JP4241404B2 - 液面検出装置及びそれを用いた分注装置 - Google Patents

液面検出装置及びそれを用いた分注装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4241404B2
JP4241404B2 JP2004015048A JP2004015048A JP4241404B2 JP 4241404 B2 JP4241404 B2 JP 4241404B2 JP 2004015048 A JP2004015048 A JP 2004015048A JP 2004015048 A JP2004015048 A JP 2004015048A JP 4241404 B2 JP4241404 B2 JP 4241404B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nozzle
liquid level
dispensing
vibration
nozzle tip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004015048A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2005207898A (ja
Inventor
純一 大泉
一郎 酒井
邦昭 鬼澤
輝雄 加藤
幸雄 佐藤
雅之 片平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi High Technologies Corp filed Critical Hitachi High Technologies Corp
Priority to JP2004015048A priority Critical patent/JP4241404B2/ja
Publication of JP2005207898A publication Critical patent/JP2005207898A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4241404B2 publication Critical patent/JP4241404B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)

Description

本発明は、容器内の液面位置を検出する液面検出装置及びそれを備えた分注装置に係り、特に音響信号を利用して液面位置を検出する液面検出装置及びそれを用いた分注装置に関する。
液体を一方の容器から他方の容器に移すため分注プローブと呼ばれるノズルを用いて液体を一旦プローブ内に吸い込んだ後、他方の容器に吐出する装置が用いられる場合がある。この場合ノズルを吸引対象の液体に深く浸漬させすぎると該液体がプローブのまわりに付着し、他の容器への吐出時にこの付着した液体も同時に落下することにより、分注量の精度が低下するという問題が生じる。特に微少量の液体を分注する場合にはこの問題は顕著である。また、同一の分注プローブで異なる液体を分注する場合は、ノズルを介して異なる液体どうしが混ざり合う、いわゆるコンタミネーションの問題も発生する。この問題を解決するため、分注プローブを吸引対象の液体に浸漬する前に液体の液面位置を検知し、該液面位置からわずかに下の位置でノズルを停止させて吸引する方法が取られる。この液面位置の検出方法としては、ノズルチップ(ピペット)から空気を吸引または吐出してノズルチップ先端が液面に到達して閉塞されたときの圧力変化を検出して、液面位置を検出する方法が知られている。この方法の応用として、圧力変化を精度良く検出するために、特許文献1,2ではノズル内部の空気を振動させて、その圧力の変化を検出して液面を検出する方法が提案されている。
特許3049615号公報 特開昭54−58054号公報
特許文献1,2記載の技術では分注ノズルの仕様(内径,長さ等)と与える空気の振動周波数によって液面の検知精度が変化すると思われるが、周波数をどのように決定すべきかについて特許文献1,2には記載がなかった。また、ノズルチップは容積の異なるものが数種類(例えば容積:2000μL,1000μL,500μL,200μL等)あるがそれらを付け替えて使用する場合に単一の周波数で空気振動させた場合、液面検知精度が十分でない懸念があった。本発明者らは分注ノズルの仕様と空気の振動数との最適な関係を検討し本発明に至ったものである。
すなわち、本発明の目的は、液面位置の検知精度を向上した液面検出装置とそれを用いた分注装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明の構成は以下の通りである。液体の吸引/吐出を行う分注ノズルと、該分注ノズル先端に装着するノズルチップと、該分注ノズル内に空気振動を導入する加振手段と、該加振手段からの空気振動による振動圧力の変化を検出する圧力センサと、前記加振手段を前記分注ノズルと前記ノズルチップの形状に基づき予め定められた周波数で振動するように制御する制御手段と、を備えた液面検出装置。
分注ノズルとは内部に空洞を備えた円筒状部材であり、該円筒状部材内部を負圧にすることで、分注ノズル内部に液体を吸引し、続いて円筒状部材を正圧にすることで吸引した液体を吐出するものが一般的であるが、形状は円筒状でなくとも良い。ノズル内部の圧力を変化する機構としては注射器状のいわゆるシリンジが一般的であるが、圧力を変えることができればどのようなものでも良く、ダイヤフラムでも良い。分注ノズルの先端に吸引する液体同士のコンタミネーションを防止するためにノズルチップを装着する場合は、吸引/吐出する液体はノズルチップ内に留まり、分注ノズル本体には吸引されない場合があるが、その場合でもノズルチップを装着する部材という意味で分注ノズルという用語を用いる。ノズルチップは通常コストの低廉な樹脂からなるものが多いが、液体のコンタミネーションを防止できればどのような材質であっても良い。ノズルチップは分注ノズルに摩擦力で接続されるのが一般的であるが、どのような方法で装着されても接続部での気密性が保たれるようなものであれば良い。分注ノズル内に空気振動を導入する加振手段は音響用スピーカのようなものであっても良いし、ソレノイドでダイヤフラムを振動させるようなものであっても良い。圧力センサは半導体圧力センサの他、圧力を検出可能なセンサであればどのようなものでも用いることができる。
感度良く液面を検出できる液面検出装置を提供することができる。また、分注ノズル先端に装着するノズルチップを異なる容量のものから選択できるようにした分注装置であっても、それぞれのノズルチップに最適な振動数で分注ノズル内の空気振動周波数を変えることができるので、液面検出感度を低下させることなく、液面検知が可能な液面検出装置およびそれを用いた分注装置が提供できる。
以下、本発明の実施例を図1に示す一実施例により説明する。図1は、検体分注装置に使用される分注ヘッドの一実施例の概要を説明する断面図である。この分注ヘッドは、図示していないXYZ移動機構に取り付けられ、血清や尿等の検体の分注動作を行う。ここで分注ヘッド機構系は、主に、ノズルチップ1を装着するノズル基部2と検体を吸引吐出するための真空吸引部及び、吸引・吐出時の圧力変化を電気信号に変換する圧力検出器6,液面検出時に内部空気を振動させるための加振源であるダイヤフラム7とそれを駆動するソレノイド3,空気の通路となる空洞9,10,11,信号処理回路8とから構成され、真空吸引部はベローズ圧縮・伸張用ステッピングモータ4によりベローズ5を圧縮・伸張してノズルチップ1の先端孔から検体を吸引・吐出する。信号処理回路8は図示していない外部信号処理回路に接続され、マイクロプロセッサ等により、信号検出,分注処理,異常処理等が行われる。
液面検出時には、ベローズ5を圧縮状態で停止させておき、ソレノイド3を駆動しダイヤフラム7を振動させて、内部空気を振動させる。内部空気室9に圧力検出器6を取り付け、内部空気室9の圧力変動を検出する。ノズル基部2にノズルチップ1が装着されていない状態で、圧力検出器6の出力が一定になるように、ソレノイド3の駆動電圧(または電流)を制御する。
ソレノイド3により駆動されるダイヤフラム7により、内部の空気は圧縮,膨張を繰り返し、図2に示すように、負圧,正圧の振動を行う。
振動周波数を適切に選ぶと、図2に示すように、ノズル基部2にノズルチップを装着していないときに比べ、ノズルチップ1をノズル基部2に装着したとき、さらに、ノズルチップ1の先端が液面に接触して閉塞されたときに、内部の振動している空気圧変動は低下し、圧力検出器6の出力は低下する。図2に示す振動波形を整流し図3に示す直流信号を得、その変化を検出してノズルチップ1装着、ノズルチップ1先端の液面接触を検出する。
このとき、最適振動周波数は、図1に示すノズル基部2の内部空洞10とノズルチップ内部空洞12の寸法で決まるヘルムホルツ共振周波数になる。ヘルムホルツ共振は図4に示すように、2つの空洞101と102により構成される空洞共振であり、その共振周波数f0 は、
0 ≒(c/2π)・√(S1/(L1・V2))
である。ここに、cは音速、S1は空洞101の断面積、L1は空洞101の長さ、V2は空洞102の内容積、πは円周率である(参考文献:音響工学原論 上巻、P.272伊藤毅著、コロナ社、S30.4.30)。
図4の空洞101が図1のノズル基部2の内部空洞10、図4の空洞102が図1のノズルチップ1の内部空洞12に相当し、前記共振周波数f0 でダイヤフラム7を振動させることで、図1の空洞9の振動はヘルムホルツ共振により吸収され、振幅が小さくなる。ノズルチップ1が装着されていない状態では共振は起こらず、空洞9の振幅は大きい。ノズルチップ1が装着され、液面によりノズルチップ1の先端が閉塞されると共振が起こり、空洞9の振幅は小さくなり、図2,図3に示すように圧力検出器の出力が低下し、液面に接触したことが検出できる。
このように、各部の寸法と音速cから計算できるヘルムホルツ共振周波数で振動させることで感度良く液面接触が検出できる。
なお、共振周波数f0 は音速にも依存するので、分注装置の使用温度範囲の中央温度または最も使用する温度で算出すればよい。加振周波数と圧力検出出力との関係の概念を図7に示す。ヘルムホルツ共振周波数f0 において出力は最低を示し、ノズルチップ未装着,ノズルチップ装着と液面接触前後の出力変化分は最大になる。検出に必要な出力変化分が確保できる範囲であれば、加振周波数の実使用周波数は計算によるf0 から数%のずれは許容できる。なお、ベローズ5の内部空洞とベローズ5への空気路11で決まるヘルムホルツ共振周波数は液面検出に影響のない周波数まで離すように空気路11を設計する。
ノズルチップを装着していない状態において振動させたときに、ソレノイド3やダイヤフラム7,圧力検出器6の感度等の差異により、圧力検出器の出力振幅は変化する。特に、半導体圧力センサはスパンやオフセットの温度変動があるので、ノズルチップ1を装着していない状態において、圧力検出信号が一定になるようにソレノイド3の駆動電圧または電流を制御することでさらに液面検出を安定化することができる。制御系の一例を図5に示す。6は圧力検出器で、その出力は信号処理部111により図3に示すような信号に変換し、制御部110にプロセス変数PVとして入力する。制御部110ではプロセス変数PVと設定値SVとの偏差εを作る。この偏差εに比例・積分(PI)演算を行い、制御出力MVを得る。この制御出力MVをソレノイド3の駆動回路114に入力し、制御出力MVに比例したソレノイド3の駆動信号(駆動電圧または電流)を得る。この定値制御系により、圧力検出器6の信号が設定値SVに一致するように制御される。
設定値SVを図3に示す電圧V0に設定し、ノズルチップ1を装着しない状態で、この定値PI制御によりソレノイド3の駆動信号MVを求め、ノズルチップ装着,液面検出の期間、このMVを保持することで、圧力検出器の出力は、図3に示すように、一定電圧
V0から、ノズルチップ装着時信号V1,液面接触時信号V2の信号変化を安定に得ることができる。制御部110はマイクロプロセッサによるプログラムでディジタル制御系で構成することもできる。その場合は圧力検出器の信号はA/D(アナログ/ディジタル)変換してマイクロプロセッサに取り込み、制御出力MVはD/A(ディジタル/アナログ)変換やPWM(パルス幅変調)信号によりマイクロプロセッサから取り出す。制御時と制御なしの信号の例を図6に示す。制御なしの場合は、ソレノイドやダイヤフラム,圧力検出器の特性で決まる値Vcになる。温度や個々の部品によりVcはばらつき、液面検出はVcからの変化になり、Vcが高い場合や低い場合は安定な検出は困難である。定値PI制御を行った場合は、圧力検出器6の出力はV0近傍(±α)に収束し、常にV0から
V1,V2と変化するので安定な液面検出ができる。
マイクロプロセッサによる実施例の構造を図8に、フローチャートを図9示す。ノズルチップの種別または内部寸法や容積等を入力し、ヘルムホルツ共振周波数を計算または予め作製して入力しておいたテーブルを参照して算出し、また、PI制御により求められた制御値によるPWM信号と合成して加振信号を生成し、ソレノイド3を駆動する。なお、ヘルムホルツ共振周波数の信号とPWM信号との合成は、マイクロプロセッサ外のソレノイド駆動回路で行っても良い。
本液面検出装置は、検体分注装置以外にも、任意の位置の液面を検出する装置に適用することができる。ノズルチップの交換を必要としない水位計等に適用する場合、先端の開口部が閉塞されることで液面を検出する本方式では液面接触以前は先端が開いていなければならないので、例えば、ベローズ5を延ばした状態で液面検出し、先端に付いた液体をベローズ5を圧縮して吐出させることで対応することができる。このように本方式の液面検出装置は種々の液面検出に応用することができる。
本発明の一実施例で、分注ヘッドの断面の一例を示す図である。 本発明の一実施例に示す圧力検出器の出力信号の振動波形の変化の例を示す図である。 本発明の一実施例に示す振動波形を整流した電圧変化の例を示す図である。 本発明の検出原理であるヘルムホルツ共振の原理を示す図である。 本発明の一実施例に示す圧力振幅を一定に制御する制御系の例を示す図である。 本発明の一実施例に示す圧力振幅を一定に制御したときと、制御なしのときの圧力信号変化の例を示す図である。 本発明の一実施例に示す加振周波数と圧力検出出力の例を示す図である。 本発明をマイクロプロセッサにより実施したときの構成の例を示す図である。 本発明の一実施例に示すマイクロプロセッサのプログラムのフローチャートの例を示す図である。
符号の説明
1…ノズルチップ、2…ノズル基部、3…ソレノイド、6…圧力検出器、7…ダイヤフラム、10…ノズル基部空洞、12…ノズルチップ空洞。

Claims (4)

  1. 液体の吸引,吐出を行う分注ノズルと、
    該分注ノズル先端に装着するノズルチップと、
    該分注ノズル内に空気振動を導入する加振手段と、
    該加振手段からの空気振動による振動圧力の変化を検出する圧力センサと、
    前記加振手段を前記分注ノズルと前記ノズルチップの形状に基づいて算出されるヘルムホルツ共振周波数またはその近傍の単一周波数で振動するように制御する制御手段と、
    前記分注ノズルに装着するノズルチップの形状に関する情報を入力する入力手段と、を備え、
    該入力手段に入力されたノズルチップの形状に関する情報に基づき、前記加振手段の振動周波数を可変する機能を備えたことを特徴とする液面検出装置。
  2. 請求項1記載の入力手段がノズルチップの形状に関する情報を自動的に検出する機能を備えたことを特徴とする液面検出装置。
  3. 請求項1記載の液面検出装置において、
    前記ヘルムホルツ共振周波数は、前記分注ノズルとノズルチップの内部空洞の寸法と空気中の音速に基づいて算出されることを特徴とする液面検出装置。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の液面検出装置を備えたことを特徴とする分注装置。
JP2004015048A 2004-01-23 2004-01-23 液面検出装置及びそれを用いた分注装置 Expired - Fee Related JP4241404B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004015048A JP4241404B2 (ja) 2004-01-23 2004-01-23 液面検出装置及びそれを用いた分注装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004015048A JP4241404B2 (ja) 2004-01-23 2004-01-23 液面検出装置及びそれを用いた分注装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005207898A JP2005207898A (ja) 2005-08-04
JP4241404B2 true JP4241404B2 (ja) 2009-03-18

Family

ID=34900637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004015048A Expired - Fee Related JP4241404B2 (ja) 2004-01-23 2004-01-23 液面検出装置及びそれを用いた分注装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4241404B2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8015939B2 (en) 2006-06-30 2011-09-13 Asml Netherlands B.V. Imprintable medium dispenser
JP5208571B2 (ja) * 2008-04-30 2013-06-12 株式会社日立ハイテクノロジーズ ベローズ装置及びそれを用いた分注装置
JP5114316B2 (ja) * 2008-06-30 2013-01-09 株式会社日立ハイテクノロジーズ 分注装置
JP2010096643A (ja) * 2008-10-17 2010-04-30 Hitachi High-Technologies Corp 分注装置、及びそれを用いた検体処理装置,自動分析装置
CN102301242B (zh) * 2009-01-30 2014-07-23 株式会社日立高新技术 自动分析装置及检测体处理装置
TWI600884B (zh) * 2016-05-19 2017-10-01 博泰科技有限公司 具水量測量功能之杯具
WO2023100493A1 (ja) * 2021-12-02 2023-06-08 株式会社日立ハイテク 圧力センサモジュール及び圧力センサモジュールを有する分注装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005207898A (ja) 2005-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6807778B2 (ja) ピペットチップ先端検知装置、ピペットチップ先端検知プログラム
JP2007040990A (ja) 液体を分類するための方法、デバイス及びコンピュータ・プログラム・プロダクト
CN101952693B (zh) 检测移液管状态的方法,吸移方法,吸移设备和吸移设备的吸入管
KR960015076B1 (ko) 진동식 레벨검출장치
JP4241404B2 (ja) 液面検出装置及びそれを用いた分注装置
JPH08501149A (ja) 液体分注システム
US7097623B2 (en) Biological sampling method
JP2002098706A (ja) 定量吸引チップおよび定量吸引装置
JP4542345B2 (ja) 分析装置
JPH10318150A (ja) マイクロメカニカルピペット装置
JP5114316B2 (ja) 分注装置
JP2010096643A (ja) 分注装置、及びそれを用いた検体処理装置,自動分析装置
US20230103754A1 (en) Liquid droplet discharging method, method for manufacturing container including tissue body, and liquid droplet discharging apparatus
US11346668B2 (en) System and method for micro-scale machining
US20210108921A1 (en) Readout circuit for a mems gyroscope and method for operating such a readout circuit
KR102011569B1 (ko) 미소 부피 액체용 점성 측정 장치 및 방법
JP2693356B2 (ja) 分注装置
EP3998119B1 (en) Pipette
JPS633240A (ja) 粘度センサ
JP7353223B2 (ja) 液面検知装置、及び自動分析装置
JP3132586B2 (ja) 振動式レベル検出装置
JP2016186442A (ja) センサ、検出システム及び検出方法
JP2023105929A (ja) 流体デバイスおよび流体デバイスの制御方法
RU2282829C2 (ru) Датчик уровня сыпучих продуктов
JP2023105927A (ja) 流体デバイスおよび流体デバイスの制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060331

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060331

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20060509

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070905

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071204

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080204

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080819

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081017

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080919

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20081120

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20081216

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081222

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120109

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4241404

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130109

Year of fee payment: 4

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees