JPH0283451A - 自動分析装置の反応槽温度制御装置及び方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動分析装置の反応槽にｕ８環する恒温水を一
定にする温度制御において、特に加熱器と反応槽の間に
熱的遅れが有り、反応槽に熱的外乱のある制御系に対し
、最適な温度制御を行なうのに好適な、自動分析装置の
反応槽温度制御装置及び方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭６２−１９６７１３号に記載のよ
うに、加熱器の近くで、熱的遅れ時間の少ない位置に、
温度検知器を付けて、加熱器の制御を行なっていた。こ
のため加熱器の近く以外では、外乱等による温度変化が
出てしまっていた。

又特開昭５５−３３２８９号に記載のように、加熱器に
より制御される水温を測定する温度検知器と、外乱とな
る外気温を測定する温度検知器とを直列に接続して、そ
の信号を制御回路に入れ加熱器の出力を制御する。これ
により、外気温が変化し、外乱量が変化して水温に偏差
が発生するのを、外気温変化に対応して加熱器出力を制
御することによりおさえて、水温を一定に保つことがで
きるようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、加熱器の制御をＳＳＲによるｏ　ｎ　
／　ｏ　ｆ　ｆで行なっているため、温度リップルが大
きくなり、自動分析装置の反応槽に要求される仕様に入
れることが困難であるという問題があった。又、温度セ
ンサに温度−抵抗特性の直線の良いものを用いなければ
ならず、それに定電流回路、電圧増幅回路、Ａ／Ｄ変換
が、加熱器部の温度検知器用と反応槽部の温度検知器用
と２つずつ必要となり、コスト面に問題があった。

又制御系が固定されているため、流路系たとえば流量・
ヒータ出力・外乱等が変化した場合の最適制御が行なえ
ないという問題があった。

又、外気温測定の温度検知器を水温測定用の温度検知器
と直列に接続して、その信用により加熱器を制御して、
外気による外乱を補正するのでは、外気温の変化に対す
るエネルギとしての外乱量が、構造により大きく変わり
、調整が困難であり安定性が無い。又温度制御しようと
する水は、外気と１点で熱交換するのではないため、外
気温が違う部分複数ケ所で熱交換するような、外気外乱
が入ると、外気温度を１ケ所で測定しても偏差が無くな
るような補正を行なう制御はできない、逆に、外気温を
測定する温度検知器の場所の外気のみ高くなったり低く
なったりした場合に、水の温度が変化してしまい、一定
に保つことができなくなる等の問題が有る。

本発明の目的は、温度検知器の温度−抵抗一電圧特性が
非直線のものも使用でき、Ａ／Ｄ変換器も一つにし、コ
ストを低減し、ｏ　ｎ　／　ｏ　ｆ　ｆ制御とＰＩＤ制
御を切り換えたり、ＰＩＤ制御定数を流路系や加熱器の
電源変動などによる出力変動等に対し、上位のコントー
ルＣＰｔＪ等により最適な値に変えることにより、精度
・安定度の高い温度制御を可能にし、かつ、制御目的点
である反応槽の水温を測定する温度検知器と、直接加熱
器を制御する温度検知器とを用いて、熱遅れは少なく。

外乱による偏差を補正できる、反応槽の温度制御を可能
にすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、加熱器部の温度検知器と反応槽部の温度検
知器との出力にマルチプレクサを付けて、検知器の出力
信号を温度制御用マイクロコンピュータにより切り換え
ることにより、一つのＡ／Ｄ変換器により、加熱器部の
温度情報と反応槽部の温度情報とを、温度制御用マイク
ロコンピュータに取り込み、数値演算により、加熱器に
必要なパワーを求め、加熱器をｏ　ｎ　／　ｏ　ｆ　ｆ
又はパルス幅変調（以下ＰＷＭ）により最適制御できる
ようにし、なおかつ、温度制御用マイクロコンピュータ
と装置全体を制御するメインコンピュータとの間にイン
ターフェイスを設けて制御方法や制御演算定数をメイン
コンピュータからパラメータ設定により変更する方式を
とり、反応槽恒温水を温度制御することにより、達成さ
れる。

〔作用〕

加熱器上部に設けた温度検知器の温度−抵抗一電圧特性
を用いて、加熱器部の水温を電気信号に変えて、増幅し
、温度制御用マイクロコンピュータにより切換えられる
マルチプレクサに入力し、Ａ／Ｄ変換器をかいして温度
情報を数値として温度制御用マイクロコンピュータに取
り込むことにより、このマイクロコンピュータにより数
値演算する。その演算方法又演算定数等のパラメータは
、温度制御用マイクロコンピュータと装置全体を制御す
るメインコンピュータの間に設けられたインターフェイ
ス回路によりやり取りし、流路系の変化等被制御系の変
化に対し、常に最適な制御が可能となるようにしている
。又反応槽部に設けた温度検知器も加熱部の温度検知器
同様に温度情報を電気信号に変換し、増幅してマルチプ
レクサをかいして、Ａ／Ｄ変換器に入力されて、温度制
御用マイクロコンピュータにより数値演算して１反応槽
の水温を設定温度にするように加熱器部の水温を制御す
るための制御目標温度を補正することにより１反応槽部
の水温を一定の目標値に容易に制御することができる。

又マルチプレクサを用いることにより、Ａ／Ｄ変換器を
１つとすることができ、温度制御用マイクロコンピュー
タにより、その切換えが行なえるため、最適な温度情報
の取り込みが低コイトで行なえる。又マイクロコンピュ
ータにより数値演算されるため、温度検知器の温度−電
気信号が非直線であっても、それを容易に補正できるた
め、温度検知器・温度−電気信号変換回路が容易にでき
低コイトのものが用いられる。

又、２つの温度検知器により直接制御と、制御温度の補
正を行なうため、加熱器の制御は熱的遅れが少なくリッ
プルの少ない温度制御が°可能でかつ反応槽の温度をモ
ニターできるため、外乱等による設定温度からのずれを
も補正できる。

以上より、低コストで最適な制御系が容易にできるよう
になる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。ヒー
タ１２とその回りに水が流れる構成をとった加熱器１３
の上部にヒータ部温度センサ１を設はポンプ２４により
、水をパイプ１４を流して反応槽１５に流し込む、この
温度制御された恒温水１６が反応槽１５を循環し１反応
テーブル１８に取付けられた反応セル１７の温度を一定
にしている。これにより反応セル１７内の検体と試薬の
反応の速さが一定になり、正確な分析が行なえる。

この恒温水１６は冷却管２６を流れることにより冷水器
２８の内にある冷水２７と熱交換され、冷却し、ポンプ
２４により加熱器１３にもどる。この時バイパス管２２
を流れる水と混合してもどる。

このためポンプ２４から見た流路抵抗が低くなり加熱器
１３を流れる流量が大きくなり、ヒータ１２と水との熱
交換を速めて、温度リップルを低くしている。又ポンプ
２４の出力も小さなものを用いれる、反応槽１５の流速
を必要以上に上げて、水こぼれやあわの発生をおさえる
効果がある。

冷水器２８の冷水２７は冷却パイプ２９により冷却され
、冷却器３３で冷された冷媒を冷媒ポンプ２５により冷
却パイプ２９に送り、冷却する。

冷水２７は冷却管２６との熱交換の他に冷水ポンプ１９
により試薬保冷庫３０に送り、試薬３１を冷却するのに
も用いることにより、装置の効率的な利用を行なってい
る。

試薬３１の冷却は試薬３１を安定に保つためであるが、
このため、反応槽１５内の恒温水１６が一つの反応が開
始されるたびに冷され、ヒータ部温度センサ１のみの制
御では、加熱器１３部の水温が一定になっても、反応槽
１５部の水温は設定温度よりも下がってしまう、このた
め反応槽１５に取付けた反応槽温度センサ２によりモニ
タし。

設定温度と反応槽１５の温度との差を、ヒータの制御温
度補正により無くすことにより、恒温水１６を反応槽１
５部で設定温度に制御する。

ヒータ温度センサト反応槽温度センサ２は共に、熱電対
のように温度−電圧特性を持つものでも、白金フィラー
のように温度に対し比例した抵抗値変化するもの、サー
ミスタのように温度に対し非直線性の抵抗変化をするも
のでもよく、白金フィラーの場合、温度−電圧変換回路
３に、定電流回路を用いて、温度変化に対して比例した
電圧をとり出せる。しかし定電流回路は回路が複雑とな
り高価になる。このため第２図に示すように、サーミス
タ３４に抵抗３６を付けて、電圧源３５を抵抗分割によ
りサーミスタ３４の温度変化による抵抗値変化から、電
圧変化をとり出し、バッファーアンプ３８により安定し
た電圧を作る。この場合温度−電圧が非直線となるが、
制御ＣＰＵ６での数値演算で容易に直線補正できるため
、コスト面で大きなメリットが出る。又ヒータ部の温度
と反応槽の温度をそれぞれＡ／Ｄ変換器５に入れると、
Ａ／Ｄ変換器５が２つ必要となるため、制御ＣＰＵ５か
ら入力を選択切換えられるマルチプレクサ４をかいして
Ａ／Ｄ変換器５に入力すれば第１図のように１つのＡ／
Ｄ変換器でよく、コスト面のメリットがでる。

ディジタル数値化された、ヒータ部温度・反応槽温度が
制御用ＣＰＵ６に取り込まれ、ヒータ部温度がヒータ部
制御温度になるようにＰＩＤ演算によりヒータの出力を
求め、その出力に見合ったデユーティ−になるよう、パ
ルス幅変調器９によりパルス波を作り、そのパルスで５
ＳＲＩＯによリヒータをパルス点灯する。又反応槽温度
はある一定の時間の平均温度を算出し、その平均温度が
、反応槽設定温度に対し偏差が有る時には、その偏差を
Ｏにするようにヒータ部制御温度を補正する。

これにより、時間的に短い温度変動であるリップルは、
時間遅れの少ないヒータ部温度によりＰＩＤ制御される
ため、はとんど無くなり、又外気温・セルリンス水や試
薬など自動分析装置の反応槽温度に対する外乱により生
じる偏差は１反応槽温度による、ヒータ部制御温度補正
によって、はとんど無くすことが可能となる。自動分析
装置の反応槽温度に対する外乱は、装置が分析中である
か、スタンバイ状態であるかによって変化するが、同一
状態であれば時間的にはほとんど変化せず、本方式によ
り十分な制御が可能である。これにより従来のように、
ヒータ部温度のみで制御を行なうと、装置状態が変化す
ると、それによって外乱が変化し１反応槽に温度偏差が
生じ、又反応槽部の温度のみで制御しようとすると、ヒ
ータ１２からの熱遅れが大きすぎて制御が不可能であっ
た。自動分析装置の反応槽温度制御が、偏差の生じない
最適制御が可能となった。゛ 又制御に必要なＰＩＤ定数・ヒータのｏｎ／ｏｆｆパル
ス周期・ヒータ部制御温度補正周期等の制御パラメータ
はメインコンピュータ８からインターフェイス回路７を
かいして制御コンピュータ６に送られて、温度制御を行
なう、逆に制御コンピュータ６からメインコンピュータ
８へインターフェイス回路７をかいして温度情報やアラ
ーム情報が送られる。これにより、ポンプ２４の駆動電
源の周波数の５０Ｈｚ・６０Ｈｚの変化等による流量の
変化・ヒータ１２の電源電圧変化等による。被制御系の
変化に対して制御系ハードウェアを変化させずに、メイ
ンコンピュータ８からのパラメータの変更のみで最適な
制御系を作ることができ、又設計段階での流路変更等が
生じても、制御系ハードウェアの設計変更は必要となら
ないという効果が有る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、加熱器の直接の制御は熱的遅れ時間の
少ない温度検知器で、反応槽の温度を設定温度にするの
は反応槽の温度を直接測定する温度検知器による補正で
行なうため、制御が容易にでき、又温度制御用マイクロ
コンピュータによる数値演算制御により、温度検知器の
非直線性補正やマルチプレクサの切換によるＡ／Ｄ変換
器の共用化などよりコストが低減でき、メインコンピュ
ータとのインターフェイスにより、被制御系に対して最
適なパラメータをあたえられるので、低コストで容易に
最適な制御系を作ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は温度
−電圧変更の回路図である。 １・・・ヒータ部温度センサ、２・・・反応槽温度セン
サ、３・・・温度−電圧変換回路、９・・・パルス幅変
調器、１２・・・ヒータ、１５・・・反応槽、１６・・
・恒温度、１７・・・反応セル、２４・・・ポンプ、２
６・・・冷水管。 ２７・・・冷水、２８・・・冷水器、３０・・・試薬保
冷庫。 ３１・・・試薬、３３・・・冷却器、３４・・・サーミ
スタ、３５・・・定電圧源、３８・・・バッファーアン
プ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、検体に試薬を加え化学反応させる反応セルと、その
   反応セル内の液を一定の温度に保持するための恒温水を
   循環させている反応槽と、恒温水を一定の温度に制御す
   るための冷却器、加熱器、温度検知器とこの制御回路と
   、恒温水を循環させるポンプからなる反応槽温度制御に
   おいて、温度検知器を加熱器の出力を直接制御するため
   の温度情報を取り出す加熱器上部に取り付けた温度検知
   器と、実際に一定の温度に制御すべき反応槽部の温度情
   報を取り出す反応槽に取り付けた温度検知器の２つ用い
   、それぞれの温度検知器の出力をマルチプレクサにより
   切換えることにより同一のＡ／Ｄ変換器に入力し、マイ
   クロコンピュータにより、それぞれの温度情報をディジ
   タル数値演算し加熱器を制御することを特徴とする自動
   分析装置の反応槽温度制御装置。 ２、請求項１記載の制御装置において、反応槽の温度情
   報により、ある一定時間の平均温度を算出し、その温度
   と反応槽の目的とする設定温度との差を求め、これを補
   正するため加熱器を直接制御する制御温度に上記差温度
   を加えて、反応槽を設定温度とすることを特徴とする自
   動分析装置の反応槽温度制御方法。 ３、請求項１記載の制御装置において、マイクロコンピ
   ュータを、温度制御専用のものと、自動分析装置全体を
   制御するメインマイクロコンピュータとに分け、この２
   つの平均温度を求める時間や、ｏｎ／ｏｆｆ制御かＰＩ
   Ｄ制御の選定、ＰＩＤ制御の演算定数等をメインマイク
   ロコンピュータから温度コントロール用マイクロコンピ
   ュータに送ることにより、反応槽温度制御に自由度を持
   たせ、電源周波数の５０Ｈｚ・６０Ｈｚの変化等による
   ポンプの流量変化や、反応槽の設定温度の変更による制
   御系変化に対し、最適な温度制御を可能としたことを特
   徴とする自動分析装置の反応槽温度制御方法。 ４、請求項１記載の制御装置において、温度コントロー
   ル用マイクロコンピュータに、ノンリニアの補正機能を
   もたせて温度検知器の温度−電圧又は温度−電流のノン
   リニアの検知器でもその定数をメインコンピュータから
   送ることにより使用できることを特徴とする自動分析装
   置の反応槽温度制御方法。