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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und ein System
zum präzisen
Messen der Kohlendioxid-Gaskonzentration
in einer im Wesentlichen gesättigten
oder ungesättigten
Gasumgebung, wie zum Beispiel einem Zellkultur-Inkubator, unabhängig von den absoluten Luftfeuchtigkeitsveränderungen.
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Stand der
Technik
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Das
Messen und Regeln der CO2-Konzentration
in Zellkultur-Inkubatoren
in Laboren wird für gewöhnlich durch
ein bestimmtes Wärmeleitfähigkeits-Detektionssystem
erreicht. Bei der Wärmeleitfähigkeitszelle
oder dem Detektor handelt es sich um ein Differenzthermometer, das
als eine elektronische Brückenschaltung
eingerichtet ist, die so ausgeglichen ist, dass sie zwei Thermistoren
in einem gemeinsamen Block oder Metallgehäuse entspricht, um thermische
Stabilität
hinzuzufügen.
(Siehe dazu das U.S. Patent US-A-3,929,584 an Mansfield). Diese Zelle
wird für
gewöhnlich
in einer Arbeitsumgebung platziert, die von dem Umgebungsbereich
getrennt bzw. isoliert ist, wobei sie jedoch nicht in Bezug auf ihre
Platzierung beschränkt
ist. In bestimmten Situationen ist die Detektorzelle in einem Luftströmungspfad
außerhalb
der Arbeitsumgebung angeordnet, jedoch in Nachbarschaft zu der Umgebung.
Ein Thermistorsensor ist in dem Block/Gehäuse eingeschlossen und detektiert
ausschließlich
die Kammertemperatur. Der andere Thermistorsensor ist der Kammerumgebung
ausgesetzt. Die gemessene Differenz zwischen den beiden Thermistorsensoren
ist die Wärmeleitfähigkeit
(Dichte) der Atmosphäre
oder ihre Fähigkeit,
bei gleichmäßiger Rate,
die geringe Wärmemenge
von dem exponierten Sensor zu entfernen. Wenn die anderen Faktoren
konstant bleiben und nur der Kohlendioxidgehalt verändert wird,
zeigt die „TC"-Zellenausgabe (bei
richtiger Kalibrierung) die Veränderungen
der CO2-Konzentration an. Leider wird die
TC-Zelle durch barometrischen
Druck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und die die Sensorzelle passierende
Luftströmungsgeschwindigkeit
beeinflusst. Diese Variablen werden unter Verwendung einer elektronischen
Nullstellungsschaltkreisanordnung geregelt und kompensiert, um Veränderungen
der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeitswerte zu kompensieren.
Bei der Überwachung
der Effekte von CO2 in einer Atmosphäre muss
die absolute Luftfeuchtigkeit konstant gehalten werden, so dass
jede Veränderung
der Wärmeleitfähigkeit
nur durch eine geringfügige
Veränderung
der CO2-Konzentration bewirkt wird. Unter
den ungünstigsten
Umständen kann
eine Veränderung
der absoluten Luftfeuchtigkeit eine so große Veränderung der Wärmeleitfähigkeit
bewirken, dass der Regler den CO2-Gehalt
um bis zu 4% verändern
kann.
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Um
in Laborinkubatoren einen stabilen Feuchtigkeitswert aufrechtzuerhalten,
wird eine Wasserpfanne in der Arbeitsumgebung platziert, und wobei
ermöglicht
wird, dass sich deren Temperatur ausgleicht. Der Inkubator, die
Arbeitsatmosphäre
müssen
einen Punkt in der Nähe
der Sättigung
erreichen, um einen absoluten Feuchtigkeitswert zu erhalten, der
sich nicht mit den Umgebungsbedingungen ändert.
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Für den Laborprüfer, der
den eigenen Inkubator nicht in einer gesättigten Umgebung betreiben möchte, jedoch
eine präzise
CO2-Regelung
wünscht, wird
eine Verschiebung der Referenz der Wärmeleitfähigkeit des Sensors zu einem
Problem in Bezug auf die Genauigkeit der CO2-Gaskonzentration
in dem Inkubator. Das heißt,
wenn sich die absolute Feuchtigkeit verändert, ändert sich auch die Bezugsbasis des
CO2-Gassensors.
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Beim
Betrieb eines Trockeninkubators im Gegensatz zu einem gesättigten
Inkubator beeinflussen Schwankungen der Umgebungsfeuchtigkeit die CO2-Nullkalibrierung. Da die möglichen
Schwankungen bei extrem Veränderungen
der Umgebungstemperatur weniger Auswirkungen auf die absolute Feuchtigkeit
insgesamt haben, kann die CO2-Kalibrierung
im ungünstigsten
Fall um 1,5% beeinträchtigt werden,
was kein gleich schwer wiegendes Problem darstellt, was jedoch einen
Fehler erzeugen kann, der sich in Bezug auf den pH-Wert des kultivierten Zellenmediums
in der Arbeitskammer des Inkubators als kritisch erweisen kann.
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Das
U.S. Patent US-A-3,848,569 offenbart ein analoges Kohlendioxidgas-Detektions-
und Regelungssystem und -verfahren mit Feuchtigkeitsausgleich unter
Verwendung eines Feuchtigkeitssensors, eines Kohlendioxidsensors
auf der Basis der Wärmeleitfähigkeit
und einer Brückenschaltkreisanordnung
mit einem Potentiometer, das so angeordnet ist, dass es seinen Widerstandswert
regelt und dadurch den Kohlendioxidwert in Bezug auf Schwankungen
der Feuchtigkeit kompensiert.
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Bereitgestellt
wird ein Regelsystem, das die Zufuhr von Kohlendioxid an den Inkubator
einleitet, bis ein ausgewählter
Wert erreicht worden ist.
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Ein
Versatz des Nullbezugspunkt wird nicht offenbart.
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DE-A-3.640.734
offenbart einen digitalen Gasverunreinigungsdetektor mit Temperatur-
und Feuchtigkeitsausgleich unter Verwendung eines Halbleitersensors,
wie etwa eines Zinndioxidsensors, um den Verunreinigungsstoff zu
entdecken, sowie unter Verwendung von Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren.
Die Ausgabe des Verunreinigungsdetektors wird durch einen Mikroprozessor
korrigiert, der eine zweidimensionale Verweistabelle verwendet,
in der Feuchtigkeits- und Temperaturwerte gespeichert sind. Ein
Versatz des Nullbezugspunktes wird nicht offenbart.
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Der
Erfinder der vorliegenden Erfindung hat ein einzigartiges System
zum Detektieren oder Messen der CO2-Gaskonzentration
in einer geschlossenen Umgebung unter Verwendung eines Wärmeleitfähigkeitssensors
ohne die Ungenauigkeiten der dem Stand der Technik entsprechenden
Systeme entwickelt, die durch Schwankungen der absoluten Feuchtigkeit
bewirkt werden.
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Vorgesehen
ist gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Kohlendioxidgas-Detektions-
und Regelungssystem mit Feuchtigkeitsausgleich zur Verwendung in
einer im Wesentlichen gesättigten
oder ungesättigten
Gasumgebung, wobei das System folgendes umfasst:
eine Feuchtigkeitssensoreinrichtung,
die eine Feuchtigkeitswertausgabe vorsehen kann;
eine Wärmeleitfähigkeitssensoreinrichtung,
die eine Kohlendioxidkonzentrationsausgabe vorsehen kann;
eine
Einrichtung zum Berechnen der Differenz zwischen der genannten Feuchtigkeitswertausgabe
und einem gespeicherten Feuchtigkeitswert, der detektiert wird,
wenn die Nullreferenz an der Wärmeleitfähigkeitssensoreinrichtung
ursprünglich
festgelegt oder kalibriert worden ist, zum Erzeugen einer Kohlendioxidkonzentrationsausgabe
mit Feuchtigkeitsausgleich, wobei die genannte Einrichtung einen
Mikroprozessor umfasst, der auf die genannte Differenz so anspricht,
dass der Nullreferenzpunkt des CO2-Gasregelungssystems
gemäß dem genannten gespeicherten
Feuchtigkeitswert versetzt wird, wobei der genannte Mikroprozessor
eine Verweistabelle verwendet, die bestimmte Versatzwerte für den Nullreferenzpunkt
umfasst.
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Das
System kann optional eine Einrichtung zur Regelung der Strömung von
Kohlendioxidgas in die Umgebung gemäß der Ausgabe der Kohlendioxid-Gaskonzentration
mit Feuchtigkeitsausgleich aufweisen. Ferner ist eine Einrichtung
zum Messen der Temperatur der Umgebung wünschenswert, um die Ausgabe
des Feuchtigkeitswertes entsprechend anzupassen.
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Vorgesehen
ist gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Messen
und Regeln von Kohlendioxidgas in einer im Wesentlichen gesättigten
oder ungesättigten
Umgebung, wobei das Verfahren folgendes umfasst:
das Messen
des Feuchtigkeitswerts der genannten Umgebung;
das Messen der
Kohlendioxidkonzentration der genannten Umgebung; das Berechnen
der Differenz zwischen dem genannten Feuchtigkeitswert und einem
gespeicherten Feuchtigkeitswert, der detektiert wird, wenn die Nullreferenz
an der Wärmeleitfähigkeitssensoreinrichtung
ursprünglich
festgelegt oder kalibriert worden ist; und wobei als Reaktion auf
die genannte Differenz in einem Mikroprozessor, der eine Verweistabelle
aufweist, eine Kohlendioxidkonzentrationsausgabe mit Feuchtigkeitsausgleich
erzeugt, indem ein Nullreferenzpunkt des CO2-Gasregelungssystems
gemäß dem genannten
gespeicherten Feuchtigkeitswert versetzt wird, wobei die genannte
Verweistabelle spezifische Werte aufweist, die zum Versetzen des
genannten Nullreferenzpunkts verwendet werden.
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Vorzugsweise
kann die Strömung
des Kohlendioxidgases in die Umgebung gemäß der Messung der Kohlendioxid-Gaskonzentration
mit Feuchtigkeitsausgleich geregelt werden.
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Die
vorliegende Erfindung vermeidet die Ungenauigkeiten aufgrund des
Effekts von Veränderungen
der absoluten Feuchtigkeitswerte an dem Nullkalibrierungspunkt des
Wärmeleitfähigkeitssensors,
der zum Messen und Regeln des CO2-Gehalts in jeder geregelten
Atmosphäre
verwendet wird (z.B. einem Zellkultur-CO2-Inkubator).
Erreicht wird dies in einem Ausführungsbeispiel,
indem die Ausgabe des Wärmeleitfähigkeitsdetektors
mit der Ausgabe eines Absolutfeuchtigkeitsdetektors über Firmware
in einem Mikroprozessor-Regelsystem multiplexiert wird. Die Ausgabe
des Mikroprozessor-Controllers ist ein feuchtigkeitskorrigiertes
Signal, das eine stabile Referenzausgabe in Bezug auf die sich konstant
verändernden
absoluten Feuchtigkeitswerte in der geregelten Atmosphäre aufrechterhält. Durch
die konstante Korrektur bzw. Berichtigung dieser Ausgabe durch Veränderungen
der absoluten Feuchtigkeitswerte wurden die Genauigkeit und Fehler
von einem Höchstwert
von 4% bei herkömmlichen
Systemen auf weniger unter 0,2% für bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung reduziert. Diese Fehler werden primär durch
die manuelle oder automatische Nullstellung des Wärmeleitfähigkeits-Detektionssystems
in einer potenziell instabilen Umgebung bewirkt. Diese Nullstellung
wird für
gewöhnlich durch
den Benutzer des Produkts oder ein Regelungssystem ohne Kompensation
vorgenommen.
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Die
vorliegende Erfindung eignet sich auch zum besonderen Messen und
Regeln des CO2-Anteils in einer geschlossenen
Umgebung (z.B. einem CO2-Inkubator in einem
Labor) durch einen Wärmeleitfähigkeitssensor,
wenn sich der relative Feuchtigkeitswert an die unmittelbaren Umgebungsbedingungen
sowie die Bedingungen angleichen kann, die bis auf eine virtuelle
Sättigung
erhöht
werden können.
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In
dem Messsystem des vorliegenden Systems der vorliegenden Erfindung
werden zwei Faktoren berücksichtigt,
die zu Ungenauigkeiten in einem Wärmeleitfähigkeits-Gasregelsystem beitragen,
d.h. die relative Luftfeuchtigkeit und die Trockenthermometer-Temperatur,
um die absolute Kohlendioxid-Gaskonzentration
mit Feuchtigkeitsausgleich zu erreichen.
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Darüber hinaus
sieht die vorliegende Erfindung viele weitere Vorteile vor, die
aus der folgenden Beschreibung deutlich werden.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist nachstehend ausschließlich in
Bezug auf die Abbildungen der 1 bis 4 der
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, wobei die gleichen Teile jeweils mit den
gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Inkubators mit darin angeordneten
Feuchtigkeits-, CO2- und Temperatursensoren,
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ein
Blockdiagramm eines CO2-Gasmess- und Regelungssystems
mit Feuchtigkeitsausgleich gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein
Schaltungsdiagramm eines CO2-Gasmess- und
Regelungssystems mit Feuchtigkeitsausgleich gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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4 ein
Flussdiagramm der Verfahrensschritte, die verwendet werden, um CO2-Gasmessungen in Bezug auf Veränderungen
der absoluten Feuchtigkeit auszugleichen.
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Ein
Wärmeleitfähigkeits-CO2-Sensormessausgangssignal wird mit einem
absoluten Feuchtigkeits-Sensormessausgangssignal über einen
Mikroprozessor multiplexiert. Die Sensoren sind in einem geschlossenen
Behälter
angeordnet (d.h. einem Zellenkultur-Inkubator), so dass sie sich innerhalb
des Pfads des zirkulierenden CO2-Gases befinden.
Sowohl die CO2- als auch die absolute Feuchtigkeitsdetektionsvorrichtung
ist über
ein abgeschirmtes Verbindungskabel mit der entsprechenden elektrischen Schnittstellen-Leiterplatte
verbunden. Die elektronisch konditionierten Signale, die von den
CO2- und absoluten Feuchtigkeitssensoren
erzeugt werden, werden danach einzeln bzw. unabhängig voneinander für ein Firmware-Multiplexing zu einem
Mikroprozessor geleitet. Bei durch den Sensor für die absolute Feuchtigkeit
detektierten Veränderungen
werden kontinuierlich elektronisch Änderungen in Bezug auf die
Nullreferenzbasis der Wärmeleitfähigkeits-Gasregelungsschaltung
vorgenommen. Dieses Kompensationssystem erhält ein präzises Gasregelungssystem aufrecht,
das durch Veränderungen
der absoluten Feuchtigkeitswerte nicht beeinträchtigt wird.
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Die
Abbildung aus 1 zeigt einen Zellkultur-Inkubator 11,
der mehrere perforierte Fächer 7 umfasst,
die zwischen Wanddurchführungen 8 angeordnet
sind. Die äußere Oberfläche der
Wanddurchführungen 8 und
die innere Oberfläche
des Inkubatorgehäuses 20 bilden
dazwischen einen Durchgang 9, wobei das sich in dem Gehäuse 11 befindende Gas
in Richtung der Pfeile zirkuliert wird, so dass sich das Gas von
der Feuchtigkeitswasserpfanne 10 weg nach oben in Richtung
eines an einem Gebläsemotor 4 angebrachten
Gebläserads 5 bewegt
und über
die Durchgänge 9 zu
dem Boden des Inkubators 11 zurückgeführt wird. Wenn das Gas von
dem Gebläserad 5 abgeführt wird,
verläuft
es über
den Feuchtigkeitssensor 1, den Wärmeleitfähigkeitssensor 2 und
den Temperatursensor 3.
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Die
Feuchtigkeitswert- und CO2-Sensoren interagieren
mit einem Mikroprozessor gemäß dem Blockdiagramm
aus 2. Die Feuchtigkeitssensoreinrichtung 30 kann
die Umgebungsatmosphäre
präzise
messen, um das Vorhandensein von Feuchtigkeit zu detektieren, mit
Temperaturausgleich für
Stabilität
und Genauigkeit über
den gesamten Betriebsbereich des Systems. Dabei bildet der Inkubator 11 mit
einer Wärmeerzeugungseinrichtung
eine Kammer mit geregelten Umgebungsbedingungen, die sich für Forschungsarbeiten
im Rahmen von Zellstudien in dem Labor eignet, das eine spezifische
Regelung der Umgebungstemperatur und der pH-Werte erfordert. Unter
Druck stehendes Kohlendioxid wird von außen bereitgestellt und mit
dem Inkubator 11 verbunden, und dessen Strömung wird
durch ein Solenoidventil 40 geregelt, das zwischen der
CO2-Versorgungseinrichtung 42 und
dem Inkubator 11 angeordnet ist.
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Der
Kohlendioxidwert in der Kammer mit geregelter Atmosphäre in dem
Inkubator 11 wird für
gewöhnlich
auf einem konstanten Wert gehalten, unempfindlich in Bezug auf Veränderungen
der Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerte, und zwar durch den Mikroprozessor 34,
der diese Parameter dauerhaft überwacht
und den gewünschten
CO2-Konzentrationswert aufrechterhält, indem
das Solenoidventil 40 kontinuierlich geöffnet und geschlossen wird,
um das Eintreten von unter Druck stehendem CO2 über den Speichertank 42 in
die Kammer mit geregelter Atmosphäre zu ermöglichen.
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Die
Wärmeleitfähigkeitszelle
oder der Detektor 2 ist ein Differentialthermometer, das
als elektronische Brückenschaltung
eingerichtet ist, die so ausgeglichen ist, dass sie zwei Thermistoren
in einem gemeinsamen Block oder einem Metallgehäuse entspricht, um Wärmestabilität hinzuzufügen. Das
heißt, die
Wärmeleitfähigkeit
des CO2 in der Kammer wird durch einen Thermistor
dauerhaft gemessen, der Teil einer Wheatstone-Brückenschaltung ist, die ferner eine
lineare Spannungsausgabe zur Verwendung durch den Mikroprozessor 34 vorsieht.
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Der
Sensor 2 des Feuchtigkeitssystems verwendet einen monolithischen
integrierten Schaltungsdetektor 30, der mit einem Dünnfilm-Platin-RTD-Sensor 50 gekoppelt
ist, für
eine Temperaturmessung und Kompensation innerhalb des Feuchtigkeits-Detektionssystem
für Stabilität über den
ganzen Betriebsfeuchtigkeitsbereich. Der Festkörperschaltkreis, der für die Feuchtigkeitsmessung
verwendet wird, ist ein Kapazitätssensor,
der bei einer Integration in eine CMOS-Schaltung (CMOS als Abkürzung von
Complimentary Metal Oxide Semiconductor), das Signal in eine lineare
Spannungsausgabe zur Verwendung durch das Mikroprozessor-Steuersystem 34 konvertiert.
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Die
beiden Signale werden in dem Mikroprozessor 34 unter Verwendung
von Firmware zusammen multiplexiert. Der Mikroprozessor 34 vergleicht danach
den durch die Feuchtigkeitssensoreinrichtung 30 detektierten
aktuellen Feuchtigkeitswert mit dem gespeicherten Feuchtigkeitswert 36,
der detektiert worden ist, als die Nullreferenz des CO2-Sensors ursprünglich festgelegt
oder kalibriert worden ist. Danach wird ein Kompensationswert ermittelt,
der einem Versatz bzw. einer Verschiebung ähnlich ist, indem die Werte
in der Vergleichstabelle 38 verglichen werden. Die Verweistabelle 38 umfasst
differentielle Daten, die spezielle Werte zum Versatz des Nullreferenzpunktes
des CO2-Gasregelungssystems darstellen.
Die Differenz zwischen den beiden Feuchtigkeitsmessungen wird danach
mit dem tatsächlich durch
die Wärmeleitfähigkeits-Sensoreinrichtung 32 gemessenen
CO2-Wert verglichen. Die gemessene CO2-Konzentration wird danach gemäß der Differenz angepasst,
und die Ausgabe wird als Referenz für den Anwender bzw. Benutzer
zu der Bedienfeldanzeige 44 geleitet. Nachdem die tatsächliche CO2-Konzentration detektiert und neu kalibriert
worden ist, zeigt der Mikroprozessor 34 der CO2-Gasregelungseinrichtung 41 an,
das Solenoidventil 40 entweder zu öffnen oder zu schließen, um
das Eintreten von unter Druck stehendem CO2 in
die Kammer zu ermöglichen,
um darin einen gewünschten
CO2-Konzentrationswert aufrechtzuerhalten.
Die Abbildung aus 4 zeigt ein Flussdiagramm der
Verfahrensschritte, die unmittelbar vorstehend im Text beschrieben
worden sind.
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Die
Abbildung aus 3 zeigt die gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendete Schaltkreisanordnung, wobei der Feuchtigkeitswert
aus der Kombination aus Feuchtigkeits- und Temperatursensor, nicht
abgebildet, angeordnet in der Arbeitsumgebung, in das elektronische
Schaltungssystem eingegeben wird. Der Feuchtigkeits-Temperatursensor
ist über
einen Feuchtigkeitssensoreingang 6 mit dem elektronischen
Schaltungssystem verbunden. Die Feuchtigkeitswerteingabe wird durch
einen Operationsverstärker
U1A konditioniert, dessen Ausgabe bzw. Ausgang direkt zu der Feuchtigkeitsschaltkreisanordnung
an der Mikroprozessor-Leiterplatte verläuft, und
zwar über
die Ausgabe 1, die danach zu der Feuchtigkeitsparameteranzeige
des Inkubators geleitet wird. Gleichzeitig wird die konditionierte
Ausgabe aus dem Operationsverstärker
U1A zu der Multiplexing-Schaltkreisanordnung
geleitet.
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Der
Feuchtigkeits-Temperatursensor ist über einen Temperatursensoreingang 2 ferner
mit dem elektronischen Schaltungssystem verbunden. Die Temperaturwerteingabe
wird über
den Operationsverstärker
U3B mit der konditionierten Feuchtigkeitswerteingabe verknüpft bzw.
kombiniert, wobei ein Korrekturfaktor auf die kombinierten Signale
angewandt wird, der danach in einen absoluten Feuchtigkeitswert
umgewandelt wird.
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Der
Kohlendioxidsensor ist über
einen Kohlendioxidsensoreingang 4 mit dem elektronischen Schaltungssystem
verbunden. Das von dem Eingang 4 empfangene Signal wird
durch den Operationsverstärker
U2A konditioniert. Dieses konditionierte Ausgangssignal verläuft direkt
zu der zusätzlichen
Wärmeleitfähigkeits-Überwachungsschaltkreisanordnung
an der Mikroprozessor-Leiterplatte über den Ausgang 3.
Gleichzeitig wird das konditionierte Ausgangssignal auch zu der
Multiplexing-Schaltkreisanordnung
weitergeleitet. Das hießt,
das konditionierte Kohlendioxid-Ausgangssignal von dem U2D wird
zu der Multiplexing-Schaltkreisanordnung übertragen, wo es mit der Null-berichtigten
absoluten Feuchtigkeitsausgabe von dem U3B multiplexiert wird (d.h. der
U3B sieht eine Korrektur vor, um die absoluten Feuchtigkeitswerte
von dem Nullreferenz-Rh-Wert anzupassen
, und wobei das Signal danach über
den Ausgang 5 direkt zu der Überwachungsschaltkreisanordnung
an der Mikroprozessor-Leiterplatte verläuft.
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Die
Kohlendioxid- und Feuchtigkeitswerte werden verglichen, die Ausgabe
der absoluten Feuchtigkeit wird mit dem Wert der absoluten Feuchtigkeit
verifiziert, der detektiert worden ist, als die Nullreferenz für das Kohlendioxid-Gassystem
vorgenommen worden ist, und die interne Nullreferenz des Kohlendioxid-Gassystems
wird angepasst (d.h. kompensiert), wenn Veränderungen des Wertes der absoluten
Feuchtigkeit gegeben waren. Jeder Einstellpunktfehler in Bezug auf
das Kohlendioxid wird durch das Hinzufügen von Kohlendioxidgas korrigiert.
Vorgenommen wird dies durch das Bereitstellen einer Spannungsausgabe,
die ein Solenoidventil öffnet, was
es ermöglicht,
dass Kohlendioxid in gemessenen Mengen in die Arbeitsumgebung eintritt.
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Diese
Art von Regelungs- und Kompensationssystem ist bis auf +/–0,1% der
gemessenen tatsächlichen
Konzentration genau. Der durch Temperatur- und Feuchtigkeitsveränderungen
erzeugte Gesamtfehler wird auf ungefähr +/–0,1% gehalten sowie in Bezug
auf die Auflösungsfähigkeit
der Ausgabeanzeige.
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Beispiel 1
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Zum
Beispiel hält
ein Inkubator, der mit 37°C betrieben
wird, mit einem relativen Luftfeuchtigkeitswert der Umgebung von
35% (die absolute Luftfeuchtigkeit ist gleich 14,6 g/kg trockener
Luft (102 Gran Feuchtigkeit je Pfund trockener Luft), und bei einer Nullkalibrierung
des CO2-Detektorsystems unter diesen Bedingungen,
den Wert des CO2-Gases bei 5% der Umgebung.
Danach wird Wasser in den Inkubator gegeben, um dessen Feuchtigkeitswert
auf Sättigung
zu erhöhen.
Nach der Stabilisierung bleibt die Temperatur auf 37°C, und die
CO2-Konzentration
basiert auf dem angezeigten Wert. Die relative Luftfeuchtigkeit
in dem Inkubator sollte ungefähr
98% betragen (die absolute Luftfeuchtigkeit entspricht 44 g Feuchtigkeit
pro kg Trockenluft (308 Gran Feuchtigkeit je Pfund Trockenluft)).
Eine Verifizierung der tatsächlichen
CO2-Konzentration
offenbart, dass sie nun ungefähr
9% der Umgebung entspricht.
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Dieses
Beispiel zeigt, was passieren kann, wenn ein Inkubator trocken CO2-nullkalibriert wird, und danach wird ohne
erneute Nullsetzung Wasser hinzugefügt. Das heißt, wenn ein Inkubator auf
Null referenziert wird, differiert der tatsächliche CO2-Anteil um 4% von
dem auf der Anzeige abgebildeten Wert.
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Beispiel 2
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Ein
Inkubator, der ein CO2-Gasmessungs- und
Regelungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet, wurde auf 37°C
erwärmt,
mit einem relativen Luftfeuchtigkeitswert der Umgebung von 35% (die
absolute Luftfeuchtigkeit entspricht dabei 14,6 g Feuchtigkeit pro
kg Trockenluft (102 Gran Feuchtigkeit je Pfund Trockenluft)), und
wobei das CO2-Detektionssystem unter diesen Bedingungen
referenziert wurde. Der CO2-Gaswert wird
auf 5% der Umgebung gehalten. Jetzt wird Wasser in den Inkubator
gegeben, um dessen Luftfeuchtigkeitswert auf Sättigung zu erhöhen. Nach
der Stabilisierung bleibt die Temperatur bei 37°C, und die relative Luftfeuchtigkeit
in dem Inkubator sollte jetzt 98% betragen (die absolute Luftfeuchtigkeit
entspricht 44 g Feuchtigkeit pro kg Trockenluft (308 Gran Feuchtigkeit
je Pfund Trockenluft)). Die CO2-Konzentration
basiert auf dem angezeigten Wert mit Nullkorrektur (kompensierter Luftfeuchtigkeit)
für die
Veränderung
der relativen Luftfeuchtigkeit von dem ursprünglichen Luftfeuchtigkeitswert
des Inkubators bei der Einrichtung. Eine Verifizierung der tatsächlichen
CO2-Konzentration offenbart, dass der Wert
auf 5% der Umgebung des Inkubators geblieben ist.
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Die
vorliegende Erfindung wurde hierin in Bezug auf verschiedene Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben, wobei hiermit
eindeutig festgestellt wird, dass diesbezüglich zahlreiche für den Fachmann
auf dem Gebiet ersichtliche Abänderungen
möglich
sind. Die Erfindung ist somit nicht auf die dargestellten und beschriebenen
Details beschränkt,
vielmehr umfasst sie alle Abänderungen
und Modifikationen, die gemäß dem Umfang
der anhängigen
Ansprüche
enthalten sind.