensed, at least one piston pump, a pulse-controlled stepping motor, a valve for opening or closing an inlet and an outlet channel, means for detecting the linear displacement of the piston and a control, computing and Comparator circuit for calculating and possibly correcting the piston stroke in dependence on the preselected amount of fluid, the dimensions of the piston pump and the errors occurring during operation of the piston pump. The dosing process should be carried out in such a way that all occurring errors are recorded, evaluated and taken into account. The probe 18 of the length measuring device 17 is arranged on the fixedly connected to the piston rod 16 and loosely about the threaded spindle 13 and the transmission 12 to the motor 11 drive bar 14 so that the center lines of the probe 18 and the piston rod 16 are aligned. The length measuring device 17 detects the linear displacement of the piston 1 directly and to a micrometer. For the calculation and correction of the piston stroke, a microprocessor is provided.

Description

B 01 J / 224 51-1B 01 J / 224 51-1

Gerd'Bröchler. Dresden, den 15· April 1982Gerd'Bröchler. Dresden, 15 April 1982

,8210 Freital · TKP-Brö-Se, 8210 Freital · TKP-Brö-Se

Rudeltst.raßeRudeltst.raße

Ralf Günther 8210 Freital Otto-Grotewohl-Straße 7 cRalf Günther 8210 Freital Otto-Grotewohl-Straße 7 c

Klaus Kunzmann 8028 Dresden Saalhausener StraßeKlaus Kunzmann 8028 Dresden Saalhausen Road

Lothar Wille •8027 Dresden LeibnizstraßeLothar Wille • 8027 Dresden Leibnizstrasse

bevollmächtigter Vertreter: Gerd Bröchler im VEB MLW Prüfgeräte-Werk Medingen, Sitz Freital, 8210 Freital, Leßkestraße 10, Abteilung TKP authorized representative: Gerd Bröchler at the VEB MLW Prüfgeräte-Werk Medingen, Freital headquarters, 8210 Freital, Leßkestraße 10, TKP department

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

Vorrichtung zum Abmessen kleiner FlüssigkeitsmengenDevice for measuring small amounts of liquid

Anwendungsgebiet der Erfindung: "Field of application of the invention:

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 ErfassenThe invention relates to a device for measuring small amounts of liquid in Analysmeßtechnik with digital preselection of the volume to be dispensed, at least one piston pump, a pulse-controlled stepping motor for driving the piston, a valve for opening or closing an inlet and an outlet channel, means for detecting

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.the linear displacement of the piston in the cylinder and a .Steuer-, computing and comparator circuit for calculating and possible'Korrigieren the piston travel depending on the preselected amount of liquid, the dimensions of the piston pump and the errors occurring during operation of the piston pump.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:Characteristic of the known technical solutions:

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. . . · "The measurement of small amounts of liquid has gained in importance with the development of the biological and medical sciences. The physicians are increasingly working with information that is gained from analysis results. A single sample becomes a multitude of different ones. Analyzes made. The endeavor is to reduce the amount of fluid needed to perform each analysis so that the sample taken from the patient can be kept as small as possible. For cost reasons, users often have very small amounts of high activity developing reagents available. The use of small concentrated samples and reagents allows for higher reaction rates and thus greater efficiency in the laboratory. In addition, not least the increasing number of analyzes to be carried out calls for the dimensions of the instruments and devices to be reduced in order to be able to solve the spatial problems. In order to be able to continue to achieve results with analyzes of such small amounts of liquid that meet the very strict accuracy requirements set for the purpose, the ratio of the liquid quantities brought together in the reaction vessel must be perfectly accurate. For this reason, the dosing device is one of the elements that determine the quality of an analysis. , , · "

Aus DE 26· 58 486 (G 01 F, 11/04) ist eine Pipettier- und Verdünnungsvorrichtung bekannt, di.e aus einer Einheit vonFrom DE 26 · 58 486 (G 01 F, 11/04) a pipetting and diluting device is known, which consists of a unit of

.-.·.· . -2245 11 . 3··.-. · · ·. -2245 11. 3 · ·

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.consists of two independently operating and replaceable piston displacement pumps. The pistons are driven by means of transmission elements by pulse-controlled stepper motors *. In the head of the pump cylinder Umschaltventi-Ie are present, which open or close the inlet and outlet ports. By a control, arithmetic and comparator circuit, the calculation of the piston travel takes place as a function of a digital preselected amount of liquid and of the dimensions of the piston-cylinder system used in each case. In a further embodiment, the calculation of the piston travel takes place by means of a microprocessor.

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.The disadvantage of the known device is that the stepper motor receives signals from the control, arithmetic and comparator circuit or from the microprocessor, which signals the possible errors in the piston actuation and the piston movement, such as, for example, the piston movement. B. Deviations within the tolerance range, wear of the components, loosening in the engine and the transmission due to previous run in the opposite direction, etc., do not take into account. These errors are unnoticed in the dosing process.

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.Furthermore, from US 39-121227 (G 01 F, 11/06) known to detect and account for nonlinearity and discontinuities occurring in the operation of a metering device with piston pump in the two end points of the piston stroke and leakage occurring by means of a device. The device for detecting the linear displacement of the piston in the cylinder consists of a mounted on the piston rod U-shaped wire holder with a clamped wire between the legs. As the piston moves, the wire moves the role of an encryption device. This device transforms very small linear displacements of the piston into electrical impulses ⁵¹ .

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-The disadvantage associated with the device for detecting the linear displacement of the piston is that, for detecting the displacement, the longitudinal movement into a rotary

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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.· Movement must be reshaped. As a result, the device is complicated and inaccurate, since a number of components are interposed. Deviations in roll and wire diameter are included in the measurement result. Each piston pump must first be tried with its detection device, before the first use. The more or less strong tightening of the screw to tension the wire also has an effect on the measurement result. Furthermore, it should be noted that this device can only measure piston movements, changes in the position of the piston, absolute positions of the piston, which are necessary for long-term reproducible starting positions of the piston, are not to be detected When the device is also used in the movement seal "suction", due to the hysteresis that occurs, a coarse influencing of the measurement result would take place Registration is, the steps "suction" and "ejection" must be arbitrarily stringed together, a detection of .Kolbenposition in the intake and in the exhaust stroke is essential, the detection device would be unable to find use for this reason.

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 derFinally, it should be noted that the metering device with the described detection device can only Verv / irklichen the step "ejection" and not the absolutely necessary in a device according to the present application step "suction." The. Puncture of a metering device in Analysmeßtechnik in the action of a diluter is not feasible because no intake and no changeover are present. No sample can be dosed, there is no possibility of taking a defined amount of sample from a sample container into the discharge line. The nature of the valve control is not usable for Analysenmeßtechnische purposes, since the supply lines to the valve are constantly under pressure. In the

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Analysenmeßtechnik wird der Kolben angehalten und nicht, .wie in der Schrift aufgezeigt, der Flüssigkeitsstrom durch ein Ventil.Analysmeßtechnik the piston is stopped and not, as shown in the document, the flow of liquid through a valve.

Ziel der Erfindung:Object of the invention:

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.The aim is to provide a device in which all possible errors of the piston drive and the piston movement are detected and evaluated, so that these errors do not occur as Dosierfehler.

Darlegung des Wesens der Erfindung: . 'Presentation of the essence of the invention:. '

Die technische Aufgabe besteht darin, die Bewegung des Kolbens innerhalb des Zylinders so zu steuern und zu regeln, daß das Ziel erreicht wird.The technical task is to control and regulate the movement of the piston within the cylinder so that the target is reached.

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.The features of the invention can be seen in the fact that the button of the length measuring device on the fixed to the piston rod of the piston and loose on the threaded spindle and the. .Gear, drive bar connected to the motor is arranged so that the center lines of the probe and the piston rod are aligned. The length measuring device detects the linear displacement of the piston in the cylinder directly and to a micrometer exactly. For calculating. and possibly correcting the piston stroke in. Depending on the preselected amount of liquid, the dimensions of the piston pump and the errors occurring during operation of the piston pump, a microprocessor is provided.

• 22Λ 5 11. 6• 22Λ 5 11. 6

Ausführungsbeispiel: ·Embodiment:

Im folgenden soll an Hand einer Zeichnung beispielhaft eine Ausführung der Realisierung der Erfindung in vereinfachter Darstellung geschildert werden.The following is an exemplary embodiment of the realization of the invention in a simplified representation will be described with reference to a drawing.

. 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, The pump consists of the piston 1 and the cylinder 2. On the cylinder 2, the "valve 3 is arranged to open or close the Binlaßkanales 4 and the outlet channel 5. On the cylinder 2 is the characteristic of the piston-cylinder system used part 6 with Not shown coding pins attached, which is connected in the installed state of the cylinder 2 via a likewise not shown counterpart by means of the line 7 with the control, arithmetic and Vergleicherschaltiing 8 - hereinafter referred to as circuit 8. 'The circuit 8 is by means of the line 9 is a commercial pulse-controlled motor, linked to the motor 11. A gearwheel 12 of the gearbox 12, not shown, is disposed on the threaded spindle 13 provided with a low-profile external thread This carries the drive bar 14 equipped with a corresponding nut thread Zur.Umwandlung the generated by the motor 11 and transmitted from the gear 12 to the threaded spindle 13 rotational movement in a rectilinear movement of the drive beam · has a bore through which the support rod 15 protrudes. By this arrangement, the rotation of the drive beam 14 is prevented and this moves up or down, depending on the direction of rotation of the motor 11. The drive rod 14, the piston rod 16 is firmly connected. Also fixedly connected is the piston rod 16 with the piston 1. Below the drive beam 14 is the length measuring device 17, which touches the drive bar 14 with the button 18. The commercial length measuring device 17 has an accuracy of + one micrometer. The length measuring device 17 is connected to the circuit 8 via the line 19. The three-digit Vorwählelement 20, over the

. .· . -2245 1t ₇ , · ·. -2245 1t ₇

Leitung' 21 mit der Schaltung 8 verknüpft ist, gestattet die Vorwahl der zu dosierenden Flüssigkeitsmenge in digitaler Darstellung des Betrages. ·Line '21 is connected to the circuit 8, allows the preselection of the amount of liquid to be dosed in digital representation of the amount. ·

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.In a preferred embodiment, the circuit 8 is a minimum computer unit based on the Z 80 of the Pa. Zilog, USA or the U 880 of the Pa .. Funkwerk Erfurt, GDR.

Claims

1. Device for measuring small amounts of liquid in
Analyzemeßtechnik with .digitaler preselection of the volume to be dispensed, at least one piston pump, a pulse-controlled stepper motor for driving the piston, a valve for opening or closing an inlet and an outlet channel, means for detecting the linear displacement of the piston in the cylinder and a control , Arithmetic and comparator circuit for calculating and possibly correcting the piston stroke as a function of the preselected amount of liquid, the dimensions of the piston pump and the errors occurring during operation of the piston pump, characterized in that a button (18) of a
Length measuring device (17) on a fixed with a piston

Rod (16) .des the piston (1) and loosely via a threaded spindle (13) and a gear (12) connected to the motor (11) drive bar (14) is arranged so that the center lines of the button (18) and the piston rod (16) are aligned.

2, device according to item 1 of the invention claim, characterized in that the length measuring device (17) the. linear displacement of the piston (1) in the cylinder (2) detected directly and to a micrometer exactly.

2 2 4 511 β

• Brfindungsan's pruch

3. Device according to item 1 and 2 of the invention claim, characterized in that for the calculation and eventual correction, the piston travel in dependence on the
pre-selected amount of liquid, a microprocessor is provided by the dimensions of the piston pump and by the errors occurring during operation of the piston pump.

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