JPH02176543A - 液体と気体の境界面または液体内の気泡を検出する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 皮五分１ 本発明は、パイプ網内に生ずる流れの液体と気体との間
の境界面または液体内の気泡を検出する方法に関す、る
。

１見韮遺 ある最近の分析器では、液体の輸送以外に、液体を注入
するためにも、パイプ網の液体取扱システムが使用され
る。パイプ網で注入をパイプ環するためには、各瞬時に
おいてパイプ網の各部分を流れる物質を信頼度高く識別
することが必要である。これを達成する初歩的方法は、
パイプ網全体または少なくともパイプ網内の直線部を所
望の物質で充たすことである。しかしこうすると、試薬
流が浪費され、パイプ網全体が常に一種類の物質だけで
占有されるため、分析器の動作が遅くなる。

試薬を節約し分析器の動作を速くするためには、分析器
内の液体流を、一連の各注入口の流れが、例えば気体柱
により互に分離されるようにする。こうすると、液体注
入物がパイプ網に供給される順序が知られているから、
パイプ網内の検出点を流れる液体と気体の間の境界面を
検出することにより、丁度、検出点を通過する物質を識
別することができる。パイプ網にいくつかの検出点を設
けることにより、パイプ網を流れる液体注入物の通過を
モニタし、各液体部の開始と終了の位置を各液体部とそ
の液体部の前後の気体柱との間の境界面を検出すること
により知ることができる。

少量の液体を正確にパイプ網に注入する場合に、注入精
度の誤差の主たる原因は注入される液体内の気泡の存在
である。気泡を検出できれば、気泡のない液体部分を選
択できる。

化学分析器では、いくつかの異なる試薬が注入される。

異なる試薬液の光学特性には大きな差が存在する。例え
ば、パイプの内径に相当する厚さの層−として検出する
と、いくつかの試薬液は透明であり、他は不透明である
。また、異なる試薬液の屈折率は互いに異なる。

液体と気体との間の境界面を検出するために普通に使用
される装置では、透明なパイプの場合、光源および光検
出器が検出点に液体流路と同じ直線上に配置される。こ
の態様で透過率を用いる方法は信頼性がよくない、とく
に、パイプ内を流れる液体の透過率が非常に異なる場合
にそうである。光線透過方式の場合、屈折率も信号の質
に大きな影響を有する。また、この方法はとくに、小さ
い気泡の検出に関して信頼性が低い。これは雑音や他の
要因により起因する信号の変動のためである。その理由
は、光線透過に基づく方法では、有効な信号は、光検出
器に入射するわずかな光の部分でしか構成されないから
である。液体壷気体境界面から得られる信号の変化の方
向は、当該液体に依存して変わる。また、光線透過法に
よる気泡または液体舎気体境界面の検出は、パイプの性
質によってかなり微妙である。検ｍ点では透明なパイプ
材料を使用しなければならない、また、パイプの内面は
外面と同心円でなければならない。

これは、さもないと、を光源と光検出器を結ぶ直線に対
してパイプの位置を調整しなければならす、設置と保守
に困難を伴なうからである。この他、パイプ網は、使用
されるバイブ材料の摩耗または経年により変化すること
がある。例えば、バイブ材料の表面が透明から不透明に
変わることがある。可撓性のホースからなるパイプ網で
は、光線透過法で光検出器に到達する信号が１例えば、
おそらくパイプ網内に加わる圧力の変化に起因する乱れ
を示す。

目　　　的 本発明の目的は、上述した諸問題を解決し１分析器の液
体取扱システムのパイプ網内をｌｌＩＱ次に流れる種々
の液体の各部と気体、例えば空気との間の境界面、およ
び液体内に存在する気泡を信頼性高く検出することを可
能にすることにある。

発明の開示 本発明方法は、パイプ内の検出点を可視および赤外線、
またはそのいずれか一方の一次光により照明し、パイプ
の内面または気泡から得られる反射光および散乱光、ま
たはそのいずれか一方を一次光の方向から離れて位置す
る光検計器により七二りすることを特徴とする。

本発明の基本的着想は、パイプ壁とパイプ内を流れる物
質との間の境界面の反射率を用いることにより液体争気
体境界面を検出するにある。この境界面の反射率は、バ
イブ材料と当該物質の光屈折率に依存する。パイプ内を
流れる液体内の気泡の検出は、木質的に気体と液体との
間の境界面での反射に基づく、得られた信号はまた、散
乱された光の量にも影響されている。

屈折率が高い材料と屈折率が低い材料との間の境界面に
光が入射する場合は、境界面の反射率がよいほど、屈折
率の差が大きい、また、屈折率の差が大きくなると、入
射光の方向と反射するすべての入射光が越えねばならな
い表面の法線との間の最小角が小さくなる。例えば、空
気の屈折率は約１．ＯＯであり、これは分析器で用い得
る他の気体とほぼ同じである。水の屈折率は１．３３で
あり、試薬液の屈折率は一般に１．３〜１．５である。

他方、分析器のパイプで用いられる多くのプラスチック
またはガラス材料の屈折率は１．４〜１．８である。

そこで、気体がパイプ内を流れると２パイプの内面は全
く良好に反射する。同じように、液体内の気泡も良好な
反射をする。対照的に、液体がパイプ内を流れる場合は
、屈折率の差は、したがって境界面の反射は、実質的に
小さくなる。

種々の擾乱要因、例えば、圧力の変化により生ずるホー
スのわずかな歪の影響は、小さくなる。

しかし反射法では、ホースの位置または軸線方向の対称
性は、光線透過法はど重要ではない。

本発明方法の一実施例では、検出点はパイプの一方の側
から一次光で照明され、一次光にほぼ垂直な方向に反射
および散乱またはそのいずれ一方をした光は当該方向の
ある位置に配置された検出器により検出されることを特
徴とする。このような方法によれば、光検出器が受けた
検出背景信号は、検出器が直接、光源からの放射線（こ
れは媒質を通過すると減衰すれるが）にさらされたとし
たら生ずるであろうよりも低いレベルに低下する。した
がって、例えば雑音により生ずる信号変動も小さくなる
。加えて、検出の方向が一次光の方向と平角を形成する
配置では、気泡、または順次の液体部と気体部との境界
面の検出と無関係に、反射および散乱により生ずる放射
線の検出レベルを低くすることができる。背景信号の変
化が小さいほど、背景信号自体も弱い、これは本発明に
より得られる一つの利点の基礎である０本発明が適用さ
れる化学分析器は液体を取り扱うが、液体は１本発明の
方法によれば、検出点で小さな背景信号を与える。そこ
で、光を反射する気泡が検出点を通過すると、気泡によ
り生ずる信号が弱い背景信号と明瞭に区別される。

本発明方法のもう一つの実施例は、光の散乱が生ずるパ
イプ材料を検出点の領域で使用することを特徴とする。

この場合、光散乱材料からなるパイプの外面は検出点で
監視され、パイプの内面での反射または気泡により生じ
た反射の変化による輝度変化が検…される。このような
方法によれば、分析器のパイプ内の種々の材料を一層、
自由に選択できる。これは、検出点でパイプは透明な材
料からなることを要しないからである。

本発明により与えられる一つの利点は、使用するパイプ
材料の、例えば摩耗または経年によるパイプ輸送の変化
に無関係なことである。パイプの材料が経時によって不
透明になった場合でも、光検出器で受ける信号はなお良
好な性質を有する。

パイプ内を流れる異なる物質量の境界面の検出では、本
発明の方法は、これらの物質の性質により生ずる擾乱に
全く無関係である。また、「、光線透過」法では検出さ
れない全く小さな気泡も反射を生じ、検出できる。

パイプ内を流れる順次の気体部と液体部との間の境界面
および液体内の気泡を信頼性高く検出できるから、分析
器は、注入すべき試薬の量に対して過大な量の液体を〔
安全のために〕そのパイプシステム内に流しておく必要
がない、これは、試薬の消費の点で経済的になるととも
に、分析器の動作が速くなることを意味する。

本発明はまた、上述した方法を実施するための装置に関
する。この装置の主たる構成要素は、光源および光検出
器、ならびにこれらの要素のための取付はフレームであ
る。光源は、例えば発光グイオードまたはミニチュア・
ランプであってよく、分析器のパイプ網内の液体流通路
に向けられる一次光を得るために用いられる。光源およ
び光検出器の各々は、それ自信の管状光ダクト内に取り
付けられ、２本のダクトは、パイプ網の一部を形成し透
明な材料のパイプからなる検出点でそれらの端が出合う
ように配置されている。この装置はまた、一次光および
反射光を修正するための光学要素を含んでもよい、この
装置の正確な特徴については、添付した請求項（第４項
〜第１０項〕を参照されたい。

液体Φ気体境界面または気泡を検出すると、本発明の装
置の光検出器は、明瞭な信号変化を出力し、これを直接
、または増幅後、用いて分析器の液体取扱いシステムの
動作を制御することができる。それらの動作原理により
、本発明により提案されたように構成された装置は、「
光線透過」法に基づく相当の装置よりも動作の信頼性が
高い。

また、これらはほとんど保持を必要とせず、予備部品、
主として交換可能ホースの消費が少ない。

実施例の説明 以下に、図面を参照して例を挙げて本発明を一層詳細に
説明する。

第１図は、分析器の液体取扱システム内のパイプ網１の
一部を、それらのパイプの中を流れる物質とともに示す
。この流れは順次に、気体の部分２および液体、例えば
試薬、サンプルまたは洗浄液の部分３．４からなる。液
体４は、気泡５を含むことがある。パイプの中の検出点
６において、液体流路は光源７により照明される０点６
から得られる光信号は光検出器８により検出される。光
信号の変化は、相続く液体の部分と気体の部分との間の
境界面Ａ、または液体の中の気泡５の存在を示す。

第２ａ図は、光源７、パイプ内の検出点６および検出器
８が同一線上に並んでいる検出装置の略図である。境界
面または気泡の検出は、検出点での液体流路の透過率の
変化に基づいている。第２ｂ図は、第２ａ図に示したよ
うな装置で得られる空気ａ。

純水す、２種類の試薬ｃ、　ｄ、および中に気泡が入っ
ている気泡・ｅにより誘起される信号レベ′ルを示す、
異なる液体は、空気により互いに分離されている。第２
Ｃ図は、光源と検出点とを結ぶ直線が検出点と検出器と
を結ぶ直線に対しである角度をなす検出装置を示す、境
界面または気泡の検出は、検出点で生ずる反射および散
乱、またはそのいずれかの一方の光の強さの変化を検出
することに基づいている。第２ｄ図は、第２Ｃ図に示す
ような装置で得られる空気ａ゛、純水ｂ′、２種類の試
薬Ｃｄ゛、および中に気泡が入っている気泡ｅ°により
誘起される信号レベルを示す、異なる液体は空気により
分離されている。１２ａ図と第２Ｃ図の２つの配置から
得られる信号を比較すると、第２Ｃ図の場合は、気体と
液体の区別が一層、信頼性よく示され、はとんど完全に
検出点での液体の違いに関係しない、第２ｃ図に示され
た装置では、気泡により生じた信号は明瞭に背景信号の
ばらつきと区別できる。他方、第２ａ図の装置では、気
泡により生じた信号は、検出中の液体により信号に現わ
れる乱れと混同しやすい。

第３図は、光ｇＸ７から放出される光ビーム９に属する
光線１０が、どのように光源から透明なホース１１の内
面１２に至り、そこから光線の少なくとも一部が反射さ
れ、反射された光１５がどのように光検出器に至るかを
示す、検出器の方へ反射される光が多いほど、ホース内
を流れる物ｇ１４の屈折率が小さい、それ故、ホース内
の物質が気体である場合は、液体の場合よりも一層大き
な光信号が検出器に入る。第４図は、光源７から出るビ
ーム９内の光線１６のホース内を流れる液体４内の気泡
５に至る光路を示す、気泡の表面で反射された光線１７
が光検出器８により検出される。

第５図は、光線７から出る光ビーム９に属する光線１８
を示す、光線１８が光散乱ホース材料１９に出出たると
、これはホース壁内に散乱照明２０を生ずる。光は壁か
らホースの内側および外側の双方に漏れ出る。その場合
、光検出器８は光信号２１を受ける。ホース内の物質が
気体である場合は、液体の場合よりも一層、多量の光が
ホースの内面からホースの壁へ反射される。壁から漏れ
る光の量は変わらないから、−層、多い光の部分が外部
へ漏れ、検出器が受ける光信号は増大する。

第６図は、本発明の装置を示すが、これは本体２２を有
し、これには、ホース２５を収容する溝２４が設けられ
ている０本体２２はカバ−２３で閉じることができる。

検出点６でこの溝は、光源２７から溝内のホースに至る
光ダクト２Ｂ、および溝から光検出器２９に至るもう一
つの光ダクト２８と連通ずる。カバー部材２３に設けら
れ溝内に嵌合する突起３０により、ホースを溝の底に押
し込むことができる。この装置の断面図（第７図および
第８図）は、光源２７および光検出器２３、ならびに光
タフ）２８．２８内のレンズ３１またはフィルタ３２な
どの可能な付属部品の配置を示す。光ダクトの壁は、ダ
クト部の端３３、３４．３５．３１３が開口として機能
するように光路を制限する。別な開口をタクトの内部に
も設けることもできる。

当業者には明らかであるが、本発明の種々の実施例は、
上述した例に限られるものではなく、特許請求の範囲内
で変更できるものである。

要約すると本発明は、パイプ１ｉｌｌ内で起る流れの液
体３．４と気体２との間の境界面Ａ、または液体内の気
泡５を検出する方法に関する３本発明はまた、この方法
を実施する装置に関するものである０本発明によれば、
液体流路内の検出点６を可視または赤外一次光により照
明し、この検出点を光検出器８によりモニタして、パイ
プの内面または気泡から得られる反射および（もしくは
）散乱２またはそれらの変化を検出する０本発明はとく
に、化学分析器内に液体を注入するのに適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は分析器のパイプ網の一部の概略図、第２ａ図は
、パイプを通過する光を検出することにより境界面およ
び気泡を検出する配置の略図、 第２ｂ図は、第２ａ図の配置で得られる信号の線図 第２Ｃ図は本発明の検出配置の略図、 第２ｄ図は本発明の配置で得られる信号の線図 第３図は、光ビームの通過およびホースの内面でのその
反射の説明図、 第４図は気泡で反射された光ビームの説明図、 第５図は光散乱ホースの壁の一部を照らす光ビームの略
図、 第６図は本発明の装置の斜視図、 第７図は本発明の装置の断面図、 第８図は、レンズおよびフィルタを取り付けた本発明の
装置の断面図である。 ｌ　。 ２　、　。 ３．４．。 ５　、　。 ６　、　。 ７　、　。 ８　。 ９　、　。 １Ｇ、。 １１゜ １２゜ 部　の符　の雪 パイプ網 、気　体 、液　体 、気　泡 、検出点 、光　源 、光検出器 、光ビーム 、光　線 、パイプ 、内　面 ＦｉＣｌ、２ｃｌ Ｆｉｇ、２ｃ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パイプ網内に生ずる流れの液体と気体との間の境界
   面または液体内の気泡を検出する方法において、該方法
   は、 パイプ内の検出点を可視および赤外線、またはそのいず
   れか一方の一次光により照明し、該パイプの内面または
   気泡から得られる反射光および散乱光、またはそのいず
   れか一方を前記一次光の方向から離れて位置する光検出
   器によりモニタすることを特徴とする液体と気体の境界
   面または液体内の気泡を検出する方法。 ２、請求項１に記載の方法において、前記検出点は前記
   パイプの一方の側から一次光で照明され、該一次光にほ
   ぼ垂直な方向に反射および散乱またはそのいずれ一方を
   した光は当該方向のある位置に配置された検出器により
   検出されることを特徴とする検出方法。 ３、請求項１または２に記載の方法において、光の散乱
   が生ずるパイプ材料を検出点の領域で使用することを特
   徴とする検出方法。 ４、請求項１、２または３に記載の方法を実施し、液体
   および気体の流れを通すパイプ網を備え、該パイプ網に
   検出点を設け、該検出点では、パイプが可視光および赤
   外線またはそのいずれか一方を透過させる材料からなり
   、該検出点の方に向う一次光を与える光源と、該検出点
   を通過した光をモニタする光検出器とを具える検出装置
   において、 前記光検出器は、前記パイプの内面または液体内の気泡
   から検出点に到着する反射光および散乱光またはそのい
   ずれか一方をモニタするように配置され、該検出器は、
   前記光源により放出される一次光の方向から離れた位置
   に配置されていることを特徴とする検出装置。 ５、請求項４に記載の装置において、前記光源、検出点
   および光検出器は互いに、該光源により放出される一次
   光、ならびに該検出器により検出される反射光および散
   乱光またはそのいずれか一方が互にほぼ垂直な光路を辿
   るように位置していることを特徴とする検出装置。 ６、請求項４または５に記載の装置において、前記検出
   点（８）でのパイプは、光発散および光透過材料からな
   ることを特徴とする検出装置。 ７、請求項４、５または６に記載の装置において、該装
   置は、不透明な材料からなる内実の本体を備え、該本体
   には、前記光源により放出された一次光ならびに前記光
   検出器が受ける反射光および散乱光またはそのいずれか
   一方のための２本の光ダクトが設けられ、前記検出点は
   該２本のダクトの交点に位置し、液体および気体流を通
   すパイプが該交点を経て走るように置かれていることを
   特徴とする検出装置。 ８、請求項７に記載の装置において、２本の光ダクトの
   交点は、前記内実の本体に設けられた溝内に位置し、該
   溝内に可撓性ホースからなるパイプを置き、該パイプは
   、該溝に対向して取付けられた別体のカバー部により正
   しい位置に保持されることを特徴とする検出装置。 ９、請求項４または５に記載の装置において、前記光源
   および検出器は、それぞれの光ダクト内に位置し、前記
   光ダクトのうち少なくとも１つには、レンズ、開口、お
   よび通過する光の波長分布に影響を与えるフィルタ、ま
   たはこれらの組合せが設けられていることを特徴とする
   検出装置。 １０、請求項４ないし９のいずれかに記載の装置におい
   て、該装置は化学分析器の液体注入システムの一部を形
   成することを特徴とする検出装置。