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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft allgemein die Überwachung von Flüssigkeitsaufnahmen
durch ein Kleintier und betrifft insbesondere sowohl Vorrichtungen
als auch Verfahren, die in Zusammenhang mit Untersuchungsvorgängen nützlich sind,
welche die Erfassung und Präzisionsmessung
einer von einem Labor-Kleintier über
eine ausgedehnte Zeitspanne aufgenommenen Flüssigkeit erfordern.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es
bestehen zwei wohlbekannte klassische Verfahren zum Messen des Volumens
der von einem Labortier aufgenommenen Flüssigkeit. Das erste derartige
Verfahren zählt
jedes Lecken des Tiers an der Flüssigkeitsabgabevorrichtung.
Jedesmal, wenn ein Lecken des Tiers an dem Trinkrohr stattfindet, wird
ein Rohrleckzähler
aktiviert, und anschließend wird
die Gesamtleckzahl bei der arithmetischen Ermittlung der von dem
Tier über
die betreffende Zeitspanne aufgenommenen Gesamtflüssigkeitsmenge verwendet,
indem die Anzahl der Leckvorgänge
mit einer angenommenen Einheit der Flüssigkeitsvolumenaufnahme bei
jedem Lecken des Tiers an dem Trinkrohr multipliziert wird. Oft
tritt ein Problem der Ermittlungsgenauigkeit auf, wenn das Tier
eher an dem Trinkrohr saugt, statt daran zu lecken, und daher mehr
als das angenommene Volumen bei jedem Lecken konsumiert, beispielsweise
einen angenommenen oder vorausgesetzten einen Tropfen bzw. Tröpfchen bei
jedem Lecken.
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Das
zweite Verfahren wendet eine Präzisionswaage
an, um die aufgenommene Flüssigkeitsmenge
zu messen, indem sie eine Angabe des Gewichts des Tiers verschafft.
Leider beeinträchtigen auf
die Waage übertragene
Störvibrationen
die Messgenauigkeit. Auch sind solche Präzisionswaagen extrem kostspielig.
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In
US-A-4 373 471 ist ein Einspritzüberwachungssystem
gemäß der Einleitung
von Anspruch 1 beschrieben. Ein Verfahren zur Überwachung der Aufnahme gemäß der Einleitung
von Anspruch 11 ist auch aus US-A-4 373 471 bekannt. Spezifischer
offenbart US-A-4 373 471 ein Trinkrohr, eine photoelektrische Quelle
und eine begleitende photoelektrische Zelle. Ein Lichtstrahl erstreckt
sich von der Quelle durch einen Glaszufuhrstab zur Lichtzelle. Wenn
in Gebrauch, ist das Flüssigkeitszufuhrrohr
so eingestellt, dass ein Meniskus von Fluid am Endpunkt besteht.
Ein Labortier hat eine Zunge, um an dem Meniskus zu lecken, und
seine Zunge durchbricht den Lichtstrahl, um den Zähler auszulösen.
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Ein
Hauptzweck des Flüssigkeitsaufnahmeüberwachungssystems
der Erfindung ist die Verschaffung einer Vorrichtung, welche die
von einem Labor-Kleintier über
eine bekannte Zeitspanne aufgenommene Flüssigkeitsmenge präzise erfasst.
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Ein
anderer Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Verschaffung einer
Präzisionsvorrichtung zur
Erfassung der Flüssigkeitsaufnahme
von Kleintieren, die relativ preisgünstig zu bauen und betreiben
ist.
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Noch
ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Verschaffung eines zugehörigen Rechenverfahrens zur
Ermittlung des Volumens der Flüssigkeitsaufnahme
durch ein Labor-Kleintier, das sich nicht auf einen angenommenen
Einheitenaufnahmewert stützt.
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Um
dies zu erzielen, ist das Einspritzüberwachungssystem der Erfindung
durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 beanspruchten Merkmale
gekennzeichnet und verschafft die Erfindung ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden
Teil von Anspruch 11.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei Betrachtung
der nachfolgenden detaillierten Beschreibungen, Zeichnungen und
Ansprüche
deutlich.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Vorrichtung des Systems der vorliegenden Erfindung besteht grundlegend
aus: einem Flüssigkeitsabgabeabschnitt
(Unterbaugruppe), der ein individuelles vorbestimmtes kleines Volumen
(d.h. einen Tropfen bzw. ein Tröpfchen)
einer Trinkflüssigkeit
von einem Flüssigkeitsbehälter zum
offenen Ende eines Abgaberohrelements des Flüssigkeitsabgabeabschnitts,
zur Beibehaltung und anschließenden
Aufnahme durch das Labor-Kleintier, pumpt; einem Sensorabschnitt,
der jedes Nichtvorhandensein eines vorangehend an dem offenen Ende
des Abgaberohrelements des Flüssigkeitsabgabeabschnitts zurückgehaltenen
Trinkflüssigkeitstropfens
bzw. -tröpfchens
im Anschluss an dessen Aufnahme durch das Labor-Kleintier erfasst;
und einem damit zusammenwirkenden Steuereinheitsabschnitt, der,
in Reaktion auf den Sensorabschnitt, der die Abwesenheit eines zuvor
zurückgehaltenen
Tropfens bzw. Tröpfchens
von Trinkflüssigkeit
an dem offenen Ende des Abgaberohrelements erfasst, den Flüssigkeitsabgabeabschnitt
veranlasst, einen anderen Flüssigkeitstropfen
bzw. -tröpfchen
aus dem Trinkflüssigkeitsbehälter zu
dem Abgaberohrelement des Flüssigkeitsabgabeabschnitts
zu pumpen.
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Die
Einrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst auch einen rückstellbares
Zählerelement des
Systems, das, für
die betreffende Zeitspanne, die Anzahl von Malen anzeigt, die der
Steuerabschnitt den Flüssigkeitsabgabeabschnitt
des Systems veranlasst, eine individuelle vorbestimmte Flüssigkeitsmenge
zu dem Abgaberohr des Flüssigkeitsabgabeabschnitts
zu pumpen. Eine akkurate oder präzise Ermittlung
des von dem Tier tatsächlich
aufgenommenen gesamten Flüssigkeitsvolumens
kann dann unter Verwendung der Zählung
des Zählerelements des
Systems und des präzise
bekannten Einheitenvolumens (d.h. Volumen des Tropfens bzw. Tröpfchens),
das aus dem Trinkflüssigkeitsbehälter des Systems
in das Abgaberohrelement des Flüssigkeitsabgabeabschnitts
des Systems gepumpt wurde, berechnet werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 illustriert
schematisch eine bevorzugte Ausführung
des Aufnahmeüberwachungssystems der
vorliegenden Erfindung;
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2A ist
ein vergrößerter Aufriss,
teilweise im Schnitt, eines Teils der kombinierten Flüssigkeitsabgaberohr-
und Trinkrohrelemente des Systems von 1;
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2B ist
gleichartig zu 2A, bezieht sich jedoch auf
eine alternative Anordnung der Flüssigkeitsabgaberohr- und Trinkrohrelementkombination
des Systems;
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2C ist
ebenfalls gleichartig zu 2A, bezieht
sich jedoch auf noch eine weitere alternative Anordnung von Flüssigkeitsabgaberohr-
und Trinkrohrelement des Systems;
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2D ist
ebenfalls gleichartig zu 2A, illustriert
jedoch einen Erfassungsschaltkreis unabhängig von den Flüssigkeitsabgaberohr-
und Trinkrohrelementen des Systems;
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3 illustriert
schematisch durch das System von 1 erzeugte
serielle Erfassungssignale des Vorhandenseins und Nichtvorhandenseins
von Tropfen bzw. Tröpfchen;
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4 illustriert
schematisch eine alternative Sensor-Unterbaugruppe, die in das System der
Erfindung von 1 integriert werden kann;
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5 illustriert
schematisch einen alternativen Flüssigkeitsabgabeabschnitt, der
in das System der Erfindung von 1 integriert
werden kann; und
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6 ist
gleichartig zu 4, illustriert jedoch eine alternative
Tropfen- bzw. Tröpfchen-Sensorunterbaugruppe,
die in das System der Erfindung von 1 integriert
werden kann.
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Detaillierte
Beschreibung
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1 illustriert
schematisch eine bevorzugte Ausführung 10 des
Aufnahmeüberwachungssystems der
vorliegenden Erfindung, wobei diese aus einem Flüssigkeitsabgabeabschnitt 20,
einem damit zusammenwirkenden Tropfen- bzw. Tröpfchensensorabschnitt 40,
und einem konventionellen Steuereinheits- oder Computerabschnitt 60 des
Systems, der auf die Signalabgabe des Sensorabschnitts anspricht,
um den Flüssigkeitsabgabeabschnitt
des Systems intermittierend zu betätigen, besteht. Der Flüssigkeitsabgabeabschnitt 20 enthält einen
Flüssigkeitsvorratsbehälter 22,
eine Verdrängerpumpe 24,
die, wenn sie durch einen Ausgangsimpuls des Steuerabschnitts betätigt wird,
ein akkurat vorbestimmtes Tropfen- bzw. Tröpfchen-Flüssigkeitsvolumen
aus dem Flüssigkeitsvorratsbehälter 22 zu
dem Flüssigkeitsabgaberohr 26,
das ein kleines offenes Ende 28 aufweist, pumpt. Die Fluidstromleitungen 30 und 32 verbinden
die Pumpe 24 mit dem Behälter 22 beziehungsweise
das Flüssigkeitsabgaberohr 26 mit der
Pumpe 24. Ein Trinkrohrelement 34 umgibt das Flüssigkeitsabgaberohr 26 und
ist dazu beabstandet, und funktioniert teilweise so, dass es verursacht, dass
jeder Tropfen oder jedes Tröpfchen
D von in die Fluidstromleitung 30 und letztendlich zu dem
offenen Ende 28 (siehe 2A) des
Abgaberohrs 26 gepumpter Flüssigkeit von der Endöffnung 36 des
Trinkrohrs 34 zurückgehalten
wird, welche sich an einer dem Labor-Kleintier A zugänglichen Stelle befindet.
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Das
Verdrängerpumpenelement 24 kann eine
beliebige von mehreren unterschiedlichen besonderen Formen annehmen,
einschließlich
Peristaltik-, Membran- oder Spritze mit Schrittmotor-Pumpentypen,
und liefert vorzugsweise ein vorbestimmtes Flüssigkeitsvolumen im Mikrovolumenbereich von
20 bis 40 Mikrolitern (d.h. 0,00002 Liter bis 0,00004 Liter) in
Reaktion auf jeden von dem Steuereinheitsabschnitt 60 des
Systems empfangenen Pumpeneingangssteuerimpuls. Auch sind das Flüssigkeitsabgaberohrelement 26 und
das Trinkrohr 32 des Systems 10 jedes elektrisch
leitend und sind vorzugsweise aus einer Edelstahllegierung oder
alternativ aus einem metallbeschichteten oder -imprägnierten
Kunststoff oder Glas gefertigt. In einer aktuellen Ausführung des
Systems 10 war das Flüssigkeitsabgaberohr 26 aus
Edelstahlmaterial für
Spritzen von Kaliber 15 mit einem Nenn-Innendurchmesser
von 0,060 Zoll (1,52 Millimetern) und einem Nenn-Außendurchmesser
von 0,072 Zoll (1,83 Millimetern) gefertigt. Das Trinkrohrelement 34 in
der aktuellen Ausführung
des Systems war auch aus Edelstahl gefertigt und hatte einen Nenn-Außendurchmesser
von 0,3125 Zoll (7,93 Millimeter), eine Nenn-Wanddicke von 0,020
Zoll (0,51 Millimeter) und einen Durchmesser der Endöffnung 36 im
Bereich von 0,040 bis 0,070 Zoll (1,02 bis 1,78 Millimeter), wobei
der gewählte
genaue Durchmesser von Viskositäts-
und Oberflächenspannungseigenschaften
der abzugebenden Flüssigkeit
abhängig
ist. Im allgemeinen ist die Endöffnung 28 des
Abgaberohrs 26 so positioniert, dass ihr Rand nicht weiter
als annähernd
0,1 Zoll (2,5 Millimeter) von dem dichtestgelegenen Rand der Endöffnung 36 des
Trinkrohrelements 34 entfernt ist.
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Der
Tropfen- bzw. Tröpfchensensorabschnitt 40 in
dem Schema von 1 besteht grundsätzlich aus
einem elektronischen Taktsignalgenerator 42, Widerstand 44,
Widerstand 46, Kondensator 48 und einer Spannungsamplitudenvergleichervorrichtung, wie
etwa einem Schmitt-Trigger 50. Wie dargestellt, ist der
Kondensator 48 durch die elektrische Verbindung 52 auch
elektrisch an das Flüssigkeitsabgaberohr 26 angeschlossen;
das Trinkrohr 34 ist elektrisch an die Erde 54 angeschlossen.
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Wenn
ein Tropfen bzw. Tröpfchen
D elektrisch leitender Flüssigkeit,
wie etwa gewöhnliches Leitungswasser,
an den Endöffnungen 28 und 36 des Flüssigkeitsabgaberohrs 26 und
Trinkrohrs 34 zurückgehalten
wird, wird eine elektrische Verbindung vom Kondensator 48 zur
Erde 54 durch das angeschlossene leitende Abgaberohr, den
am Ende zurückgehaltenen
Flüssigkeitstropfen
bzw. -tröpfchen und
das leitende Trinkrohr 36 geschlossen. Als Ergebnis der
Kondensator-zu-Erde-Verbindung sind die durch den Widerstand 46 und
zu dem Schmitt-Trigger übertragenen
Systemtaktpulse die in 3 dargestellten Ausgangspulse 56 mit
niedriger Amplitude des integrierten Sensors. Wenn jedoch das Labor-Kleintier A den Flüssigkeitstropfen
bzw. -tröpfchen
D von der Endöffnung 36 des
Trinkrohrs 34 nimmt und zu sich nimmt, wird die Kondensator-zu-Erde-Verbindung
unterbrochen, und die resultierende Ladung des Kondensators 48 veranlasst
die zur Vorrichtung 50 eingegebenen Sensortaktsignale, die
Hochamplitudenpulse 58 von 3 zu sein. Wann
immer eine steigende Amplitudenänderung der
Taktsignalspannung von dem Schaltkreistrigger 50 erfasst
wird, wird ein Sensorausgangspuls in die konventionelle Steuereinheit 62 eingegeben,
um die anschließende
Betätigung
der Pumpe 24 für
einen einzelnen Ausgangshub und die Betätigung des Zählers 64 für einen
Zählungsanstieg
um eine einzige Ziffer zu veranlassen.
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Wie
in 2A dargestellt, fallen die Längsachsen des Flüssigkeitsabgaberohrs 26 und
Trinkrohrs 34 vorzugsweise zusammen. In manchen Anwendungen
des Aufnahmeüberwachungssystems 10 kann
es vorteilhaft sein, diese Achsen in Bezug zueinander etwas zu versetzen,
wie in 2B dargestellt. Auch, und wie
in 2C dargestellt, kann es in noch anderen Ausführungen
des Aufnahmeüberwachungssystems 10 vorteilhaft
sein, Flüssigkeit
vom Abgaberohr 26 durch eine Seitenwandöffnung oder Loch 29 statt
durch eine Rohr-Endöffnung 28 abzuführen. 2D illustriert
eine Ausführung,
wo Abgaberohr 26 und Trinkrohr 34 aus nichtleitendem
Material wie etwa Kunststoff geformt sind und ein Paar beabstandeter
Elektroden 35a und 35b sich an der Außenseite
des Trinkrohrs 34 nach unten erstrecken und an gegenüberliegenden
Seiten der Endöffnung 36 enden.
In manchen Fällen
können
die Elektroden 35a und 35b in den Raum zwischen
den Endöffnungen 28 und 36 des
Flüssigkeitsabgaberohrs 26 und Trinkrohrs 34 ragen.
Selbstverständlich
könnten
eine oder beide Elektroden 35a und 35b innerhalb
des Trinkrohrs 34 positioniert sein. Auch kann nur eine Elektrode
verwendet sein, wo eines des Abgaberohrs 26 und des Trinkrohrs 34 aus
einem leitenden Material geformt ist.
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4 illustriert
schematisch Einzelheiten einer alternativen Anordnung für die Konstruktion
des Sensorabschnitts des Systems. Dieser wird durch die Referenznummer 70 angegeben,
und seine hauptsächlichen
Komponenten sind eine Lichtquelle, wie etwa eine getrennt angesteuerte
Leuchtdiode (LED) 72, die an einer Seite des Trinkrohrs 34 positioniert ist,
und eine konventionelle Photosensordiode oder Phototransistorzelle 74,
die positioniert sind, um Lichtstrahlen von der LED 74 zu
empfangen, die entweder durch das untere Ende des Trinkrohrs 34 übertragen
oder davon rückgestreut
werden. In einer solchen alternativen Anordnung müssen die
Rohrelemente 26 und 34 nicht elektrisch leitend
sein, jedoch muss das Trinkrohr 34 optisch transparent
sein. Die konventionelle Photosensordiodenzelle 74 ist
so gewählt,
dass ihre Empfindlichkeit zu dem Eingeben eines verringerten Spannungssignals
zu der Steuereinheit bzw. dem Computer 62 des Systems führt, wann
immer sie einen Anstieg des Lichtstrahl-Intensitätsgrades aufgrund des Fehlens
von Behinderung des Lichtdurchlasses durch Nichtvorhandensein eines
Flüssigkeitstropfens
bzw. -tröpfchens
D erfasst, welcher ansonsten in dem Bereich zwischen den freien
Enden von Flüssigkeitsabgaberohr 28 und
Trinkrohr 34 zurückgehalten
wird. Der der in 4 dargestellte Typ des Aufnahmeüberwachungssystems
der Erfindung ist besonders gebrauchsgeeignet in Anwendungen, wo
die abgegebene Flüssigkeit
elektrisch nichtleitend ist, wie dies vorkommt, wann destilliertes
Wasser durch die Abgabe- und Trinkrohre 26 und 34 des
Systems abzugeben ist.
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5 illustriert
eine andere Form von Flüssigkeitsabgabeabschnitt
für das
Aufnahmeüberwachungssystem 10.
Diese wird durch die Referenzziffer 80 angegeben und umfasst
den Flüssigkeitsvorratsbehälter 82,
das Flüssigkeitsdosierventil 84,
und eine zusammenwirkende Kombination von Flüssigkeitsabgaberohr 26 und
Trinkrohr 34. Der Flüssigkeitsvorratsbehälter 82 unterscheidet
sich von dem Flüssigkeitsvorratsbehälter 22 dadurch,
dass er das Fluid darin zu allen Betriebszeiten auf einem konstanten
Druck halten muss. Das Dosierventil 84 ist normalerweise
geschlossen, wird jedoch, wenn es durch ein von dem Steuereinheits-
bzw. Computerabschnitt 60 des Systems empfangenen Kommandosignal
angesteuert wird, für
eine eindeutige Zeitspanne geöffnet
wird, welche eine Dauer hat, die von dem Steuereinheits- bzw. Computerabschnitt
festgelegt wird. Somit kann, da der konstante Behälterdruck und
die Zeitdauer der offenen Periode des Ventils bekannt ist, das Volumen
des von dem Flüssigkeitsvorratsbehälters 82 zu
dem Flüssigkeitsabgaberohr 26 geflossenen
Flüssigkeitstropfens
bzw. -tröpfchens präzise vorbestimmt
werden, wie im Fall der Betätigung
der Flüssigkeitspumpe 24.
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Noch
eine weitere Konstruktionsvariation 90 des Tropfen- bzw. Tröpfchensensorabschnitts
des Systems ist schematisch in 9 illustriert.
In der Anordnung von 6 werden Bündel 92 und 94 optischer
Fasern angewendet, um Licht von einer Lichtquelle, wie etwa der
LED 96, zu dem von den offenen Enden der Rohre 26 und 34 des
Systems eingenommenen Bereich, beziehungsweise von diesem Endbereich
zu dem photovoltaischen Zellelement 98 zu übertragen.